桂林市某公共建筑空调系统实际运行状况测试及能耗分析

戴命和,周志平,薛 兴,恽志东

(桂林电子科技大学机电工程学院,桂林 541004)

桂林市某公共建筑空调系统实际运行状况测试及能耗分析

戴命和,周志平,薛 兴,恽志东

(桂林电子科技大学机电工程学院,桂林 541004)

对桂林市两江国际机场候机楼夏季空调系统的实际运行状况进行了测试,分析了该公共建筑夏季空调系统的实际运行情况,得出空调冷水机组制冷系数COP与冷冻水进出口温度差的关系,为空调系统运行模式的优化和建筑整体能耗的降低提供参考依据.

共建筑;空调系统;运行测试;能耗分析

0 引 言

近年来我国经济迅猛发展,建筑能耗不断增加,如何控制和降低建筑能耗变得越来越重要和紧迫.建筑能耗是指建筑日常运行过程中消耗的能耗,约占总能耗的30%.夏热冬冷地区有资料表明 ,建筑能耗中空调能耗占50%,照明系统占15%,其他动力系统的能耗占35%.建筑空调日常运行状况直接决定着建筑整体的能耗水平,深入地掌握建筑空调系统的实际运行状况,有助于准确分析空调系统能耗.《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2001)节能50%的目标,为此本文于2009年5月26日至2009年7月25日对桂林市两江国际机场候机楼夏季空调系统进行了测试和能耗分析.

1 桂林两江国际机场候机楼概况

桂林两江国际机场航站楼室内设计温度夏季为25～27℃,冬季为19～20℃,夏季空调冷负荷为9.116×103kW.空调系统采用集中供冷,所需冷水由设在航站楼一层的冷冻站集中制备.夏季由冷水机组供给7～12℃冷水,采用R134a约克水冷离心式冷水机组4台,其中制冷量为1.343×103kW、功率为256 kW 的一台,制冷量为2.474×103kW 、功率为458 kW 的三台.配置冷冻水泵30 kW ×1台、75 kW×3台,冷却水泵30 kW×1台、75 kW×3台,冷却塔风机7.5 kW×7台.冷水机组的开机按设定的程序指令启动,第一台投入运行后,以后各机组根据负荷计算器、负荷调节器及程序控制器控制,每台机组的投入与退出均由电脑控制.

航站楼根据其使用功能分为19个空调分区49个空调系统,消防控制中心采用分体式热泵空调,航空公司和贵宾候机处采用风机盘管加新风方式,其余各处均为低速风管系统.本文测试了候机楼空调系统的夏季运行状况,测试期间四台冷水机组间歇运行.

2 空调系统运行状况的测试

测试进行了两个月,测试时间从早上9:00至晚上11:00,测试开始后每小时记录一次数据.从冷水机组进出口温度、冷冻水流量随时间的变化情况,压缩机进出口压力、冷水机组制冷量随时间的变化情况,制冷系数与冷冻水进出口水温差的关系以及制冷系数随时间的变化情况来了解空调系统的实际运行情况.

2.1 测试环境条件

图1 室外温度和相对湿度随时间的变化图

图1是7月15日(桂林夏季气候典型日)的室外温湿度变化情况,室外干球温度处于30℃以上,最高干球温度在16:00时,达到44℃,平均气温33℃.室外湿球温度在25～30℃之间变化,室外相对湿度都大于60%,最大达到82%.后面的数据分析中主要使用选取7月15日这一天的测量数据,7月15日开启2#和3#冷水机组,其名义工况制冷量均为2.474×103kW,其余两台检修.

2.2 测试内容和测试方法

主要测试内容有室内外温湿度、冷水机组的冷水流量、进出口温度、压缩机进出口压力、制冷量、耗功率、制冷系数等随时间的变化情况.

其中室内外温湿度、压缩机进出口压力和水温用仪表直接测量.室内温湿度用单通道自记式温湿度记录仪,相对湿度测量范围0%～100%,精度为±3%,分辨率为0.1%;温度测量范围-40～100℃,精度为±0.5℃,分辨率为0.1℃.室外温湿度用通风干湿球温度计测量,精度0.1℃/1%;压缩机进出口压力用一般工业用压力表,精确度等级为2.5,测量范围为0～1.6MPa;水温用玻璃水银温度计,精度0.1℃.

制冷量、耗功率、制冷系数间接测量通过计算得出[3].设备制冷量在t时刻的计算Q0(t)=cm(tintout),Q0(t)C为设备在t时刻制冷量(kW);为冷冻水比热容(kJ/(kg·℃)),通过文献查取相关值;m——冷冻水流量(kg/s),使用手持式超声波流量计,精度为示值的1%,线性度为0.5%;tin为制冷机组冷水进口温度(℃);tout为制冷机组冷水出口温度(℃),水温直接测量.设备耗功率在t时刻的计算 P(t)=UI cosφ/1000,P(t)是设备在 t时刻的耗功率(kW);U为交流电压值(V),用钳形表测量,精度为1.2%,I交流电流值(A),用钳形表测量,精度为2%;cosφ——功率因数.设备制冷系数 COP值在t时刻的计算

2.3 测试结果及分析

为了清楚地表达各组数据随时间的变化情况以及各组数据之间的关系,将所测数据进行整理并绘制成图2～图7.

2.3.1 冷水机组冷冻水进出水温度随时间的变化情况

由图2可知在9:00时冷水机组冷水进出口水温分别为13℃和9.2℃,在以后的时间段冷冻水进出口温度升高,其中在16:00时至21:00时进水温度一直处于较高的状态,在16.9～18.2℃之间,出水温度也随之一起变化,在13.6～14.8 ℃之间.这与桂林市室外的气温在16:00时处于最高的测试结果相一致.

图2 冷水机组冷冻水进出水温度随时间的变化图

2.3.2 冷却水进出水温度随时间的变化情况

图3为冷水机组冷却水进出水温度随时间的变化图,在9:00开机时冷却水进出口水温分别为33℃和38℃,运行一段时间之后达到稳定,进出口水温分别为32℃和37℃.

图3 冷水机组冷却水进出水温度随时间的变化图

2.3.3 冷冻水流量随时间的变化情况

图4为冷冻水流量随时间的变化图,图中冷水机组在9:00到15:00时间段流量在538 m3/h左右变化,在16:00及其以后时段该流量有所增加,但变化幅度小,处于540 m3/h左右,但总体来看,冷冻水流量基本保持稳定.

图4 冷冻水流量随时间的变化图

2.3.4 压缩机进出口压力随时间的变化情况

图5为压缩机进出口压力随时间变化图(制冷剂为R134a).

图5 压缩机进出口压力随时间变化图

由图2到图5可知,冷水机组冷冻水和冷却水进出口温度在冷水机组运行时处于比较稳定的状况,说明冷水机组运行正常和测试结果准确,也进一步证实了该建筑空调冷水系统所采用的定流量系统方案是合理的.

2.3.5 冷水机组制冷量随时间的变化关系

图6为冷水机组制冷量变化图.由图可知,冷水机组制冷量在16:00以前,基本保持在2400 kW左右,从16:00到23:00冷水机组的制冷量有所降低,在1827～2331 kW之间变化,该时段的制冷量明显减少.

图6 冷水机组制冷量随时间变化图

2.3.6 冷水机组制冷系数COP随时间的变化关系

图7为冷水机组制冷率COP变化状况,可以看出在9:00到16:00时间段冷水机组COP在5.54左右,在 16:00及其以后时段冷水机组COP在4.24～5.41之间变化.

图7 冷水机组COP随时间变化图

3 空调系统机组性能及能耗分析

3.1 冷冻水温度对冷水机组性能影响

气象条件的变化和运行参数的调节,会影响空调系统的运行效果.其中气象参数无法控制,但可以通过调节系统的运行参数,使空调系统在较高的效率下运行,以达到节能运行的目的.根据空调负荷的变化情况,在部分负荷时调整制冷机运行参数,适当提高制冷机蒸发温度及冷冻水供水温度,可以提高机组的运行效率,降低运行能耗.

冷水机组COP与冷冻水进出口温差、以及冷水机组COP与冷冻水出口温度之间的关系,根据所测数据绘出散点图如图8和图9.测试结果表明:冷冻水进出口温差增大,冷水机组COP值也逐步增大,如图8所示;但提高冷水机组的出口冷冻水温度,冷水机组COP值从整体来看却呈现逐步减小的趋势.虽然在理论上冷冻水温度的升高使冷水机组的蒸发压力和蒸发温度升高,可以改善主机的制冷性能.但是冷冻水温度不能盲目提高,否则将会产生相反的结果,从而降低主机的制冷性能.在桂林市两江国际机场候机楼中由于盲目提高冷水机组供冷冻水温度造成冷水机组COP值明显下降,如图9所示.

以上分析表明,在空调系统运行过程中,可以通过调节冷冻水进出口温差和冷冻水出口温度的大小来改善冷水机组的制冷性能,但是不能盲目增大冷冻水进出口温差和冷冻水出口温度.只有合理地确定它们的大小,才能有效地提高冷水机组运行效率,达到节能运行的目的.

3.2 COP与冷冻水进出口温差关系分析

从图8中可以看出,坐标点大致都落在一条直线的附近,采用一元线性回归方法[4]得到散点的回归方程为^y=-0.28+1.67x,可知冷水机组COP与冷冻水进出口温差之间的变化关系.

4 结 语

本文测试了桂林两江国际机场候机楼空调系统实际运行中冷水机组的能耗、冷水流量、进出口温度以及冷水机组稳定性、各层室内温湿度、相应的室外气候状况以及建筑各部分的用电量;分析了该候机楼内空调系统的实际运行过程以及能耗利用状况.并且探讨了在实际运行环境下可以通过调节冷冻水进出口温差和冷冻水出口温度的大小来改善冷水机组的制冷性能,但是也不能盲目增大冷冻水进出口温差和冷冻水出口温度.只有合理地确定它们的大小,才能有效地提高冷水机组运行效率,达到节能运行的目的.

[1]李峥嵘,彭 娇.上海市公共建筑能耗与运行管理现状调查[J].暖通空调,2005,35(5):134-136.

[2]中国建筑科学研究院,重庆大学.JGJ134-2001夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.

[3]赵荣义,范存养,薛殿华,等.空气调节[M].北京:中国建筑工业出版社,1994.

[4]盛 骤,谢式千,潘承毅.概率论与数理统计[M].北京:高等教育出版社,1997.

Operational Status Test and Energy Consumption Analysis of Air-conditioning Systems of a Certain Public Building in Guilin

DAI Ming-he,ZHOU Zhi-ping,XUE Xing,YUN Zhi-dong
(Mechanical&Electrical Engineering School,Guilin University of Electronic Technology,Guilin 541004,China)

In this paper,the actual operation status of summer air-conditioning systems in Guilin LiangJiang International Airport Terminal is tested and analysed.The relationship of COP coefficient of airconditioning chillers and chilled water temperature difference between import and export is given,and reference for the air-conditioning system operation mode optimization and the reduction of overall energy consumption is provided.

public building;air-conditioning system;operational status test;energy consumption analysis

TU248.6;T U831

A

1671-119X(2011)01-0016-04

2010-09-07

戴命和(1971-),女,讲师,研究方向:暖通空调.