空调系统运行调节与管理节能技术.ppt

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1、第七章 空调系统运行调节 与管理节能技术 主要内容 室内负荷变化时的运行调节 空调水系统的控制节能 变风量空调系统的控制 空调系统的运行管理 室内负荷变化时的运行调节 1. 调节再热量 （ a）余热 量变、余湿 量不变时； （ b）余热 量、余湿量 均变时 2. 调节一、二次回风比 3. 调节旁通风与处理风混合比 过渡季 4. 调节送风量 空调水系统的节能 1. 变流量水系统 冷冻水泵的容量是按照建筑物 最大设计负荷 选定的。 绝大多数时间是在 部分负荷 下运行，而且负荷率在 50以 下的运行时间要占一半以上。 部分负荷时运行调节的传统方法是采用 质调节（定流量， 调节温度） 。 在定流量水系

2、统中，系统的水量变化基本上由水泵的 运行 台数 决定。 两通阀：改变管路性能曲线，以使系统的工作点发生变化，结果是 流量减少，压力增加，水泵的动力降低有限。 转速控制：改变水泵性能， 随着转速下降，流量和压 力均降低，而水泵动力以 转速比三次方的比例减少。 所以这种方式具有极好的 节能性。 台数控制是目前采用较多 的控制方式。它简便易行， 其节能及经济效果显著， 但不能实现无级控制。此 外，还可以采用相互结合 的控制方式，如台数 +转 速控制等。 三通阀：对于空气处理设备可实现变水量，但整个水系统仍是定水 量方式。因此，水泵的动力不可能节省。 图 7-10 不同变水量方式时水泵耗电量比较 CW

3、V-定水量； VC1-1台水泵台数控制； VC2-2台水泵台数控 制； VC3-3台水泵台数控制； SP-变速水泵 工程设计中，经常采用的变流量水系统包括：单 级泵变流量水系统、二级泵变流量水系统。 在空调系统处于 设计状态 下，所有设备都满负荷运 行，压差旁通阀开度为零，此时无旁通水流量。压 差控制器两端接口处的压力差即用户侧供回水压差 P， 即是控制器的设定压差值。 当 末端负荷变小 后，末端的两通阀关小，供回水压 差 P将会提高而超过设定值，在压差控制器的作用 下，旁通阀将自动打开。由于旁通阀与用户侧水系 统并联，它的开度加大将使总供回水压差 P减小， 达到设定值时才停止，部分水从旁通间

4、流过而直接 进入回水管，与用户侧回水混合后进人水泵及冷水 机组。在此过程中，基本保持了冷冻水泵及冷水机 组的流量不变。 （ l）单级泵变流量水系统 单级泵系统是一种应用较广泛，比较成熟的变水量系 统。该系统比较简单，控制元件少，运行管理方便。 但单级泵变流量水系统的设计必须基于一点：即 整个 水系统是一个线性系统 。 （ 2）二级泵变流量水系统 初级泵随冷水机组连锁启停，次级泵则根据负荷变 化进行台数启停控制或者转速改变来调节负荷侧二 次环路的循环水量。 当次级泵组总供水量与初级泵组总供水量有差异时， 相差的部分从 AB平衡管 中流过（可以从 A流回 B，也 可以由 B流向 A）。这样就可以解

5、决冷水机组与用户 侧水量 控制不同步 问题。 用户侧供水量的调节通过二级泵的运行台数及压差 旁通阀 V1来控制（压差旁通阀控制方式与一次泵系 统相同），因此 V1阀的最大旁通量为一台次级泵的 流量。 2. 变频调速变流量水系统 在上述的二级泵变流量系统中，常见的负荷侧变流量方法是通过供回 水压差对二次泵进行台数控制的。但实际工程表明，从控制角度看， 压差信号对水系统中流量变化并不敏感 ， 而且并联水泵越多，敏感度 越低 ；从流量调节角度看，台数控制只能实现 有级的流量调节 ，而且 由于水泵实际工作点往往不能处于效率最高点，所以，即使流量减少 了，实际用电量减少并不多，节能效果不显著。 真正意义

6、上的变流量系统， 应该不改变管路特性，而靠移动水泵工作 点使之沿管路特性曲线移动 ，保持水泵在最高效率点运行，达到最大 节能效果。 如图将水泵工作点自 A移到 B，只有靠改变水泵转速 n才能实现。现在 变频器价格较高，但增加的投资完全可以通过运行费的节约在较短运 行年限内予以回收。 由于功率 N与流量 Q的关系式为 当流量减少时， 耗功率相应按三次方的比例降低 ，这对于目前空调水 系统的设计水量与实际运行水量差别很大的情况来说，具有非常明显 的节能意义。空调水系统采用变频装置具有以下 优点 ： 1）可以最大限度地节省水泵运行能耗。 2）选择合理时，冬夏可合用一套循环水泵。 3）对电网影响小，变

7、频器无级调速，电机平滑启动，无冲击杂声， 能改善其使用寿命。 4）可减少水泵台数，同时可实现对制冷机的自动控制，水泵运行 启停均由程序控制，管理方便。 3 2 3 1 2 1 Q Q N N 3. 空调循环水泵运行过程节能途径 为了使水泵的供水流量和扬程与管路所需的流量和扬程相 一致，普遍采用 调节水泵出口阀门 的办法，通过改变管路 的水头损失而改变管路的 Q-H特性曲线，使管路的 Q-H特 性曲线与水泵供水 Q-H特性曲线相一致，这种方法虽简单 易行，但仅仅起到调节流量和扬程的作用而已，却没有节 省电能的效果。 图为 3台同型号水泵并联运行工况图。图中 的 Qi-Hi为管路特性曲线， Q1-

8、H1、 Q2-H2、 Q3-H3分别为单台水泵、两台水泵、三台水 泵特性曲线。 并联水泵运行工作点由 A点转移至 B点，并联 水泵的供水流量为 QB，扬程为 HB。由于单 台水泵和并联水泵的 Q-H都比较平缓，所以， HA与 HB之间的扬程变化很小。 水泵并联，流量、扬程、效率如何变化？ 1) 多台水泵并联运行 2) 更换水泵叶轮 将 水泵叶轮车削缩小后，可改变水泵工作性能 。 叶轮直径不同的水泵，其供水流量，扬程和所 需要的功率也不同。 由图可见，当管路所需要的流量、扬程为 QA、 HA时，水泵叶轮直径为 D1时的供水流量、扬程 和轴功率分别为 QA、 HA、 NA。 管路所需要的流量减小到

9、 QB，扬程仍为 HA。为 了适应管路流量的变化，水泵应更换上直径为 D2的小叶轮。此时，水泵运行工作点由 A移至 B 点，水泵的供水流量、扬程和轴功率分别为 QB、 HA和 NB即流量稍有减少时， 水泵所需要的轴功 率随着叶轮直径的减小而以更大的幅度减小 ， 节电效果相当显著。 3) 调节水泵叶轮的转速 水泵叶轮调速后，它的性能也将发生一系列 的变化。由图可见，当系统管路所需要的流 量、扬程为 QA、 HA时，水泵的叶轮转速为 n1。当管路所需要的流量仍为 QA而扬程降低 至 HB时，为了适应管路扬程的变化，水泵的 叶轮转速应降至 n2。此时，水泵运行工作点 由 A点移至 B点，水泵的供水流

10、量、扬程和轴 功率分别为 QA、 HB和 NB。从图可看出用调 节水泵叶轮转速的方法可收到较好的节电效 果，而水泵叶轮转速的改变可用变频调速器 来实现。 变风量空调系统的控制 空调系统根据系统的风量固定与否，可以分为 定风量 和 变 风量 空调系统。在空调设计中，选择什么样的系统形式， 直接影响冷、热源耗能和动力耗能。 变风量系统（ Variable air volume system）是一种节能的 空气调节方式，从当前形势来看，国外在 办公、商业等大 型公共建筑 里（主要是内区），比较多的采用变风量 （ VAV）空调系统。 与定风量空调系统相比，它在满足空调要求的同时，又有 明显的节能效果，

11、全年空气输送能耗可节约 1/3，设备容 量减少 20%30%，据多种资料介绍，变风量系统一般情 况下，节能可达 50%左右。 1. VAV空调系统构成 VAV空调系统根据建筑结构和设计要求的不同有多种设计 方案可供选择。如 单风道或双风道 ， 节流型或旁通型 末端 装置， 末端是否有再加热 （温控精度高时采用）， 送风管 道静压控制方式 （定静压或变静压）等。总之，只要送风 量随负荷变化而变化的系统，统称为变风量空调系统。 图为单风道 VAV空凋系统简图。系统管路由 新风、回风和排风阀门， VAV末端装置及管网 组成。控制环路由 室温控制、送风量控制、新风、 回风和排风阀门联动控制及送风温度控

12、制 等部分组成。 (1) 室温控制 ： VAV末端装置根据室内温度的变化调节进入室内的送 风量，以维持室内温度稳定。 (2) 送风量控制 ：根据送风管道静压的变化控制变频风机转速。 (3) 新风、回风和排风阀门联动控制 ：根据新风量要求和季节变换调 节新回风风量比，根据新风量的大小控制排风量以达到系统风量平衡。 (4) 送风温度控制 ：根据送风温度调节供冷（热）量。 30m3/h.人；总风量的 10；保证室内 5 10Pa的正压 2. 变风量末端装置 1. 节流型 节流型变风量箱是最基本的变风量箱，其它如 风机动力型、双风道型、 旁通型 等都是在节流型的基础上变化发展起来的。所有变风量箱的 “

13、心脏”都是一个 节流阀 ，加上对该阀的控制和调节元件以及必要的 面板框架就构成了一个节流型变风量箱。 节流式的 缺点 ：（ 1） 增加系统的能耗 ，变风量系统的主要目的之一 是节能，可是节能式末端装置反其道而行之，由于节流，而增加了系 统的能耗；（ 2） 增加系统的噪声 。由于节流，而增加了系统的噪声； （ 3） 增加系统的复杂性 ，当采用变静压控制方式时，应给出实际阀 位信号，对于目前的技术发展水平，要低价格、简单的实现有相当大 的难度。 2. 旁通型 这是利用旁通风阀来改变房间送风量的系统。由于其并不具备变风量 系统的全部优点，因而在有些论文中称其为 “准”变风量系统 。该系 统的特点是投

14、资较低，但节能却很小，因为有大量送风直接旁通返回 空调设备，并不怎么减小风机能耗，所以目前使用也不多。 3. 风机动力型 风机动力型是在节流型变风量箱中内置加压风机的产物。根据加压风 机与变风量阀的排列方式又分为 串联风机型 （ Series Fan Terminal） 和 并联风机型 （ Parallel Fan Terminal）两种产品。 所谓 串联风机型 是指风机和变风量阀串联内置，一次风既通过变风量 阀，又通过风机加压；所谓 并联风机型 是指风机和变风量阀并联内置， 一次风只通过变风量阀，而不需通过风机加压。 3. 变风量系统的应用范围 （ 1）负荷变化较大的建筑物 （ 2）多区域控

15、制的建筑物 （ 3）有公用回风通道的建筑物 （ 4）在医院中的隔离病房、实验室和厨房等不适合应用。 4. 变风量系统控制 变风量系统的控制系统一般可以分成四部分：（ 1） 室内温度控制 （包括变风量末端装置控制和送风机控制）；（ 2） 室内正压控制 ； （ 3） 送风参数控制 ；（ 4） 新风量控制 。四部分相对独立，又互相关 联。 （ 1） 室内温度控制 它是通过末端装置对送风量的控制来实现的，末端装置的控制可以分 为三类：随压力变化的（又称 压力相关型 ）， 限制风量 的，不随压力 变化的（又称 压力无关型 ）。 l）随压力变化的末端装置对风量的控制 这类末端装置的控制部件， 实际上就是安

16、装在末端装置箱体内的一个风量调 节阀，它接受室内温度调节器的指令而不断改变其开度来调节送风量。 由于 这类装置结构简单，价格便宜，再配以较灵敏的室内温度调节器，仍然可以 将室温控制在较舒适的范围以内。 2）限制风量的末端装置对风量的控制 这类末端装置安装有 最大风量限制器 ，或者有 最小风量限制器 。虽然在绝大 多数时间内，可避免送风量超过限定器的设定值，但是，实际上全年只有短 时间会出现最大负荷状态，所以，这种控制的结果，会使送风量出现“ 超调 ” 或“ 欠调 ”现象。 风量限定控制有两种方式，一种是采用 机械式 （即带有弹簧）定风量调节器， 一种是采用带有孔板或速度测头的 差压控制器 。

17、3）不随压力变化的末端装置对风量的控制 这类未端装置在任何条件下，都只根据房间负荷的需要输送相应的空 气量，与风管系统中的静压变化无关，它可以从最大到最小的送风量 范围内进行控制，只接受室内温度调节器的指令。 （ 2）室内压力控制 如前所述，变风量系统在进行控制时，需要同时考虑室内压力，也不 应出现过低的压力。 目前采用的室内压力控制方法有：（ 1）通过送风静压信号控制 回风 机风量 ；（ 2）由室内压力控制 回风机风量 ；（ 3）测量送风风管和回 风风管内的流量，由两者差值控制 回风机风量 ；（ 4）由房间的压力 控制 排风风机风量 ；（ 5）由新风阀的开度控制 排风风机风量 ；（ 6） 由

18、房间压力控制 排风风阀排风量 ；不设回风机，只设新风机和排风风 机，以新风和排风之间的固定压力比为基础控制排风风机风量。 这些方法是 ASHRAE研究课题 590提出的，该课题还提供了用于这些 控制方面比较的计算机程序。 （ 3）送风温度控制 变风量系统的基本特点是 变送风量，定送风湿度 ，变风量末端装置的 送风量是由室内温度设定值控制，与送风温度无关。 早期的变风量系统对如何合理地设定送风温度， 未给予足够的重视 。 送风温度设定不合理有可能造成末端装置的 噪声过大，耗能过高 。因 此进入 20世纪 90年代后，在变风量系统的研究中，加强了送风温度控 制的研究。 空调系统的运行管理 空调系统

19、启动前的准备工作主要有以下几点： （ 1）检查电机、风机、电加热器、水泵、表冷器或喷水 室、供热设备及自动控制系统等，确认其技术状态良好。 （ 2）检查各管路系统连接处的紧固、严密程度，不允许 有松动、泄漏现象。 （ 3）对空调系统中有关运转设备（如风机、喷水泵、回 水泵等），应检查各轴承的供油情况。若发现有亏油现象 应及时加油。 （ 4）根据室外空气状态参数和室内空气状态参数的要求， 调整好温度、湿度等自动控制空气参数装置的设定值与幅 差值。 （ 5）检查供配电系统，保证按设备要求正确供电。 （ 6）检查各种安全保护装置的丁作设定值是否在要求的 范围内。 图 空调系统开机 空调系统的运行管理 空调系统进入正常运行状态后，应按时进行 下列项目 的巡 视。 （ 1） （ 10）见教材 P217。 空调系统的停机 正常停机 事故停机 思考题 分别画出夏季和冬季一、二次回风空调系 统焓湿图，并写出其工作过程。 空调水系统流量调节的四种基本方式是什 么？ 变风量空调系统的控制环路包括哪几个部 分？分别如何控制？