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暖通空调系统节能发展趋势

 高效的节能设备

 

  实现暖通空调系统的节能,首先离不开各主要设备自身的高效节能。高效、稳定已成为近年来各大设备厂家日益所共同关注的话题,并在不断努力、精益求精,可以说过去的这几年高效的主机、末端、锅炉、水泵、风机等大大小小的相关部件均获得了前所未有的高速发展。 

  美的变频离心机组,国内第一台变频离心机组,采用智能变频控制,能根据冷负荷变化自动调节冷量的输出,比普通离心机节能30%以上,能效比达到7.1,IPLV高达11.6,为行业最高水平。 

  最近备受瞩目的悬浮机组,则采用磁悬浮离心压缩机,机组效率在一定使用范围内比传统机组甚至可提升40%,机组COP可达到6.4甚至更高,其IPLV值更是名列前茅。

  据了解新版的《冷水机组能效限定值及能效等级》正在修订中,预计本次修订中除了会大幅提高能效限定值中COP值,还将会更加关注综合部分负荷性能系数,以使得评定标准更加贴切设备的实际使用工况。

节能的系统设计方案

  除了各设备厂家不断致力于提升其设备的能效水平外,近年来,我国的暖通系统设计水平也在迅速发展,一大批新的技术得到了推广应用,技术方案日趋成熟,为实现暖通空调系统的真正节能起到了重要作用,如:水源热泵系统、能源塔热泵系统、温湿度独立控制系统、分布式能源系统、热回收技术、自然冷却技术等。 

  2.1 水源热泵系统

  在地下水资源丰富的地区,采用水源热泵系统进行供冷供热成为一种首选的系统方案。夏季,地下水温低于空气温度,其冷却效果优于冷却塔冷却,冷凝温度较低,机组运行效率较高,机组COP能到达6.0左右,远高于常规冷水机组;冬季运行时,其运行效率可达到4.0左右,其节能性远优于锅炉等常规供热方式。  

  2.2 能源塔热泵系统 

  能源塔热泵系统是一种适用于冬季湿度较大地区,可冬季供热夏季供冷的系统。该系统夏季运行原理与常规冷水机组相同,冬季制热时可利用冰点低于零度的载体介质,如氯化钙溶液等,提取空气中的水汽,通过向能源塔热泵机组输入少量电能,得到大量的高品位热能,可以供热及提供热水。该类系统解决了风冷热泵在冬季湿度较大地区供热工况时频繁容霜的问题,其系统整体COP可达到3.0左右。  

  2.3 温湿度独立控制系统  

  温湿度独立控制空调系统,采用温度与湿度两套独立的空调系统,分别控制、调节室内的温度与湿度,从而避免了常规空调系统中热湿联合处理所带来的损失,合理利用15~18℃中温冷水进行降温,可起到很好的节能作用。

  2.4 分布式能源系统

  近年来,国家在大力推行分布式能源系统,以期减少能源输送过程中的浪费。目前在分布式能源系统的建设中,冷、热、电三联产的系统形式在冬季供热夏季供冷地区拥有很大的推广价值。

 

高效的运营管理方案

  有了高效的节能设备,先进的暖通设计方案,那么整个中央空调系统在运行当中就真的能实现整体高效节能吗?实际却未必。根据我们多年的现场调查经验,这往往取决于很多因素,比如现实影响较大的人为操作问题。即使采用了比较先进的楼宇自动化管理系统,也确实能减少很多人为上的问题,系统运行相对更加稳定可靠,但实际使用当中仍还存在不少差强人意的地方,往往中看却不‘足够’节能,不仅初投资不低,实际能耗费用也居高不下。

  近年来,我国的楼宇自动化市场发展迅猛,市场上涌现了一大批楼宇自动化行业的系统集成商。这些集成商的硬件产品多来自西门子、霍尼韦尔、江森等一些国外的知名厂家及国内不少硬件厂家,这些硬件厂商对国内系统集成商的支持除了硬件的供给还包括软件编写方法上的有限指导。硬件是OK了,但如果我们仔细分析关注会发现他们所实现的控制功能其实大都依然停留在相对单纯的自动化管理水平之上,如设备启停、连锁、运行平衡、时段分配、远程监控、故障报警等等,而缺少我们更为专注的,也是最为迫切要实现的‘系统节能’的重要功能! 具体来说,在暖通空调设备的控制当中,末端设备如新风机组、组合式空调机组、热回收机组等因其设备单一,各项目类似,因此该部分的控制技术较成熟,设备间的自动运行甚至节能还算可以较好的得以实现。但是在中央空调机房设备的控制当中,因各设备的关联性较强、系统各不相同及强弱电专业的划分问题导致中央空调机房设备的控制依然大多停留在上述的简单自动化控制阶段,而实际运行当中这一块的能耗比例确为最大。

  让大家稍感安慰的是,根据我们的最新研究,发现国内的不少厂家对此已经高度关注甚至经过几年的努力已经有了业已成熟的方案和产品,可帮助中央空调机房在实际运行当中真正降低能耗,这其中的佼佼者有如专注于系统整体节能的东方电子、汇通华城等。 

  冷热源设备往往是根据建筑当地的气象资料(最高/低气温)和建筑物的特点而设计,主机、水泵都有一定的余量。而在不同季节、不同时段时,中央空调全年以最大负荷运行的时间不足2%,人工控制和常规逻辑控制无法使系统冷热量输出适应末端负荷的实时变化,系统能耗很高,能源浪费大。因此,中央空调机房如果要实现整体节能,相关设备的运行控制就应根据建筑负荷的变化实时进行冷热量的最佳调节,从而降低系统能耗。  

  中央空调系统中,中央空调主机的能耗占整个系统能耗的50%以上,因此对中央空调系统节能首先要做的是对中央空调主机进行节能控制。不同季节、不同时段的建筑负荷在实时变化, 主机提供的负荷也应所需而变,根据主机性能变化规律,还应合理调整主机出水温度,从而使得满足建筑需求的同时保证主机效率相对较高。另外系统负荷变化时,系统所需要的冷冻水、冷却水的流量也应合理变化,则需利用变频控制技术匹配系统所需要的水流量。  

  同时中央空调机房内各设备的耦合性较强,主机的能耗随冷却水流量的增大、冷冻水流量的增大、冷却水温度的降低而提高,随冷却水流量的减小、冷冻水流量的减小、冷却水温度的提高而降低,因此认为采用耦合控制策略智能调节冷冻水流量、冷却水流量、冷却水温度,可确保系统的整体节能,包括机房内主机、各个水泵、冷却塔、风机等总能耗整体最低。 

  鉴于中央空调机房的复杂性,除了节能重要因素需要很好实现外,系统各设备的稳定可靠同样需要通过自动化的手段加以完善确保。如过渡季节常为设备故障的高发期,螺杆机润滑不良、离心机喘振问题常常发生,如何保证这些设备高效的同时稳定运行亦为重要。以螺杆机为例,螺杆压缩机采用冷凝压力和蒸发压力的压差供油,对运动部件进行润滑。冷却水进水温度较设计工况低很多时,由于冷凝器的冷却效果较好,系统冷凝压力就会较低,系统运行压差就会降低,润滑油供给流量就会减少。当水温降到一定程度,高低压压差可能会低于所需要的供油压差,从而造成运动部件无法良好的润滑。因此在过渡季节,在保证主机最低流量情况下根据散热负荷等因素合理调整冷却水流量,可有效改善过渡季节主机无法开机,运行缺油等故障。这些均可通过主机、泵、风机等各设备之间的合理的耦合联动良好实现。

  据了解,按国家五星级标准建造的龙鑫国际酒店是中国第七届农民运动会指定服务酒店,该项目采用水源热泵进行供冷、供热及热水的供给,并配备高效的海尔磁悬浮热泵机组,项目较一般系统具有非常明显的优势。项目中还应用了东方电子的中央空调整体节能解决方案,使系统运营更节能25%。

 

  结语

 

  暖通空调系统的节能引起越来越多人们的重视,但根据上述分析,要实现建筑的真正节能,高效节能的设备、节能的系统设计、高效的运营管理,三者缺一不可!我们真心希望,这三大板块可整齐发展,有机相融,帮助我们的建筑系统最终实现真正的稳定运行、高效节能,确保建筑全生命周期内的能耗最低,切实做到珍爱环境、节约资源!

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