有效降低空調系統總功率實現空調系統節能目標

王鋼

有效降低空調系統總功率實現空調系統節能目標

王鋼

Point

本文針對暖通空調運行能耗較高的問題進行了分析，并依托節能優化模型給出了暖通空調系統的最優參數，研究結果表明，只要相關參數選擇的合理，便可以有效降低空調系統的總功率，由此便可以實現系統節能的目標。

一、暖通空調工程施工階段的節能問題分析

近年來，隨著我國城市化進程的不斷加快，建筑工程日益增多，與此同時，建筑中的各種設備和設施也隨之相應增多，從而導致了能耗增大，為了避免能耗過高影響到建筑業的發展，對其進行節能已經勢在必行。在建筑總體能耗當中，暖通空調能耗所占的比重較大，故此在暖通空調工程的施工和設計階段必須采取合理、可行的節能措施，借此來降低暖通空調系統的運行能耗。現階段，在暖通空調工程中應用較多的節能技術有以下幾種：排風熱回收系統、冷凍水大溫差系統、冰蓄冷技術、熱回收技術、全新風量運行等，其中每一種節能技術都有著自己的特點和適用項目，具體應用時需要從技術性和經濟性等多方面進行綜合考慮。相關研究結果表明，空調系統的能耗除了與氣候環境、圍護結構等因素有關之外，還與系統的設計參數有關，若是在暖通空調工程施工階段的參數設計不合理，則會導致系統的能耗過高。所以，必須在工程設計階段，通過相關的計算和模型合理確定系統參數，以此來達到節能的目的。

二、暖通空調工程的節能設計方法

想要使暖通空調系統的能耗達到最低，就必須采取最為合理的節能設計方法，按照上文的分析可知，設計參數是影響系統能耗的關鍵性因素。故此，本文基于節能優化模型，對暖通空調系統進行設計。

1.模型與決策變量的確定

為了便于研究，本文提出的暖通空調系統是由以下幾個部分組成：變頻送風機1臺、變速冷凍水泵1臺、制冷機1臺、定速冷卻水泵1臺、單速冷卻塔1臺，系統節能優化模型如下：

minPtotal=+Pfan+Ppump+Pchillsr+Pcondpump+Pcoolingtower

在該模型當中，Ptotal代表空調系統的總功率；Pfan代表風機功率；Ppump代表制冷機功率；Pcondpump代表冷卻水泵功率（因本次研究中選用的冷卻水泵為定速水泵，故此，Pcondpump為常數）Pcoolingtower代表冷卻塔風機功率。在該節能優化模型當中，決策變量共計4個，分別為：

mair（空調系統的送風量）、mwater（冷凍水流量）、tcwt（制冷機出水溫度）、tctset（冷卻塔出水溫度）。

2.關鍵參數的確定

由于該節能優化模型當中涉及的參數相對較多，其中一部分為常數，另一部分則與氣候或設備有關，故此在對模型進行求解前，需要合理確定關鍵參數值。本次研究采用的是Energy Plus 軟件進行仿真模擬，主要參數如下：冷負荷357.7kW；室內溫度23.9℃；室外溫度25.6℃；相對濕度54%；新風量5kg/s；照明負荷105.3kW。該空調系統中冷卻水泵為定速水泵，其基本參數如下：額定流量為0.036m3/s；額定壓力為179352Pa；額定功率為9172.30W；電機功率為0.9。

3.模型求解

節能優化模型實質上是一個非線性、多變量的數學模型，為了便于求解，決定采用Lingo9.0軟件，該軟件最為顯著的特點是能夠對LP、QP、NLP以及MIP進行求解，其不但能夠進行快速求解，而且還能對結果進行分析。系統節能優化模型建立的最終目標是在滿足冷負荷要求的基礎上，降低空調系統的總功率，故此可結合mair、mwater、tcwt、tctset這4個變量以及與之相關的送風溫度和表冷器進出水溫差，并利用Lingo對模型進行求解。

4.節能效果對比分析

最優解就是該空調系統的最優工作點，在上述條件下，暖通空調系統的總功率為122.55kW。為了評估該工作狀態是否節能，可使空調運行在非最優狀態下計算總功率，隨后通過對比便可得出相關結果。例如：在該最優解中，送風溫度為11.37℃，與之相對應的最優送風量為28.27kg/s，下面將送風溫度的設定值由8℃逐步提升至15℃，在保持其它參數不變的前提下，分別求出每個溫度對應的暖通空調系統總功率，具體結果如下：溫度為8℃時，總功率為124.56；9℃時，總功率為123.59；10℃時，總功率為122.93；11℃時，總功率為122.58；12℃時，總功率為122.65；13℃時，總功率為123.30；14℃時，總功率為124.85；15℃時，總功率為127.90。11.37℃時的系統總功率為122.55，由此可見，該送風溫度為最優。若是想要驗證其它參數是否最優，也可采取相同方法，以制冷機的出水溫度為例，得出的最優解為5.84℃，下面將該溫度由1℃逐步提升至10℃，然后分別計算出與各個溫度相對應的系統總功率，再與最優解進行比較，結果表明，5.84℃時的總功率最低。

（作者單位：中國航空規劃建設發展有限公司）