空调系统节能典型做法

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1、1.2 空调系统节能典型做法从分析空调系统运行的实际状况出发，大体上可对空调系统的运行提出三个层次的要求：（1）正常运行；（2）节能运行；（3）优化运行；空调系统的正常运行，主要是创造基本的温湿度条件，达到设计基本要求。“节能运行”则要在保证“正常运行”的基础上，采取一种和几种措施，实现一定程度的节能。“优化运行”是指包括冷热源系统在内的实现全面节能的优化运行，它需要全面地考虑并巧妙地利用设备特 性、管网特性、建筑物特性和室内外条件。冷热源设备通常都带有厂家自己的控制装置。对于其中的容量控制部分，设计者应该了解其运行控制，并把它集成到BAS系统中去。对于其中的安全控制部分，在检测到不安全条件时

2、应能关机，并把报警传输到控制中心。本节目的在于描述空调系统节能典型做法的控制原理，以利分析。1.2.1 死区恒温器（Dead Band Thermostat ）死区恒温器如图1-7。在一个相当宽的范围内，（此范围可调，可多达 5K,恒温器保持中 性，即不要求供冷亦不要求供热。在死区的每一端恒温器控制一小段，直到最大值和最小值，亦即整个温度控制在一定范围之内。图1-7 死区恒温器1.2.2 经济循环（Economizer cycle ）经济循环控制如图1-8。只要室外气温足够低，室外空气也是一种冷源，充分利用室外空 气做冷源，是空调系统节能的重要途径之一。通常取室外空气温度上限为18C，在此条件

3、下，调节回风阀、排风阀和新风阀，以保证混风温度的设定值（通常为13 16C）。当送风机不运行时，排风阀和新风阀联锁成关闭，回风阀联锁成打开。当室外气温超过上限温度设定值时， 新风阀关小至一个固定的最低值，排风阀和回风阀也相应地关小和打开。1.2.3 焓值经济循环（En thalpy econ omizer ）当潜热负荷较大时，可以用焓值经济循环代替经济循环，以进一步减少能量费用。这时可以把室外气温上限的判断改为下列条件之一：（1）一个固定的焓值上限；（2）室外空气焓值低于回风焓值；（3）焓值与上限温度的结合。1.2.4 夜间冷却（夜间清除）（Night cool-down（night purg

4、e）夜间冷却控制如图1-9。在非工作时间，“夜间冷却”采用100瀏风用于冷却。房间被冷 却到设定温度，（通常高于室外空气温度5K ）。“夜间冷却”的限制条件是：室外气温高于室内气温，室外空气露点温度太高，或室外气温太低（通常是10C以下）。通常在太阳升起前，室外气温最低时，启动夜间冷却循环。只要室外空气状态允许，而室内需要供冷，则冷却循环即 是优化启动过程的第一步。图1-9 夜间冷却控制1.2.5 VAV 加热控制(VAV warm-up control)加热控制如图 1-10。在非工作时间的加热过程，不需要室外空气。通常是使新风阀和排回一丽.瞞送凤一回風世W.化风阀保持关闭。如果是图中所示的

5、带回风机系统，新风阀应处于最小位置，且送风量的最大值 为回风量，以便使管道内的正压或负压最小。图1-10加热控制压力限制控制器可以防止过压或负压下管道的损坏。送风机加热控制如图1-11。1选酸匸图1-11送风机加热控制1.2.6 可变定风量（零能区）双管末端装置Variable con sta nt volume （zero en ergy band） dual-duct term inal un its可变定风量双管末端装置在供热和供冷管道上有入口阀门。两个阀门联锁成反向动作，只需要一个控制执行器。总流量也有阀门，并有自己的执行器。房间恒温器直接控制入口混风阀 门，流量控制器控制流量阀门。当

6、空调区域的热负荷发生变化时，房间恒温器从最大到最小重 新设定流量控制器。图1-12表明控制原理和阀门运行。注意在控制范围内的一部分，热风和冷风是混合的。可变定风量（零能区）双管末端装置在冷风管和热风道上有入口阀门，并有单独的阀门执行器和流量控制器，但没有总流量阀门。当房间负荷改变时，零能区（ZEB）房间恒温器以系列方式重新设定流量控制器的设定值。在零能区既不需要供冷亦不需要供热时，流量控制器保持 一个用于通风目的最低流量（可调），且阀门动作没有重叠。图1-13表明控制原理和阀门运行。可变定风量双管末端装置有否零能区（ZEB,其能耗基本一样。图1-12 压力无关双管 VAV末端装置净眞 入Ar1

7、-13 可变定风量(零能区1.2.7 供热曲线控制装置(HCA Heating Curve with Adaption)供热曲线控制装置(HCA是一种有室外气温补偿的加热温度设定值计算器，亦即通过一 条供热曲线由软件为加热温度设定值赋值。如果联接一个房间温度传感器，则室外气温补偿控 制器可以自动采用这种供热曲线。室外气温补偿控制如图1-14。I-r ： a I r Actijc-tcr , “北厂鼻图1-14 室外气温补偿控制对每一个供热回路，室外气温补偿控制器需要一条特定的供热曲线，以便根据室外气温正确地确定加热后的空气温度。这种供热曲线表明了室外气温与加热温度的关系。这种控制器使用多个参数

8、（由经验确定）以保证供热的经济运行。控制器的主要任务是根 据一个时间表控制所需要的温度，也维持几个对系统或建筑物安全有关的温度。控制器也可以利用房间温度，室外气温和加热后空气温度的平均值，自动地逐渐地调整供热曲线。1.2.8 热水系统的控制生产锅炉和冷机的厂家通常都与设备一起安装有自控设备。其自控功能可分为容量控制和安全控制两大类。容量控制使供热（冷）能力随负荷而变化。设计者需要了解这些控制功能，以便把它们集 成到包含多种设备的控制系统中去。安全控制一旦检测到不安全因素时，产生报警并关机。如果有上位控制系统，应把报警信号传输到控制中心。锅炉向热水系统的供热量通过调节火焰和开关锅炉来控制。火焰调

9、节是由锅炉自身的控制装置来完成的，但在什么情况下增减锅炉以及供水温度控制在什么温度，要由控制系统的设计 者来决定。热水输送控制包括在锅炉房或换热站的热水温度的控制，热水温度的重新设定，以及各热区的控制。其他需要考虑的因素包括：（1 ）通过锅炉的最小水量；（2 ）在温度发生剧变时锅炉的保护；（3）防止盘管冻结。如果使用了多种热源或替代热源，（如冷凝器热回收或太阳能蓄热装置等），则控制策略中应该包括热源排序或选择最经济能源的办法。图1-15是一个燃气或燃油锅炉的负荷控制系统。锅炉的安全控制通常包括灭火、高温， 以及其它一些关机控制。间断燃烧通常控制容量，而在较大的系统中通常调节燃料的输入。在 大多

10、数情况下，锅炉控制为恒定水温，而室外温度可以对水温重新设定，（供应生活热水的锅炉除外）。在下图的安排中，根据预定的设定办法，由室外温度重新设定供水温度。为尽量减少烟 气冷凝和锅炉损坏，水温设定不要低于厂家的推荐值，通常为60 C。在图1-15的系统中，在热盘管附近有三通控制阀以确保流经锅炉的最小流量。区域控制可通过改变热盘管的流量来实现。一个房间恒温器控制一个三通阀，从而改变通过盘管的流量。预热控制使用第二个三通控制阀通过改变混水流量来实现；其中的循环泵保持通过预热盘管的 恒定流量以防冻结。对于较大的系统而泵运行费用相当高时，可采用变速泵，带最小流量旁通 阀的泵出口阀，或双速泵以减少二次泵容量

11、来适应负荷变化。興量说抵抑括控制装置，因此设计者要决定其控制办法。图1-16的控制原理可用于低压蒸汽或93 127C的锅炉热水。供水恒温器控制一个蒸汽（或热水供水）管上的两通调节阀。通常有一个室外恒温器，当负荷减少时重新设定下游的供水温度。当热水泵不运行时，流量开关联锁应把两通阀 关闭。图1-16 换热器控制1.2.9 冷水机组的控制由于冷机类型、大小、驱动、厂家、管网、水泵、冷却塔、分配系统和负荷的极大不同， 每一个冷冻站及其控制都需要在特定的基础上进行设计。冷冻站通常有两种类型，变流量和定流量。 在图1-17和图1-18中，两种类型系统其负荷管网都是并联的。使用那一种类型的系统，是由远端负

12、荷的控制方式来确定的。盘管的节流阀 随着负荷改变流量，而温差则倾向于保持接近设计温差。冷水的供水温度决定了基础流量。为 了提高能量效率，设定值可以根据最大负荷区域或其它一些变化情况重新设定。管网和水泵可 以有不同的连接方法，但必须保持厂家要求的通过一台运行冷机的最低流量。定流量系统实际上是所有在线冷机组合后的定流量，一个重要的干扰总是发生在增泵或减泵的时候。根据负荷重新设定的功能使最大负荷区域得到满足，同时，对供或回水的控制来处 理区域负荷的平均值。I“叫门rwrn_i-. J十七丁冲力图1-17 变流量冷水系统；!飞一柿5卄冲LS侄*HF建丫靖At-图1-18 定流量冷水系统（1）优化制冷剂

13、压力制冷机的效率决定于冷机的满负荷百分比和冷凝器与蒸发器中的制冷剂压力差。在实践 中，此压力差由冷凝器冷却水出口温度减去冷冻水供水温度来代替。为减少此压力差，必须提 高冷冻水供水温度，或降低冷凝水的温度。每减少1K,可省能2-3%。减少制冷剂压力差有两个有效的办法：（A）当负荷减小时，使用冷水负荷重设提高供水温度设定值。图1-19表明这种方法的基本功能。各种复杂程度均可，包括计算机控制。冷韭讐阀图1-19 冷冻水负荷重设（B）降低冷凝温度到最低的安全值（使用厂家的推荐值）：关闭冷却塔旁通阀，开足冷凝水泵，让冷却塔风机发挥全部作用，直到水温与室外空气湿球温度之差小于3K。然而，水泵和风机消耗电力

14、，在计算能量节省时，应该把此种消耗和VAV空气处理器的风机动力一并考虑进去。（2）优化运行多冷机冷冻站应该运行于部分负荷曲线的最高效率点上。图1-20表明一台离心式冷机在设计条件下典型的部分负荷曲线。11 f /f/r72C 40 6u 90 ICOX o D O 3 C1C8G 4 2 C图1-20在设计制冷剂压力差条件下冷机部分负荷特性图1-21表明在不同极限压力条件下类似的曲线。020406080100120额足冷瘵量百分出LPlot806D4D?o 諄金险霑賢癖0图1-21不同压力下冷机部分负荷特性图1-22表明在一个两台机组的冷冻站于何点应该加或减冷机。一般情况下，应该画出冷机所有组

15、合的部分负荷特性曲线；这样，在 n和n+1冷机之间的平滑改变点即可确定。tmjn JVA商ft . B J：Ia呼二界.色斗JrMHI-44*1 7J丸GO3：JCO LziD净洙甘总凉是为负苣百令数图1-22 多冷机运行转换点(两台同样大小的冷机)(3) 最大限度减少运行时间冷机启动一般可与第冷冻站每天启动时间的优化是建立在空气处理机启动时间的基础上。一个风机系统的启动时间相同。如果水系统热容量很大，冷机可以启动早些；如果在启动过程 中室外空气可以向风机系统供冷，则冷机可启动得晚些。1.2.10 冷却塔和水冷冷凝器的控制当设备自身的控制装置集成到中央冷冻站时，控制工程师开始着手冷机控制工作。

16、一般应该考虑冷却塔、冷冻水泵和冷却水泵的控制，以便使整个冷冻站稳定和节能。舒适性空调最常用的整体式机械通风冷却塔是逆流引风和鼓风。它们的控制情况类似，应根据生产厂家的推荐来做。 对于大一些的冷却塔，双速或变速风机（及其相应的马达控制回路）， 可在部分负荷条件下减少风机动力消耗并稳定冷凝器水温。图1-23表明冷凝器水温的旁通阀控制。补水- =_-|屋瓦負三皆!一蛊加电图1-23 冷凝器水温控制对于离心式冷机，冷凝器的供水温度允许在高于低限温度条件下浮动。生产厂家应该指明满足特定冷机运行的最低冷凝器进水温度。图1-23的控制原理如下：对于一种冷凝器供水温度，（比如高于 24C的设定值），通向冷却塔

17、阀门开启，旁通阀关闭，冷却塔风机运行。当水温降 低时，（比如降到18C）,如使用双速马达则可以把风机速度降为低速。如果冷凝器供水温度继 续降低，则风机停转，且旁通阀开始起调节作用以保持水温在可以接受的低限。在气候较冷而又要求全年空调的地区，冷却塔也许会要求加热并且全部流量连续通过冷却塔以防冻结。在这种情况下，冷却塔水池恒温器将控制热水或蒸汽阀以便保持水温，不被冻结。1.2.11 参考资料：1 ASHRAE Applications Handbook,1995;2 Honeywell 产品资料，1997;3 Andover Controls 产品资料；4 Johnson产品资料；Lan dis & Gyr 产品资料； 新加坡ST8200产品资料；7日本山武公司产品资料。