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浅谈大学城中央空调节能改造

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摘要:中央空调是学校重要基础设施的组成部分,为师生提供了良好的环境,也为学校一些物品的保管提供了有力条件。而中央空调在长期使用后难免出现一些问题。在对大学城中央空调系统运行情况进行摸排的过程中,发现了冷循环自控系统、水泵、盘管风机和风柜存在一些问题。针对这些出现的问题做了详细的说明,并且提出了改造冷冻水循环自控系统,改造水泵实行二级泵系统,改造盘管风机实行无阀控制,改善风柜的解决方案,提升节能效果和中央空调系统设备整体运行状况。

关键词:广州大学城;中央空调;改造;节能

引言

中央空调普及的范围十分广阔,应用于商场、宾馆、别墅和学校等。在学校,中央空调是学校设施的重要组成部分,它关系到学校空气质量和师生体验的问题,因此需要高度重视[1]。在使用和日常检查过程中,面对中央空调所出现的问题要及时解决,保证学校能够为师生提供有一个良好的学习场所。大学城的中央空调系统大部分设备运行超过十年,系统安装不完善、设备老化导致的能耗增加等问题逐渐凸显。在对大学城学校的中央空调系统使用情况进行一次摸排后,发现以下4个部分效率低下、耗能严重,亟待改造:冷冻水循环系统、水泵、盘管风机、吊顶机柜及落地风柜。

1中央空调节能改造原因

(1)冷冻水循环自控系统问题。冷量供给恒定,当用户端用冷发生变化时系统不能自动调节负荷,造成供需不能完全匹配,易导致空调供应过量或不足、忽冷忽热、舒适度下降等问题。同时也造成了不必要的水泵电耗浪费现象,以及因水泵出力增加带来的水泵发热冷却能源增加等问题。(2)水泵问题。在摸排过程中,发现教学楼水泵存在两个问题:一、流量不足,长期处于过热超载状态;二、因自身性能问题,水泵及管道整体震动、噪音大,师生多次反映影响了正常的教学秩序。(3)盘管风机集中消缺问题。因设备老化及维护不到位,大部分盘管风机集水盘、温控器及冷冻水二通阀损坏严重。其中95%的二通阀已失效,处于常开状态,无法对单台空调进行温度调节,也不利于整栋楼冷冻水的供需调节,导致了低楼层冷气过量而高楼层冷气不足,严重影响舒适度。此外,阀门常开导致了总流量增加,进而导致冷冻水循环泵用电和冷冻水沿程损耗增加。因此,从节约能耗和提高舒适度两方面考虑,盘管风机的改造都刻不容缓。(4)吊顶风柜及落地风柜调节阀问题。二通阀老化,卧式空调风柜、吊顶风柜的二通阀缺乏开关信号及动作电源,因此处于手动常开状态,造成大量流量损失、水泵耗电增加及冷量损耗加大等问题[2]。

2中央空调节能改造策略

(1)冷冻水循环自控系统改造。变频调速技术作为一种把直流电逆变成不同频率的交流电的转换技术,可以大力改善空调系统存在的不足,提高空调系统的工作效率,并且降低空调设备的能源消耗。这项技术在制冷空调系统中得到了广泛应用,渐渐成为了一项新的节能技术[3]。变频调速技术的工作原理主要是改变电机的转速来改变设备工作状态,从而提高中央空调水系统的节能效果。减少空调系统中冷却水的温度,可以使制冷系数得到相应的提高,这样能够减少制冷量消耗。冷却水温的调节,主要目的是尽可能降低冷却水温度,不增加冷却塔电机的功耗,同时也满足了基本负荷。除此之外,冷却塔提供的冷却水有关因素包括冷却塔性能、环境工况、风扇电机及水泵电机的转速[4]。因此,我们可以通过相关情况采取节能措施。在环境工况有利的情况下,为了尽可能节能,需要降低冷却水温度,控制冷却塔风扇及水泵电机的转速。而在冷冻水流速减慢,减少蒸发器交换热量的情况下,需要卸载压缩机来保持出口温度不变。在能够确定蒸发器温度的情况下,压缩机功耗上升,则冷凝压力上升,如果我们增大冷却水流量会减少压缩机功耗,但也同时增加了冷却水泵功耗,所以应考虑冷却水流量和成本的关系,尽量将冷却水流量控制在成本最低点。然而,如果我们采用交流变频调速技术,电机调速的范围变宽,为尽可能降低节能损失和使管道通畅,应该将所有的节流阀开到最高限度。在电机能够满足制冷机正常的工作以的情况下,通过电机转速的变化来变化冷却水和冷冻水的流速,可以让冷却水和冷冻水在冷却塔及盘管风机中释放的冷量大小和热负荷相当,从而改善换热效果。降低电机转速不仅可以大幅度降低电机功率,还没有节流损耗[5]。而且,还能避免因为负荷的变化使得电机频繁起停的状况,可以在水泵启动时减少大电流冲击配电系统和系统设备承受的机械冲击,这样能够延长设备使用年限。在中央空调系统中,采用变频调速控制,冷冻水系统、冷却水系统和冷却水塔风机都可以取得明显的节能效果。(2)水泵改造。水泵电机的容量在设计时一般是取最大的热交换量,冷冻水设计温差为5~7℃,冷却水设计温差为4~6℃。在流量稳定的情况下,一年中大部分时间,中央空调系统在部分负荷下进行运行,空调水系统的供回水温差仅为1~3℃,从而看出现实水系统运行的热交换量事实上小于最初设计时的热交换量[6]。水泵的转速决定水的流量,水的流量决定热交换量。如果热负荷变化了,水泵电机的转速也能进行相应的调整,比如当热负荷减小后,电机的转速也能同样地降低,这样电机的能耗能够大幅度下降,实现节电效果[7]。空调冷冻水系统为了调节的便利,应尽可能使用两级泵系统[8]。一级泵一般采用定转速的水泵,主要以稳定冷水机组蒸发器水流量大小的方式,保证机组运行安全高效。为了达到节能目标,二级泵使用变转速水泵,主要是用来输送冷量,避免冷冻水输送管路及末端装置的阻力。

二级泵的一般调节方法是在冷冻水供回水总管间安装压差控制阀,效果是末端设备水流量的变化会改变供回水总管间压力差,这时可以通过调整压差控制阀,使机组水流量保持稳定。当其它条件维持不变的情况下,蒸发温度的提高可增强制冷系数,最后实现制冷量能耗的减少,达到节能效果。计算公式如下:Q=KF(TC-TE)(1)其中:Q为冷负荷;K为传热系数;F为面积;TC-TE为冷冻水温度与蒸发温度的温差。要保持蒸发器的负荷Q不变,必须同时提高蒸发温度TE和冷冻水温度TC,则必须提高冷冻水流量。所以冷冻水温的调控目标是在满足负荷要求下可以尽量提高冷冻水供应温度,执行措施是将调节阀门开到最大,尽量增大冷冻水流量。(3)盘管风机改造现在国内中央空调系统风机盘管控制方式有两种:第一种是电动+温控器。此种控制方式的工作原理是在风机盘管的回水管路上设二通电动阀,通过室内温度传感器的温度变化来实现电动阀的开启和关闭,使得主机回水温度的降低改变了系统水流量,最终实现主机能量的调节[9]。开启和关闭电动阀改变了系统的水流量,系统变成了变流量系统,如果采用变频水泵替换空调系统中的循环水泵,就可以节约电节约能源。但是市场上变频水泵的价格比较贵,代价大,变频泵的设置变得难以实现,无法实现省电节能的目的。现在实际使用的中央空调系统仍为普通循环泵,因此此种方式的控制方式中必须在水系统主管路上设置压差控制器,使电动阀十温控器正常工作。第二种控制方式是无阀控制。此种控制方式调节风机电机的高中低运转是通过房间的温度设施与室内环境温度的差值数实现的,这种控制方式和第一种控制方式相比有如下优点:通过调节风机盘管的风量来调节风机盘管与房间空气之间的换热量;自动能量调节,省电节能,随时调节风机绝盘管的冷、热量输出,大幅度降低主机负荷;风机盘管由无阀温控器控制,当风量减少或停止时,从盘管内输出的能量减小或停止,而没有消耗的那一部分能量不会消失而是和冷媒水回到主机,达到节能效果。(4)吊顶风柜及落地风柜改造。风柜控制方式有以下3种:一是手动控制变频器调节风机风量,室内温度传感器控制水阀再调整室内温度。二是水阀不控制,对室内温度进行控制是通过室内温度传感器控制变频器调节风量。三是水阀自动调节水量,室内温度传感器控制变频器调节风量是通过控制送风点露点温度实现[10]。因此,可根据实际情况选择改造风柜控制方式。

3节能效果

(1)冷冻水循环自控系统改造后,与手动运行相比,每个板换间减少0.5台水泵(约10kW)正常运行的能耗,按全校平均每天运行8h计算,21个板换间每天节约水泵电能约:10×8×21=1680kW•h,以及节约相应的水泵发热冷却冷量:1680kW•h冷(冷却水泵电机),每天共计节约3360kW•h,按空调系统全年使用150天计算,全年节约能源共计:150×3360=50.4万kW•h,按0.6元/kW•h,节约30万元。(2)水泵改造后,在找出水泵流量不足,造成噪音的原因之后,对空调系统做了全面的测试。改造完成后,在满足用冷需求的情况下,实现供需平衡,减少水泵的电耗及冷却能耗。(3)盘管风机改造后,改造完成后,盘管风机设备性能和工作效率得到提升,减少了不必要的能耗;实现按需调节温度,进一步减少板换间水泵出力,减少管网损耗。(4)吊顶风柜和落地风柜二通阀改造后,对旧自动化二通阀进行更换,自动化二通阀的使用进一步减少了板换间水泵出力和管网损耗。

4结束语

综上所述,通过对空调系统进行较为全面的分析和改造,将在满足用冷舒适性、可靠性、安全性的基础上,从技术层面有效解决冷冻水循环、水泵、盘管风机和风柜的问题,从而减少整个中央空调系统电能、冷量损耗,避免不必要的能源浪费,提升节能效果。

参考文献:

[1]李玉云,高春雪,翁维安.中央空调水系统的节能改造技术与实践[J].节能,2008(10):34-36.

[2]吴俊峰,张秀平,张朝晖,等.中央空调系统节能改造方案的节能量测量及验证方法初探[J].制冷与空调,2013(9):78-83.

[3]唐进.变频器在中央空调节能改造中的应用[J].低压电器,2009(4):8-12.

[4]童蕾,周国军,姚文桢.某广场裙楼中央空调系统的节能改造[J].洁净与空调技术,2010(1):64-65.

[5]郁松桃,马宏权,王伟,等.“EPC”在上海国际饭店节能改造应用分析[J].供热制冷,2011(6):56-57.

[6]陈隽武.某办公大楼中央空调节能改造分析[J].福建建筑,2011(5):77-79.

[7]曹华,张九根.中央空调冷却水、冷冻水系统的变频节能分析[J].电机与控制应用,2014(4):62-65.

[8]杜建通.制冷空调系统的节能措施与最佳控制的研究[J].节能,1998(12):14.

[9]周乾纲.论变频空调的技术优势与节能机理[J].电机电器技术,2000(2):26.

[10]龚明启,冀兆良.空调水系统节能技术分析[J].制冷:增刊,2005:65-71.

作者:植仲培 单位:广东外语外贸大学

浅谈大学城中央空调节能改造责任编辑:张雨    阅读:人次
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