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【精华】沈阳中央空调行业现状和节能措施 中央空调空气处理系统优化研究

发布时间:2016-09-03

沈阳碧然机电设备有限公司是一家专业的、沈阳机房空调公司,在上篇文章中我们了解了沈阳格力中央空调,今天我们就为大家讲解一下沈阳中央空调行业现状和节能措施 中央空调空气处理系统优化研究;

【精华】沈阳中央空调行业现状和节能措施 中央空调空气处理系统优化研究

 一、沈阳中央空调行业现状

  随着建筑业、工业厂矿的发展及生活质量的提高,人们对中央空调产品的需求日益加大,需求范围和需求层次也呈现复杂化和多样化的发展趋势。同时,中央空调已开始在多联机、轻型商用机、水源热泵系统、地燃热泵系统、精密空调以及智能网络控制等系列产品上的系统布局。同时还实现从传统建筑市场向地铁高铁、电信基站、化工行业、精装修住宅、政府采购、宾馆酒店等细分市场的多元化拓展。目前中央空调正面临着产品革新引发的新一轮市场竞争,而节能环保的低碳产品将在未来的中央空调市场中占据主流地位。如何从技术层面实现低碳节能,是当下中央空调生产商以及相关企业们面临的一致问题。到目前,国内中央空调品牌厂商以及中央空调节能自控企业以低碳环保为理念不断创新。技术、品牌与节能概念成为广大厂商的广泛共识。

  二、沈阳中央空调系统节能

  随着现代工业的发展和人民生活水平的提高。中央空调的应用越来越广泛,其耗电量也越来越大,一些大中城市中央空调用电量已占城市总用电量的20%以上,占建筑物耗能的70%以上。目前,中央空调系统设计时必须按天气最热、负荷最大时设计,且留有10%-20%左右的设计余量,而实际上在一年中,满负载下运行最多只有十多天,甚至十多个小时,几乎绝大部分时间负载都在低负荷下运行,而与主机相匹配的冷冻泵、冷却泵、空气处理机组送风机几乎长期在100%负载下运行,不能自动调节负载,造成了能量的极大浪费造成很多能源浪费。中央空调系统存在巨大的节能空间。《“十二五”节能环保产业发展规划》指出,目前我国节能环保产业总产值达2万亿元,从业人数2800万人。预计到2015年,节能环保产业总产值达到4.5万亿元。中央空调是建筑节能的最重要环节,中央空调系统节能市场将迎来巨大发展机遇,能够分食节能环保产业这一市场蛋糕毫无疑问成为相关企业必争之地。

  智能建筑是社会信息化与经济全球化的必然产物,是多学科、高新技术的巧妙集成。近年来随着自控技术的不断发展和硬件成本的持续下降,计算机自控在暖通空调领域有了更多应用。妥善地将自控技术运用于暖通空调系统的控制管理中,可以有效地改善系统运行品质,节省运行能耗,提高管理水平,并减少运行管理劳动强度,取得良好的经济效益和社会效益。

  1、节能原理

  A、循环泵节能原理

  由于中央空调设计是按照满足建筑物的最大负荷设计,运行时,水循环系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行。根据流体力学理论,水泵的流量与水泵的转速成正比,功率则与转速的三次方成正比,因此:当系统实际所需的供水流量降低时,可以相应地降低水泵的转速,而水泵的功耗以三次方的指数关系降低。如下表:

  毫无疑问,水泵变频时,水泵是节能的,按照为了满足空调主机最低开机需要的35HZ以上来考核,水泵的最大节电率可达到65.7%。

  B、主机节能原理

  大型中央空调主机一般都有多级压缩机设计,多级压缩机都可以独立运行,其同时开机数量是根据用户侧能源消耗量来控制。

  在中央空调系统实际应用中,用户侧的能源消耗量的大小,是通过空调水系统的流量和温差来体现,通过检测水系统供回水流量机温差,把采集参数输送给空调主机,主机预设程序会根据参数来调节压缩机的开启台数。

  当流量不变时,温差过小,说明能源供给过剩,空调主机程序会自动停止部分压缩机,减少主机耗电量,从而达到提高主机能效比、节能降耗的目的。

  C、冷却塔节能原理

  根据冷却水出/回水温度的变化来确定冷却塔风机、风扇的运行台数、运行频率,在满足要求的情况下尽量减少设备的运行台数,既达到节能的目的又减少了设备的损耗。

  冷却塔效率的定义是:

  其中:Tlcw为冷却塔进水温度(冷机冷凝器出水温度);Tecw为冷却塔出水温度(冷机冷凝器回水温度);Ts为室外湿球温度。

  气水比的定义是:

  其中:ma为经过冷却塔风扇的空气质量流量(kg/s);mw为冷却水量(kg/s)

  下图是一种常见的冷却塔模型曲线,如下图所示:

  当下中央空调行业现状和节能措施

  从上图曲线可以看出:气水比在0.8以下,气水比越大,冷却塔效率越高,达到0.8以上效果不是太明显。我们可以通过此规律,来改变冷却塔的运行台数和风扇电机的频率,来实现冷却塔效率和电能消耗比的最大值,从而达到延长设备寿命、降低能耗的目的。

  2、中央空调节能措施

  A、空调建筑的节能

  a、合理设计围护结构的构造。建筑物内的冷热量可以通过房间的墙壁、门窗等传递出处,因此建筑物围护结构保温性能在建筑的节能中起着很重要的作用。

  b、提高门窗气密性。比如,设计中可采用密闭性良好的门窗。加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段。

  c、对于供冷负荷较大的建筑物,其表面颜色以浅色为好。建筑物的外围护结构设计时要把热容量大的材料放在外围护层的室内侧,而把热容量小的保温材料放在外侧以减少围护结构的蓄热负荷。

  B、合理利用环境因素

  室外温度较低时(尤其在夜间),注意房间的通风、白天注意采用遮阳措施、空调运行时尽量关闭门窗等都是节约能耗的有效措施。

  C、应用智能节能自控技术

  应用智能节能自控技术对中央空调系统进行节能控制,是目前较为有效的电子控制手段。特别是智能集成控制系统模块的出现,降低了技术应用门槛,一般应根据建筑耗能的实际情况,采用不同的智能集成系统控制解决方案达到节能目的。它能够依据空调的实际运行情况,而自动的对空调的运行参数进行自适应的最优调节,达到降低能耗的目的。

  同时,随着智能建筑的发展,建立与之配套的空调智能自控系统也是不可缺少的,它对空调系统的运行起着关键作用。空调自控系统虽然增加了投资,但可以在保持良好的室内环境的基础上节省运行费用。一个设计合理和运行管理良好的自控系统既可以大幅度地节省运行费用,使业主在较短的时间内收回投资,也可以提高自动化服务质量中央,沈阳中央空调行业现状和节能措施降低对外部环境的影响。

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  随着现代人们生活水平的不断提高,中央空调普遍深入人们生活当中,但是中央空调的日常量耗能非常巨大,严重制约着中央空调的进一步推广应用。本文针对中央空调的能耗巨大的情况提出针对性的解决措施,以期为中央空调空气处理系统优化提供参考。

  改革开放以来,我国的经济得到了飞速的发展,人们的生活水平也得到了很大的提高。人们日益增长的经济基础促使人们追求更高水平的生活,现在人们希望在室内能够享受到一个舒适、安详的一个工作和住宿环境。中央空调的出现正好能够满足现代人对于室内舒适的追求,但是随之而来的是中央空调能耗过大的问题。下面将重点讲述中央空调的空气处理系统优化问题。

  1中央空调系统组成和工作原理

  1.1中央空调系统的组成

  中央空调根据用途可以分为家用中央空调和商用中央空调。家用中央空调是指一台主机运用氟路管道制冷,来带动多个设备运行;商用中央空调是指一台或者多台主机通过冷热水管或者风道来带动多个设备运行,同时还能够调节空气的质量。

  中央空调系统是由智能建筑中对生活环境中的空气进行调节的所有设备所组成的系统[1]。中央空调的系统结构简图如图1所示:

  中央空调系统主要组成部分为冷热源设备、风机、水泵、风阀、水阀、末端装置及各种传感器装置。

  1.2中央空调的工作原理

  中央空调主要有两种工作方式:制冷和制热,下面对这两种工作方式的工作原理进行分析。

  1.2.1中央空调的制冷过程

  在中央空调的系统内部存在一种制冷剂,它经膨胀阀进行节流,到达室内机的蒸发器后该制冷剂发生气化,然后通过风扇将冷风吹进室内,同时吸收空气中的热能。当制冷剂流经压缩机后,制冷剂的温度升高,流经冷凝器将其转化为液态,在这个过程中,会释放大量的热能,可以通过室外机的风扇将热能排除,这就是制冷的一个过程,这样循环进行,就达到了制冷的效果。

  1.2.2中央空调的制热过程

  中央空调系统内的制冷剂经过压缩机后形成高温高压的液体,这些液体进入冷凝器,通过风扇将释放出的大量热能排到室内,同时将室内的冷空气吸走。制冷剂流经膨胀阀进行节流,到达室内机的蒸发器后该制冷剂发生气化,将吸收的冷空气经室外机的风扇排出室外,然后制冷剂再流回压缩机进行下一次循环。这样循环进行,就达到了制热的效果。

  2中央空调空气处理系统控制特点分析

  对于中央空调而言其控制系统主要存在以下一些特点:

  首先是多干扰性,湿度、温度的干扰性和多工况运行。多干扰性,即是中央空调在实际运行过程中比较容易受到外界条件的影响。任何的外部条件或者是内部条件的变换比如太阳的辐射、气候条件的变化和室内办公设备的变化都将会对中央空调造成比较大的干扰。

  其次,对于中央空调的温度和湿度的相互干扰性而言,这两个参数在实际控制过程中都不是完完全全相互独立的,温度和湿度在实际控制过程中既相互影响又相互制约。室内温度升高时,会导致室内水蒸气饱和分压下降,在室内绝对湿度不变的条件下,室内温度最终会下降。如果将室内的温度调低的话则会导致室内的相对湿度相应提升。

  最后,中央空调系统是需要在全年根据外界气候的变化来进行调节的,并且需要根据外界气候的变化改变中央空调系统的运行方式。对于通常情况而言,全年一般分为夏季、过度季和冬季三个阶段。通过这种系统运行方式的改变能够合理的处理空气。

  3中央空调空气处理系统优化

  根据相关资料可以得知中央空调空气处理系统中主要的能耗部件为冷冻水泵(如图2)和供风风机(如图3),因此本文接下来将建立一个模型来详细模拟空气处理系统中的能耗问题模型。由于供风机的空气质量的流量和供风机的输出功率之间存在着严格的单调性,并且冷冻水的质量流量和冷冻水中的水泵输出功率之间也存在着严格的单调性,因此可以采取多项式逼近的方式来建立系统模型,并且通过最小二乘法得到系统模型中的主要参数。水泵和风机的功率模型如下所示:

  上式中的是水泵的功率,是水泵的额定功率,指的是实时冷冻水的质量流量,是水泵运行时额定冷冻水质量流量,风机的功率,风机的额定功率,为空气质量流量,为额定空气质量流量,水泵负荷运行下的系数,为风机符合运行下的系数。

  因此本文接下来可以利用上述建立的模型来对空气处理系统进行优化研究。在实际建筑中,制冷机和冷冻水泵通常都是放在同一个空调房中,因此在研究过程中选取一台冷冻水泵进行研究即可。首先根据中央空调空气处理系统的组成,提出系统的能耗最优问题,之后建立系统的最优解的目标函数和相应的外界约束条件。其中目标函数也即是:中央空调空气处理系统中的关键能耗部件冷冻水泵和多个风机的功率之和。目标函数可适应函数为:

  其中的约束条件为:

  通过上面公式可以看出影响风机和水泵功耗的主要因素有供风流量,冷冻水流量和冷冻水温度以及进入到风机盘管的混风温度四个因素。假设中央空调的风机和水泵都配备了变频器,并且其频率在实际运行过程中是可以进行调节的。下面对各种情况进行节能最优化工作点的详细计算。

  如果需要保持冷冻水在供水过程中的温度不发生改变,需要在系统运行过程中控制压缩机的出口压力,即改变系统中压缩机的运行频率;如果在系统运行过程中需要保证通风管道中的温度不会发生较大的改变,则需要控制中央系统中回风风扇的运转频率。另外,对于供风风扇的运行频率和冷冻水泵的运行频率,需要设置专门的控制器来对它们进行控制。为了在实际运行过程中达到较为满意的效果可以采用PID控制算法运用到里面。

  中央空调的能耗较大一直是人们普遍关注的问题,本文首先从中央空调的系统组成出发,详细分析了中央空调系统的工作原理和工作特点,并且针对中央空调系统在运行过程中出现的能耗较大的问题提出相应的优化研究策略,对中央空调系统空气处理的关键设备进行了模型分析,并通过相应的计算找到了中央空调的空气处理系统的最佳工作点。相信通过对于中央空调系统的优化能在很大程度上减少中央空调系统的能耗,进一步缓解能源危机带来的迫切感和压力感,切实提高老百姓的生活水平和生活质量。

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