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「工部机电」商业综合体空调节能、增效有妙招(上)

发布时间:2024-02-12 人浏览

本文以我国北方地区一座大型商业综合体为例,通过开展空调系统现场调适优化和节能改造,为同类空调系统节能、减排、增效献上参考建议。

「工部机电」商业综合体空调节能、增效有妙招(上)

作者:祖光

摘要:大型商业综合体空调系统节能优化是实现项目节能减排、降低运行费用、增加项目利润的重要途径。研究结果表明,在开展空调系统的节能诊断时,首先需要对空调系统各关键设备和系统的实际运行性能进行现场测试,结合运行数据,总结系统存在的典型问题,从而有针对性地给出节能优化方案,逐步提升空调系统运行能力,实现节能减排的作用。以我国北方地区一座大型商业综合体为例,对其空调系统现场诊断后进行详细地分析和研究,总结空调系统各关键设备和系统存在的典型问题,并有针对性地开展现场调适优化或提出节能改造建议,为同类项目提出参考建议。

引言开元棋脾KY

空调系统在营造健康舒适的室内环境的同时,也消耗着大量的能源。近年来,随着节能减排工作的推进,人们在关注室内环境营造的同时,也越来越多的关注空调系统运行能耗的降低。2016年《民用建筑能耗标准》[1]的出台,也对公共建筑的运行能耗提出了限制和指导建议。特别是对于公共建筑,据统计空调系统能耗在公共建筑总能耗中约占30%~50% [2]。因此,空调系统的节能控制对于公共建筑节能及整个建筑领域的节能工作有着重要意义[3]。

对于空调系统的节能调适,清华大学开展了一系列的研究与实践,提出了基于能耗数据的节能诊断方法[4],并对空调系统的冷水机组[5]、冷水系统[6]、冷却水系统[7]以及末端风系统[8]开展了现场实测和节能诊断工作。研究结果表明,在开展空调系统的节能诊断时,首先需要对空调系统各关键设备和系统的实际运行性能进行现场测试,结合运行数据,总结系统存在的典型问题,从而有针对性的给出节能优化方案,逐步提升空调系统运行性能,起到节能减排效益。本文以我国北方寒冷地区一座大型商业综合体为例,对其空调系统现场诊断工作进行详细分析和研究,总结空调系统各关键设备和系统存在的典型问题,并有针对性的开展现场调适优化工作,并给出节能改造建议。希望通过本工作,为大型商业综合体空调系统的节能诊断和调适优化给出参考建议,推进空调系统节能减排工作。

1. 项目概况

该项目为位于我国北方寒冷地区的多层商业综合体,业态为办公楼和购物中心结合。地上为多层建筑,地下设有商业、设备用房、自行车库及人防用房等。项目总建筑面积为203231平方米,其中地下建筑面积73000平方米,地上建筑面积130231平方米。

项目冷源采用水冷式冷水机组系统,空调末端采用全空气系统,对于部分有特殊需求的房间还安装有分体式空调。冷站系统如图1所示,共包含3台离心式制冷机,总装机制冷量为7914kW,冷机手动调节,控制出水温度在7-8℃。冷水侧3台冷水泵并联运行,额定流量378m³/h,均可变频调节。冷却侧包含3台冷却水泵和3组冷却塔,其中冷却水泵额定流量534m³/h,仅有1台可变频调节。每组冷却塔包含4个风扇,每个风扇功率5.5kW,风机均定频运行,其中1组冷却塔集水盘安装电加热器,用于冬季冷却塔供冷阶段防冻。空调系统主要设备参数如表1~3所示。

「工部机电」商业综合体空调节能、增效有妙招(上)(图2)

图1 冷站系统图

「工部机电」商业综合体空调节能、增效有妙招(上)(图3)

笔者于2018年8月供冷高峰期对该项目空调系统进行了现场测试与节能诊断,对系统实际运行性能及末端环境营造效果开展评估,总结出系统存在的典型问题,进而有针对性的提出调适优化建议,在提升末端环境营造效果的同时,降低系统运行能耗,为同类项目空调系统节能诊断与调适优化给出了一定的参考建议。

2. 冷站系统运行性能实测分析

2.1典型工况冷站能耗、能效实测分析

2018年8月4日下午16:00,笔者对该项目冷站实际运行性能进行了现场测试,测试阶段室外干球温度37℃,相对湿度47%,湿球温度27℃。此时系统开启了1#、2#、3#三台冷机,各机组的运行参数如表4所示。

「工部机电」商业综合体空调节能、增效有妙招(上)(图4)

通过现场实测得到,测试工况下冷站供冷量为4717kW,冷机总耗电量为1060kW,冷冻泵耗电量为180kW,冷却泵耗电量为180kW,冷却塔耗电量为54kW。计算得到制冷机实际运行COP为4.42,冷水系统的输送系数为26.04,冷却水泵的输送系数为31.93,冷却塔输送系数为106.42,冷站整体能效EER为3.18,通过与美国暖通空调协会ASHRAE冷站能效标尺进行对比(图2),可以看到该项目冷站当前运行性能处于亟需改善的水平。

「工部机电」商业综合体空调节能、增效有妙招(上)(图5)

图2冷站能效标尺及典型工况冷站EER

随后笔者对冷站实际运行过程中存在的典型问题进行了归纳分析,以期有针对性的提出优化方案。

2.2 制冷机运行性能偏低

如前所述,3台制冷机实测COP分别为4.61,4.32,4.39,均低于额定运行性能(5.5),同时,实际运行工况冷水温度均远高于额定工况,对制冷机运行更加有利,为了排除实际运行水温对制冷机运行的影响,更加直观的对比制冷机实际运行性能与额定值的差别,笔者根据测试工况下制冷机蒸发温度与冷凝温度,将实际运行工况折算到额定工况,得到折算后的制冷机COP折算,具体方法为:

1)对于额定运行工况,近似以制冷机冷凝器出口水温加2℃为冷凝温度,以蒸发器出口水温减2℃为蒸发温度,建立一个逆卡诺循环,得到额定工况下的理想制冷性能系数COPth,额定,如式(1)所示[9]。例如额定工况蒸发侧出口水温为6.5℃,冷凝侧出口水温为37℃,则COPth,额定为8.04。类似地,根据制冷机实测蒸发温度与冷凝温度,得到运行工况下的逆卡诺循环制冷性能系数COPth,运行。

2)再按式(2)将实际工况下测试得到的COP运行折算得到对应额定工况下性能系数COP折算。

「工部机电」商业综合体空调节能、增效有妙招(上)(图6)

可以看到,三台制冷机实际运行COP远低于额定值,存在较大提升空间。为了进一步分析制冷机运行性能影响因素,利用公式(1),由制冷机的蒸发、冷凝温度可以计算得到当前工况下理论COPth,随后根据制冷机实际运行COP与理论COPth的差别(实际/理论)计算得到当前制冷机的内部效率DCOP。由此可见,对于制冷机的实际运行性能,一方面受运行工况(两器水温)影响,随着蒸发温度的升高、冷凝温度的降低,制冷机逆卡诺循环理论COP增大;另一方受其自身性能的影响,内部效率越高,机组实际运行性能越高。

结合蒸发、冷凝温度分析发现,如表5所示,制冷机实际运行过程中,蒸发器和冷凝器换热端差较大,趋近温度偏高,进而导致蒸发温度降低、冷凝温度升高,使得制冷机运行性能降低。这一典型问题说明制冷机蒸发器和冷凝器可能存在脏堵、结垢,或者制冷剂流量不足等问题,需要及时调试,以提升制冷机运行性能。

「工部机电」商业综合体空调节能、增效有妙招(上)(图7)

「工部机电」商业综合体空调节能、增效有妙招(上)(图8)

说明:内部效率 DCOP 即表达了 COP 与 ICOP 之间的偏差,COP 与 ICOP 的偏差主要在于以下几方面:有温差换热,截留损失,过热损失,压缩机效率等,这些影响因素都发生在冷机内部,因此称 DCOP 为内部效率。DCOP 的高低主要受冷机自身性能的影响,其中,压缩机效率与其额定效率之差,取决于实际工作点的压缩比和负荷率与额定工作点的压缩比和负荷率之差。因此,要重点考察实际运行压缩比和负荷率的高低。除此之外,制冷剂充灌量、 制冷机性能老化等其他因素也会对 DCOP 构成影响。

三台冷机的热力学完善度低于 0.6,内部效率偏低,这说明设备自身存在问题。为了进一步分析制冷机内部效率偏低的原因,笔者对其运行参数进行了深入分析。由于制冷机安装后的验收调试处于供冷季末期,实际供冷需求小,负荷较小导致调试时机组负载率低,为了防止机组喘振,厂家将膨胀阀开度调低。但在随后的运行过程中,随着次年供冷季中期负荷增大,制冷机由于膨胀阀开度较小,导致冷凝器排气压力过大,机组频繁报警。

「工部机电」商业综合体空调节能、增效有妙招(上)(图9)

图4 1#制冷机运行界面

另一方面,厂家以控制制冷机最大负载率的方式来防止冷机过电流保护,导致冷机出力不足。以1#制冷机为例,如图4所示,运行过程中制冷机蒸发温度10.2℃,蒸发器吸气温度15.3℃,过热度高达5.1K,进而导致冷水供水温度远高于设定值,制冷机无法实现供冷效果的同时,运行性能偏低,供冷能耗大


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参考文献(全篇引用)

[1] 房和城乡建设部标准定额研究所,深圳市建筑科学研究院股份有限公司.民用建筑能耗标准:GB/T 51161-2016. 北京:中国建筑工业出版社, 2016: 8-13.

[2]清华大学建筑节能研究中心. 中国建筑节能年度发展研究报告2017.北京:中国建筑工业出版社, 2017:1-4.

[3]李娥飞.暖通空调设计与通病分析.中国建筑工业出版社, 2004:3-4.

[4]王鑫,魏庆芃,江亿.基于能耗数据和指标的空调系统节能诊断方法及应用[J].暖通空调,2010,40(08):22-24+4.

[5]常晟,魏庆芃,蔡宏武,常良,陈永康,吴稼培,陈盛业.空调系统节能优化运行与改造案例研究(1):冷水机组[J].暖通空调,2010,40(08):33-36.开元棋脾KY

[6]常晟,魏庆芃,蔡宏武,谢俊骏,陈永康,吴稼培,陈盛业.空调系统节能优化运行与改造案例研究(2):冷水系统[J].暖通空调,2010,40(08):37-40+56.

[7]沈启,魏庆芃,陈永康.空调系统节能优化运行与改造案例研究(4):冷却塔[J].暖通空调,2010,40(08):45-50.

[8]常晟,魏庆芃,姜子炎,蔡宏武,陈永康,吴稼培,陈盛业.空调系统节能优化运行与改造案例研究(3):空调机组[J].暖通空调,2010,40(08):41-44.

[9] 冯一鸣.基于层次化指标体系的制冷站诊断方法研究[D].北京:清华大学, 2013: 16-20

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文章转自《建筑节能》,经作者授权发布

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