暖通空調水系統效率優化策略研究

玄良君

摘要：暖通空調系統能耗是夏季建筑能耗的主要組成部分，就綜合建筑而言，給整個水循環系統提供動力的循環水泵耗電量占空調系統耗電量的18%左右。一般而言，空調能耗主要分為流體輸送設備運行時所消耗的電能以及為了消除建筑物內熱、濕負荷提供的冷、熱源能耗。因此，需要采取有效的優化措施，提高暖通空調的運行效率。基于此，文章就暖通空調水系統效率優化策略進行簡要的分析，希望可以提供一個借鑒。

關鍵詞：暖通空調；水系統效率；優化策略

1.暖通空調水系統設計中常見的問題

1.1水系統結構設計不合理

在我國暖通空調的實際運行過程中，大部分空調內水系統都沒有區分高低區域，這一問題致使空調在使用過程中頻頻出現閥桿故障，極易造成空調水系統內高層冷熱水壓不穩，嚴重影響空調正常運行情況。傳統的空調，都應具備完善的空調水系統，空調中的冷水應按照自上而下的方向進行流動，熱水在水系統內進行循環流動時不具備高低之分，如果水系統未分高低區域，就會對空調今后的運行造成嚴重的安全隱患，間接引發嚴重的空調質量問題。

1.2空調水系統選擇不合理

用戶在進行空調水系統的選擇時，應充分結合房屋的各方面性質，結合房屋實際需要，進行正確的空調水系統選擇。我國空調用戶在進行水系統選擇時，往往存在著嚴重的空調水系統選擇不合理的問題，不同性質的房屋，在設計過程中所采用的風機盤管系統也都各不相同，這一情況導致空調水系統在實際安裝過程中，既要滿足室內溫度的需要，又要保證屋內的清潔，如果采用不正確的空調水系統，就會造成嚴重的屋內空氣質量問題，造成嚴重的能源浪費。

1.3空調水系統運行故障

隨著我國智能技術的不斷發展，人們在使用先進設備的過程中更容易忽視對這些設備系統進行合理化的維護與保養，致使設備系統出現老化與故障的情況。我國大部分空調在使用過程中都存在不同程度的運行故障問題，常見的運行故障包括系統壓力不均、空氣過濾器出風口堵塞、制冷系統中存在冰堵等，這些故障往往都會引發一系列的空調質量問題，為用戶帶來極大的不便。

1.4單輸出控制

在空調制冷系統內部結構設計過程中，以單個元件的形式，將壓縮機、膨脹閥、蒸發器等電子元件作為目標，通過控制算法對這些元件在制冷工作中的效用進行計算，控制算法在實際應用過程中較為常用的一種是PID控制，這種算法在實際應用該過程中實現了極大的高效性與準確性，為我國空調制冷系統的設計提供了有效保障。

2.暖通空調水系統效率優化的策略

2.1變水量空調系統循環泵優化研究

通過分析冷凍水管路特性隨空調負荷變化的特點，就可以得出計算空調冷凍水泵變頻調速運行總能耗的一般關系式，還有的專家提出在DDC網絡控制下，將傳統二次泵系統改進為全變速一次/加壓泵系統，取消一二次環路間的旁通管，使得節能效果更加明顯。針對常規空調變流量一次/二次泵分布式冷水系統存在的小溫差和低效率的問題及原因進行理論分析，提出改進設計方案即全變速一次/加壓泵分布式冷水系統，并闡明改進后系統的技術可行性及其優點。二次泵主要用來克服管道的摩擦阻力，過濾網、用戶側控制閥及平衡閥形成的管網系統的阻力。隨著變頻調速技術的發展，通過變頻調節改變水泵的轉速，改變了傳統的模式，節能的效果大大的增加。循環水系統二次泵高效區可以通過限制流量范圍。水泵調速運行時，不宜在額定轉速以上運行。

2.2變水量空調系統冷水機組優化研究

冷水機組是建筑空調系統中耗能量最大的部分，因此，降低其能耗對于整體的節能來說是非常重要的。大型建筑一般采用多臺冷水機組并聯運行。通過切換機組運行臺數，呈階梯狀的提供能量來滿足不同的要求。近年來，學者對冷水機組負荷的最優配置問題進行了深入的研究，尤其是對模型求解算法上，但模型中并未包括機組的啟停狀態。實際情況是，現有建筑空調系統冷水機組多采用多臺機組聯合運行。這樣機組能耗就與其負荷分配和機組的啟停狀態有關。優化各冷水機組負荷分配及啟停狀態，以此達到節能的目的應該成為我們關注的重點問題。

評價冷水機組運行效率的一個有效的指標就是機組運行系統COP，COP值越大，機組運行效率越高，相應的就越節能。另外，對于單臺冷水機組而言，其最大COP值出現在機組滿負荷下，可以將制冷劑的COP值作為目標函數，使用拉格朗日法求解最優制冷機負荷，這種方法與傳統方法相比能耗低且精確度高。不過隨著計算機等相關技術的發展，研究人員開始使用遺傳算法求解OCL問題，克服了拉格朗日法在低需求時系統可能不收斂的缺點。而這些并不是唯一的將COP值作為目標函數的方法，使用B&B方法求解最優制冷機啟停次序問題。隨著研究的不斷深入，通過模擬退火方法來解決OCL問題，其充分考慮了負荷平衡約束及制冷機運行限制，可以很好地應用于空調系統的運行，而使用進化策略來完成OCL求解的方法，不僅能夠解決拉格朗日法及遺傳算法的問題且精確度高并能很好地應用于空調系統的實際運行中。

2.3暖通空調系統“兩低一高”現象的控制

在冷、熱源設備的節能方面，對冷、熱源設備進行優選及優化配置。所謂設備的優選和優化配置，是指相對于工程所在地區能源結構、系統負荷特性等具體條件下，最適合機組的選型和配置，設備選型及配置的優化主要依靠冷水機組或熱泵機組的性能系統。在水系統輸送節能方面，降低水系統輸送能耗主要依靠優選水泵，提高水泵運行效率。

結束語

暖通空調系統的運行普遍存在冷熱源和循環水泵負荷率低，能耗高的現象。因此，需要對水系統進行優化，從而提高暖通空調系統的運行效率。本文通過對暖通空調水系統效率優化的探討，了解了當前提高暖通空調水系統效率的前沿解決途徑，為在實際工作中提升系統效率提供了較好的方法論和研究方向。

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