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中央空调系统季节能效相关问题分析

发布时间:2015-06-15

  1中央空调系统能效研究概述

  美国由于其住宅多以单体别墅为主,因此对于户式中央空调给予很大的关注。对于建筑物空调节能也主要集中在户式中央空调上。在空调机组能效和系统能效方面,美国还没有正式颁布系统能效标准,目前主要集中在机组能效和系统能效之间标准的制定。主要依靠提出的季节能效比(SEER)来衡量目前的中央空调系统能效。而制冷季节能效比SEER能够反应整个制冷季节空调器的能源利用效率,更加全面地体现了空调器的全工况性能。

  但由于欧盟有自身的情况,欧盟不能照搬美国的标准,因此有了自身的测试标准。Eurovent测试手段严格,标准要求高而著称,其认证的权威性在世界各地得到认可,被各类经销商称之为欧洲的A级空调认证,消费者对于符合该认证的产品具有非常高的可信度。欧盟以12kW制冷量为分界线划分房间空调器和中央空调。对于中央空调系统,提出输配系统对减少运行费用的作用同冷热源系统。欧洲人研究认为,基于满负荷的EER已经过时了,现在必须考虑部分负荷的实际运行效率,才能找出提高系统能效的最佳方法。通过对EER、US-IPLV,EMPE,ESEER的比较,IPLV和EMPE比EER精确,但还没有给出足够的精度。

  2中央空调系统全年运行测试分析

  本系统该系统位于某大学校园里,开凿三口地热井,其中两口生产井,一口回灌井。采用低温地热梯级利用技术,对出水52摄氏度的低温地热水进行了分级利用。实际供暖面积为4万余平米,两栋建筑物,共用一个空调机房。冬季供暖系统利用多台或多组供暖设备及热泵通过换热器采用串连的方式,使地热水温度逐级降低,以达到充分利用地热能为目的。夏季,冷却塔提供冷却源,通过阀门切换,水源热泵的水源侧和负荷侧正好与冬季相反。热泵作为冷机使用,冷凝器侧为水源侧,蒸发器侧为负荷侧,四个热泵和一个冷水机组并联,共同向大楼提供冷冻水。冷冻水并联汇总后进入分水器分别供图书馆和综合楼。该系统冬季为地热梯级利用供暖系统,夏季为一个典型的风机盘管+新风系统,不使用地热水。因此,冬夏季分开进行测试分析。

  2.1冬季测量结果

  冬季供暖时间正式开始为11月15日,该供暖工程为地热梯级利用供暖,由于地热水出水温度52℃,可以直接用于供暖。地热水潜水泵为变频水泵,可根据供回水温度和室外气温进行调节。地热水出水温度50℃左右,进入直接利用级温度为49~50℃,水温恒定,不受室外气温的波动,是地热水源热泵的显著优点,地热水回灌温度15~25℃。满足回灌要求。建筑物供水温度36~39℃,供回水温差2~3℃。

  中央空调系统的主要功能是改善室内环境,首先需要保证也是目前普通中央空调供暖最重要的功能之一就是保证室内适宜的温度[1,2]。因此,冬季系统供暖效果以室内温度为准进行分析。根据实测温度发现,该楼供暖效果很好,正常上班时间段内室内温度18~24℃。南向房间由于受阳光辐射,室温较高,一般高于22℃,甚至开窗降温;北向室温相对低,正常使用时间内(9:00~17:00)能保证18℃的设计室温要求。学校建筑有一个很显著的特点就是假期人员放假,房间空置率高,用户终端使用负荷显著降低,整个大楼只需要保证少部分值班人员所处房间暖负荷要求。因此,假期大部分房间室内温度降低,理想情况下只需要维持建筑物基本负荷就行。由于建筑物维护结构的保温隔热性能不同,以及用户的使用习惯(如偶尔回办公室的人不会将风机盘管完全关闭,置于低档开启),寒假期间温度变化很大,每年各不相同。

  2.2夏季测量结果

  夏季室内温度的设置点同冬季。南北向房间逐时实测室内温度。据实测室温表明夏季制冷室内温度为24~27度,局部房间超出温度上限值27度,会议室等公务房间由于办公需要低于下限值24度。根据实测温度,可以看出,26~27度主要集中在南向受阳光辐射多的房间该房间为较典型的房间。室内人员多,80平米左右,共约12人办公学习,每人一台电脑。室内拥挤,电脑发热量大。大开窗受阳光辐射多。以上因素致使夏季室温大部分在25~27度间,满足了设计要求。该室人员表示室温适宜,偶尔有些热,大部分反应该温度区间适宜工作和学习。行政办公人员办公室室温处于24度~25度间。从节能的角度出发,该类房间可以调高温度1度~2度,降低使用的冷量。由实测中发现,高级办公室如领导办公室和会议室等房间,尤其会议室,室内温度普遍保持在24度以下。在闲置期间也开启空调进行制冷,以维持室内温度在较低水平。值班人员解释为使用时用户感觉热,因此采用预冷方式,以满足办公会议的需要。夏季假期不同于冬季,由于建筑密闭性能良好,惰性延迟时间更长,并且建筑物内值班人员比冬季多,开启风机盘管房间多于冬季,相互影响大。同时不少办公人员中途仍旧短期办公,因此即使人离开房间数日,室内风机盘管没有完全关闭,部分房间甚至彻夜开启。从实际监测来看,夏季放假后风机盘管完全关闭后,由于建筑物密闭型好、遮阳措施的实现,冷冻水的循环等措施使得室内房间温度不会大幅度升高,基本不会升高至室外温度,一般保持在27度~29度。

  空调系统除了保证建筑物内空调房间适宜的温度外,还必须保证相对湿度在一个要求的范围内。尤其在夏季,除湿占空调系统运行能耗很大一部分。因此,在进行夏季运行效果评价时,除温度外还必须考虑湿度的影响。基于此,安装了两台温湿度自计议对建筑物内湿度进行逐时监测,测点安置同温度测试点。一台安装在3层南向房间的办公室,假期值班有人。一台安装在一层北向办公室,假期无人。由实测室内湿度数据显示,湿度大的夏季,除湿效果差,除湿效果不明显。考虑该记录仪器本身的误差±5%,闷热潮湿的季节室内湿度也在70%~85%。因此,除湿负荷降低,一方面该系统夏季运行负荷低于设计负荷,另一方面,为了获得舒适性,仅降低温度是不够的,减小了能耗比(EER)。

  3中央空调系统夏季季节能效制定建议

  系统不同于设备能效。系统运行时间长,中央空调系统供一幢大楼,即使在人员很少的时候为了保证该部分人员的室内舒适性必须开启设备,加大了最小负荷部分的运行比例,也带来了浪费,因此解决办法是不用大型中央空调,而是分散开来。耗电设备水泵风机均在低效段运行,致使设备运行能效高,总体系统能效低和季节能效低的情况出现。因此,对于系统能效的制定应考虑该部分影响。

  因此,在系统的运行中,参照单机的IPLV概念,制定系统部分负荷综合运行能效时,0%~25%时的比重较大,由于舒适性要求的增加,空调季节越来越长,致使小部分负荷运行时间比重加大。而25%~50%部分负荷时间频数比重、负荷比重、耗电比重很接近,为50%~18%之间,这部分时间为稳定的制冷季,气候不是很炎热;50%~75%是系统运行的重点,是夏季炎热的季节,负荷大耗电高持续时间长;而75%~100%只是气候极端炎热的几天,占很少部分时间,为小概率事件,所有比重因子低于5%。

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