有效降低空调系统总功率实现空调系统节能目标
2015-01-02王钢
王钢
有效降低空调系统总功率实现空调系统节能目标
王钢
Point
本文针对暖通空调运行能耗较高的问题进行了分析，并依托节能优化模型给出了暖通空调系统的最优参数，研究结果表明，只要相关参数选择的合理，便可以有效降低空调系统的总功率，由此便可以实现系统节能的目标。
一、暖通空调工程施工阶段的节能问题分析
近年来，随着我国城市化进程的不断加快，建筑工程日益增多，与此同时，建筑中的各种设备和设施也随之相应增多，从而导致了能耗增大，为了避免能耗过高影响到建筑业的发展，对其进行节能已经势在必行。在建筑总体能耗当中，暖通空调能耗所占的比重较大，故此在暖通空调工程的施工和设计阶段必须采取合理、可行的节能措施，借此来降低暖通空调系统的运行能耗。现阶段，在暖通空调工程中应用较多的节能技术有以下几种：排风热回收系统、冷冻水大温差系统、冰蓄冷技术、热回收技术、全新风量运行等，其中每一种节能技术都有着自己的特点和适用项目，具体应用时需要从技术性和经济性等多方面进行综合考虑。相关研究结果表明，空调系统的能耗除了与气候环境、围护结构等因素有关之外，还与系统的设计参数有关，若是在暖通空调工程施工阶段的参数设计不合理，则会导致系统的能耗过高。所以，必须在工程设计阶段，通过相关的计算和模型合理确定系统参数，以此来达到节能的目的。
二、暖通空调工程的节能设计方法
想要使暖通空调系统的能耗达到最低，就必须采取最为合理的节能设计方法，按照上文的分析可知，设计参数是影响系统能耗的关键性因素。故此，本文基于节能优化模型，对暖通空调系统进行设计。
1.模型与决策变量的确定
为了便于研究，本文提出的暖通空调系统是由以下几个部分组成：变频送风机1台、变速冷冻水泵1台、制冷机1台、定速冷却水泵1台、单速冷却塔1台，系统节能优化模型如下：
minPtotal=+Pfan+Ppump+Pchillsr+Pcondpump+Pcoolingtower
在该模型当中，Ptotal代表空调系统的总功率；Pfan代表风机功率；Ppump代表制冷机功率；Pcondpump代表冷却水泵功率（因本次研究中选用的冷却水泵为定速水泵，故此，Pcondpump为常数）Pcoolingtower代表冷却塔风机功率。在该节能优化模型当中，决策变量共计4个，分别为：
mair（空调系统的送风量）、mwater（冷冻水流量）、tcwt（制冷机出水温度）、tctset（冷却塔出水温度）。
2.关键参数的确定
由于该节能优化模型当中涉及的参数相对较多，其中一部分为常数，另一部分则与气候或设备有关，故此在对模型进行求解前，需要合理确定关键参数值。本次研究采用的是Energy Plus 软件进行仿真模拟，主要参数如下：冷负荷357.7kW；室内温度23.9℃；室外温度25.6℃；相对湿度54%；新风量5kg/s；照明负荷105.3kW。该空调系统中冷却水泵为定速水泵，其基本参数如下：额定流量为0.036m3/s；额定压力为179352Pa；额定功率为9172.30W；电机功率为0.9。
3.模型求解
节能优化模型实质上是一个非线性、多变量的数学模型，为了便于求解，决定采用Lingo9.0软件，该软件最为显著的特点是能够对LP、QP、NLP以及MIP进行求解，其不但能够进行快速求解，而且还能对结果进行分析。系统节能优化模型建立的最终目标是在满足冷负荷要求的基础上，降低空调系统的总功率，故此可结合mair、mwater、tcwt、tctset这4个变量以及与之相关的送风温度和表冷器进出水温差，并利用Lingo对模型进行求解。
4.节能效果对比分析
最优解就是该空调系统的最优工作点，在上述条件下，暖通空调系统的总功率为122.55kW。为了评估该工作状态是否节能，可使空调运行在非最优状态下计算总功率，随后通过对比便可得出相关结果。例如：在该最优解中，送风温度为11.37℃，与之相对应的最优送风量为28.27kg/s，下面将送风温度的设定值由8℃逐步提升至15℃，在保持其它参数不变的前提下，分别求出每个温度对应的暖通空调系统总功率，具体结果如下：温度为8℃时，总功率为124.56；9℃时，总功率为123.59；10℃时，总功率为122.93；11℃时，总功率为122.58；12℃时，总功率为122.65；13℃时，总功率为123.30；14℃时，总功率为124.85；15℃时，总功率为127.90。11.37℃时的系统总功率为122.55，由此可见，该送风温度为最优。若是想要验证其它参数是否最优，也可采取相同方法，以制冷机的出水温度为例，得出的最优解为5.84℃，下面将该温度由1℃逐步提升至10℃，然后分别计算出与各个温度相对应的系统总功率，再与最优解进行比较，结果表明，5.84℃时的总功率最低。
（作者单位：中国航空规划建设发展有限公司）
