廈門廈禾路某高層建筑空調系統設計和優化分析

顏凌云

（廈門住宅建設集團有限公司，福建 廈門 361004）

1 大廈空調系統介紹

本文對廈門廈禾路旁某高層建空調系統進行優化,該高層建的主機采用LSZPLC 系列冷水機組:機組的兩大換熱器均為殼管式,其中蒸發器采用整體雙螺紋翅片管,冷凝器為整體內槽外翅片管。冷水系統為定流量系統,末端為表冷器,新風比為0.3。對于廈禾路某高層建的空調系統,其冷水系統是定流量系統,通過冷水機組、沿程各管路及末端裝置的水量是一定的,符合變化時冷水流量不變。

2 優化模型的建立

2.1 目標函數的建立

常見的水冷壓縮式空調系統中,空調系統能耗一般包括三部分,即:①冷水機組;②冷卻泵和冷水泵;③末端裝置。這三部分能耗中,冷熱源能耗約占總能耗的1/2左右,冷凍水水泵、冷卻水水泵、冷卻塔風機的耗電量約占整個能耗的1/4。本文以給定制冷量時冷卻水泵、冷水泵和冷水機組總的能耗最小為目標函數,選取便于控制的冷卻水流量率和冷水出口溫度兩個參數做為優化數學模型的獨立變量。

2.2 約束條件

空調系統的優化就是在給定的外部條件下,適當地選擇能耗目標函數中的各個獨立變量,使系統總能耗也就是目標函數的值最小。但一般的,目標函數中的各個獨立參數必須滿足一定的關系式或條件,也就是約束條件。

2.2.1 制冷量約束

影響表冷器熱工性能的因素有很多,包括表冷器內部結構、空氣入口溫濕度、冷水供水溫度、風量、水流量、排數等。當送風量、冷水流量一定時,對給定的表冷器,制冷量只與冷水供水溫度有關,那么當表冷器的送風量不變時,要滿足用戶需冷量的要求,符合率與冷水出口溫度必須滿足。

2.2.2 冷凝壓力約束

制冷裝置運行時,冷凝壓力對系統性能有很大影響。當冷凝壓力偏高,壓縮比增大,容積效率減小,制冷量減小,耗功率增大,排氣溫度升高;冷凝壓力過低時,膨脹閥前后壓差太小,膨脹閥容量減小導致供液能力不足,系統制冷量大幅度下降。因此,必須將冷凝壓力控制在合理的范圍之內,才能充分保證制冷裝置的性能。當空調系統已經確定時,冷凝壓力是冷卻水流量率和冷卻水進口溫度的函數,而當室外濕球溫度不變時,冷卻水進口溫度變化不大。

2.2.3 蒸發壓力約束

外界條件變化和符合變化時,會引起制冷裝置蒸發壓力變化。蒸發壓力的波動,會使被控對象的控制精度降低,蒸發溫度過低,不僅導致系統能效降低,而且會導致蒸發器結霜、冷凍水凍結等故障;蒸發溫度過高,又會出現壓縮機過載、除濕功能降低等現象。對于冷水定流量系統冷水出口溫度和蒸發溫度之差與制冷量成正比例變化,當制冷量降低時,這一溫差也減小。

3 優化結果分析

該空調系統的最大符合為226.95kW,表冷器的新風量占總風量的30%。假設冷凝器符合與蒸發器制冷量的比值取1.3、冷卻塔濕球溫度取26℃,表冷器進風口的干球溫度為27℃,選取5個不同的符合率進行優化計算,空調系統的最優化值及節能效果如表1所示。

由表1 可以看出經過優化以后:

3.1 當兩個優化參數在最佳值運行時,空調系統的總功率比額定功率明顯下降25.5%到38.3%不等,節能效果明顯。優化后空調系統總功率與額定功率關系可以繪制成圖1。

3.2 冷水出口溫度最優值隨符合率的減小而增大。

3.3 當符合減小時,冷卻水流量率最優值首先隨著符合率減小而增大,隨后又隨著符合率減小而減小。冷卻水流量率最優值與符合率的關系可繪制成圖2。

4 安裝工程控制原則

4.1 樹立創優意識、計劃從嚴組織

優質工程不能靠吃老本、拍腦袋干出來而是靠嚴密計劃、精心組織、嚴格管理獲得的成果,因此在工程準備階段就要高起點嚴要求,把每一個工程任務都當作創優項目來對待,在思想上高度重視,在編制計劃方案時,嚴格按照操作規程和國家各項標準要求編制《建設項目質量目標計劃表》,具體要求是:單位工程均確定為優良,每個分部工程均要求為優良,其中分項工程的優良率至少不應低于60%,在分項工程中保證項目全部合格,基本項目全部合格,允許偏差項目的一次合格率不低于90%,其中主要分部、分項工程的質量必須達到優良。

表1 空調系統的最優化值及節能分析

4.2 設計深化管理

深化設計是在擴初設計圖、招標圖紙或“施工圖”及設計變更的基礎上,依據國家現行設計規范和施工現場實際情況,深化繪制出能夠正確指導工程施工的施工圖。為具體每個工程配置的設計深化人員,一般要求具有五年以上相關專業工程經驗,并于近年負責或參加過重大施工圖深化設計工作。

廈門廈禾路某高層建工程前期應將設計人員編排成地上部分和地下部分兩組人員同步展開設計深化工作,以保證預留、預埋管線施工配合圖紙超前于結構施工,從而保證工程進度。同時根據設計單位提供的圖紙進行機電各系統設計深化工作,報業主、設計單位審批。依據國家現行設計標準及技術指標對機電各系統及其設備的參數進行復核,熟悉機電各系統的設計意圖和技術要求,并在此基礎上與原相關設計單位進行技術交流和交底,同時要了解本工程的建筑結構和建筑功能布置,是否與機電系統的設備布置和管線走向相“匹配”。與建筑裝修設計進行充分的技術交流,以保證各機電系統的“終端”定位準確。與土建總承包進行充分的技術交底,以了解土建結構的施工工藝和方法,保證設計深化后使機電系統的施工工藝與土建施工交叉配合的矛盾最小化。

4.3 確立安全管理目標

重大設備、重大火災、重大爆炸、重大生產、重大交通、重大人身傷亡事故等六大安全管理目標確立為零,即不允許在工程施工期間出現以上重大安全事故。輕傷事故率低于4‰。

4.4 加強施工人員素質培訓

在工程準備階段,針對目前工程施工人員多為農民工,素質參差不齊,技術高低不同的現狀,結合工程設計要求和具體施工情況,及時有計劃有針對性的組織施工人員進行培訓,主要內容應包括施工進程計劃、質量要求、安全管理要求、技術規范要求等幾大部分,做好人員的準備工作。

5 結論

綜上所述，本文以空調系統總能耗為目標函數,建立了廈門廈禾路某高層建筑空調系統的優化模型。并計算出空調系統不同符合率時,冷卻水流量率和冷水出口溫度的最優運行值。

通過對優化結果的分析可以得出:（1)經過優化后空調系統的總功率比額定功率明顯下降,節能效果明顯。（2)冷水出口溫度最優運行值隨著符合率的減小而增大,同時符合減小時冷水出口溫度運行值的增大不僅可以滿足用戶制冷量的要求,還可以提高冷水機組的運行效率。（3)當符合減小時,冷卻水流量率最優運行值首先隨著符合率的減小而增大,隨后又隨著符合率的減小而減小。

[1]方芳.民用建筑空調系統設計中的噪聲控制[J].廣東土木與建筑，2005-02-15.

[2]賀愛萍，孫紹春.商業建筑空調系統設計與節能[J].現代節能，1997-12-30.