厦门厦禾路某高层建筑空调系统设计和优化分析

颜凌云

（厦门住宅建设集团有限公司，福建 厦门 361004）

1 大厦空调系统介绍

本文对厦门厦禾路旁某高层建空调系统进行优化,该高层建的主机采用LSZPLC 系列冷水机组:机组的两大换热器均为壳管式,其中蒸发器采用整体双螺纹翅片管,冷凝器为整体内槽外翅片管。冷水系统为定流量系统,末端为表冷器,新风比为0.3。对于厦禾路某高层建的空调系统,其冷水系统是定流量系统,通过冷水机组、沿程各管路及末端装置的水量是一定的,符合变化时冷水流量不变。

2 优化模型的建立

2.1 目标函数的建立

常见的水冷压缩式空调系统中,空调系统能耗一般包括三部分,即:①冷水机组;②冷却泵和冷水泵;③末端装置。这三部分能耗中,冷热源能耗约占总能耗的1/2左右,冷冻水水泵、冷却水水泵、冷却塔风机的耗电量约占整个能耗的1/4。本文以给定制冷量时冷却水泵、冷水泵和冷水机组总的能耗最小为目标函数,选取便于控制的冷却水流量率和冷水出口温度两个参数做为优化数学模型的独立变量。

2.2 约束条件

空调系统的优化就是在给定的外部条件下,适当地选择能耗目标函数中的各个独立变量,使系统总能耗也就是目标函数的值最小。但一般的,目标函数中的各个独立参数必须满足一定的关系式或条件,也就是约束条件。

2.2.1 制冷量约束

影响表冷器热工性能的因素有很多,包括表冷器内部结构、空气入口温湿度、冷水供水温度、风量、水流量、排数等。当送风量、冷水流量一定时,对给定的表冷器,制冷量只与冷水供水温度有关,那么当表冷器的送风量不变时,要满足用户需冷量的要求,符合率与冷水出口温度必须满足。

2.2.2 冷凝压力约束

制冷装置运行时,冷凝压力对系统性能有很大影响。当冷凝压力偏高,压缩比增大,容积效率减小,制冷量减小,耗功率增大,排气温度升高;冷凝压力过低时,膨胀阀前后压差太小,膨胀阀容量减小导致供液能力不足,系统制冷量大幅度下降。因此,必须将冷凝压力控制在合理的范围之内,才能充分保证制冷装置的性能。当空调系统已经确定时,冷凝压力是冷却水流量率和冷却水进口温度的函数,而当室外湿球温度不变时,冷却水进口温度变化不大。

2.2.3 蒸发压力约束

外界条件变化和符合变化时,会引起制冷装置蒸发压力变化。蒸发压力的波动,会使被控对象的控制精度降低,蒸发温度过低,不仅导致系统能效降低,而且会导致蒸发器结霜、冷冻水冻结等故障;蒸发温度过高,又会出现压缩机过载、除湿功能降低等现象。对于冷水定流量系统冷水出口温度和蒸发温度之差与制冷量成正比例变化,当制冷量降低时,这一温差也减小。

3 优化结果分析

该空调系统的最大符合为226.95kW,表冷器的新风量占总风量的30%。假设冷凝器符合与蒸发器制冷量的比值取1.3、冷却塔湿球温度取26℃,表冷器进风口的干球温度为27℃,选取5个不同的符合率进行优化计算,空调系统的最优化值及节能效果如表1所示。

由表1 可以看出经过优化以后:

3.1 当两个优化参数在最佳值运行时,空调系统的总功率比额定功率明显下降25.5%到38.3%不等,节能效果明显。优化后空调系统总功率与额定功率关系可以绘制成图1。

3.2 冷水出口温度最优值随符合率的减小而增大。

3.3 当符合减小时,冷却水流量率最优值首先随着符合率减小而增大,随后又随着符合率减小而减小。冷却水流量率最优值与符合率的关系可绘制成图2。

4 安装工程控制原则

4.1 树立创优意识、计划从严组织

优质工程不能靠吃老本、拍脑袋干出来而是靠严密计划、精心组织、严格管理获得的成果,因此在工程准备阶段就要高起点严要求,把每一个工程任务都当作创优项目来对待,在思想上高度重视,在编制计划方案时,严格按照操作规程和国家各项标准要求编制《建设项目质量目标计划表》,具体要求是:单位工程均确定为优良,每个分部工程均要求为优良,其中分项工程的优良率至少不应低于60%,在分项工程中保证项目全部合格,基本项目全部合格,允许偏差项目的一次合格率不低于90%,其中主要分部、分项工程的质量必须达到优良。

表1 空调系统的最优化值及节能分析

4.2 设计深化管理

深化设计是在扩初设计图、招标图纸或“施工图”及设计变更的基础上,依据国家现行设计规范和施工现场实际情况,深化绘制出能够正确指导工程施工的施工图。为具体每个工程配置的设计深化人员,一般要求具有五年以上相关专业工程经验,并于近年负责或参加过重大施工图深化设计工作。

厦门厦禾路某高层建工程前期应将设计人员编排成地上部分和地下部分两组人员同步展开设计深化工作,以保证预留、预埋管线施工配合图纸超前于结构施工,从而保证工程进度。同时根据设计单位提供的图纸进行机电各系统设计深化工作,报业主、设计单位审批。依据国家现行设计标准及技术指标对机电各系统及其设备的参数进行复核,熟悉机电各系统的设计意图和技术要求,并在此基础上与原相关设计单位进行技术交流和交底,同时要了解本工程的建筑结构和建筑功能布置,是否与机电系统的设备布置和管线走向相“匹配”。与建筑装修设计进行充分的技术交流,以保证各机电系统的“终端”定位准确。与土建总承包进行充分的技术交底,以了解土建结构的施工工艺和方法,保证设计深化后使机电系统的施工工艺与土建施工交叉配合的矛盾最小化。

4.3 确立安全管理目标

重大设备、重大火灾、重大爆炸、重大生产、重大交通、重大人身伤亡事故等六大安全管理目标确立为零,即不允许在工程施工期间出现以上重大安全事故。轻伤事故率低于4‰。

4.4 加强施工人员素质培训

在工程准备阶段,针对目前工程施工人员多为农民工,素质参差不齐,技术高低不同的现状,结合工程设计要求和具体施工情况,及时有计划有针对性的组织施工人员进行培训,主要内容应包括施工进程计划、质量要求、安全管理要求、技术规范要求等几大部分,做好人员的准备工作。

5 结论

综上所述，本文以空调系统总能耗为目标函数,建立了厦门厦禾路某高层建筑空调系统的优化模型。并计算出空调系统不同符合率时,冷却水流量率和冷水出口温度的最优运行值。

通过对优化结果的分析可以得出:（1)经过优化后空调系统的总功率比额定功率明显下降,节能效果明显。（2)冷水出口温度最优运行值随着符合率的减小而增大,同时符合减小时冷水出口温度运行值的增大不仅可以满足用户制冷量的要求,还可以提高冷水机组的运行效率。（3)当符合减小时,冷却水流量率最优运行值首先随着符合率的减小而增大,随后又随着符合率的减小而减小。

[1]方芳.民用建筑空调系统设计中的噪声控制[J].广东土木与建筑，2005-02-15.

[2]贺爱萍，孙绍春.商业建筑空调系统设计与节能[J].现代节能，1997-12-30.