冷冻水变流量节能效果分析
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图 3 机组 COP 在不同流量时的变化趋势
2 实例分析
2.1 工程概况 合肥某银行客户服务中心占地面积约 120000m2,
·54·
建筑热能通风空调
2013 年
Hale Waihona Puke Baidu
分为 A、B、C 三个区。其中 A 区共十七层,建筑面积约 20161m2,主要为办公室及员工宿舍,设计冷负荷为 2218kW;B 区共六层,建筑面积约 7549m2,主要为会 议培训室及办公室,设计冷负荷为 1185kW;C 区共六 层,建筑面积约 43944m2,主要为高密度办公室,设计 冷负荷为 5932kW。
水泵效率后的综合效率;浊p 为水泵效率;X 为电机变化 百分比,%。
X = n ´100% = Q ´100%
n0
Q0
(4)
不同选择不同的扬程,在各分支环路阻力相差较大时, 优势显著。同时,一、二次泵可以分别设置不同的控制 方式。通常一次泵采用台数控制,二次泵变频运行以 实现冷水机组稳定运行及系统高效节能的目的。
第 32 卷第 2 期
彭亚美等:冷冻水变流量节能效果分析
·53·
经推导并验证在多台水泵并联运行变频调速方案中,
相似率仍然适用[3]。全面评价水泵变频对能耗的影响,
还应该考虑变频调速器、交流电动机效率在部分负荷
时的效率变化,丁云飞给出了闭式系统水泵变频调速
时总的输入功率的表达式[4]:
Nin
=
N h
(2)
( ) ( ) h = 0.5067+1.283X -1.42X2 +0.5842X3 ´éë0.94187 1-e-9.04X ùûh(p 3)
式中:Nin 为变频器的输入功率,kW;N 为水泵轴功率,
kW;酌 为 水 的 比 重 ,kg/m3;S 为 管 网 的 特 性 系 数 值 ,
s2/m5;Q 为水泵流量,m3/s;浊 为考虑变频器、交流电机、
采用 DeST-c 建筑热负荷模拟分析软件对 A、B、C 区分别进行全年负荷模拟,取空调季 5 月 15 日至 9 月 15 日的负荷模拟结果进行分析,以 100%,80%,60%, 40%,30%为节点,划分 5 个负荷段,得出 A、B、C 各区 夏季空调冷负荷分布如图 5 所示。其中移代表 A、B、C 区逐时负荷累加值在整个空调季的分布。从图 4 可以 看出空调系统大部分时间处于 60%~ 30%的部分负荷 运行状态,因此通过变频实现节能存在很大的可行性 和必要性。
Abstract: Analysis the influence what the variable flow chilled water system have on the energy consumption. Also discuss the operating principle and energy saving potential of primary pump and secondary pump system with variable flow rate. With the aid of DeST software, simulate the load of an actual building, and compare the energy consumption of energy among primary pump with constant flow rate system, primary pump with variable flow rate system and secondary pump system. According to the contrast result, draw a conclusion that variable flow can greatly reduce the energy consumption of the chilled water system, and primary pump with variable flow chilled water system have the best energy saving effect. Keywords: variable flow, primary pump, secondary pump, DeST-c
第 32 卷第 2 期 2013 年 3 月
文章编号:1003-0344(2013)02-052-4
建筑热能通风空调 Building Energy & Environment
Vol.32 No.2 Mar. 2013.52~54
冷冻水变流量节能效果分析
彭亚美 祝健
合肥工业大学土木与水利工程学院
摘 要:分析了冷冻水变流量对系统能耗的影响及一次泵、二次泵变流量系统的工作原理和节能潜力;并以实际 工程为例,借助 DeST 软件模拟建筑负荷分布,对比一次泵定流量、一次泵变流量及二次泵变流量系统的能耗,由 对比得出冷冻水变流量能够大大减少系统能耗,其中一次泵变流量系统的节能效果最为明显。 关键词:变流量 一次泵 二次泵 DeST-c
内,A、C 区至主机房的距离约为 75m。冷源选择 3 台 1000RT (3516kW) 离 心 式 冷 水 机 组 ,总 制 冷 量 为 10578kW。冷冻水系统设计如下三种方案进行比较:
方案一:一次泵定流量系统,设计三台定速冷冻 水循环泵,额定工况下流量为 672m3/h,扬程为 35m, 转速 980rpm,功率为 132kW,效率为 79%,水泵与冷 水机组之间采用“一对一”连接方式。
图 2 二次泵变流量系统工作原理图
1.2 一次泵变流量系统工作原理 典型的一次泵变流量系统原理图如图 1。一次泵
定流量系统仅末端流量改变,水泵始终定流量运行。 一次泵变流量系统则采用可变流量的冷水机组,根据 末端负荷侧变化改变蒸发器侧水流量,控制水泵转 速,降低水泵能耗。水泵与冷水机组之间采用图中所 示的共用集管式连接,与一次泵定流量系统常用的 “一对一”连接方式相比,可以使水泵与机组的运行分 开,在部分负荷时利用机组的超额冷量,实现“两台泵 带 一 台 主 机 ”的 运 行 方 式 ,减 少 了 并 联 冷 水 机 组 及 冷 却水泵的全年运行时数及能耗。
kWh
3 55 0.6971 1/1/1
40.1/5.5/29.2 0.6971
3 55 0.6971 1/ 1/1
18 .9/ 2.6/ 13 .7 0.6755
2 55 0.6971 1/1/1
6.9/0.9/5 0.6375
335603
1 55 0.6971 1/1/ 1
1.5/0.2/1.1 0.5415
方案二:一次泵变流量系统,设计三台变频控制 冷冻水循环泵,额定工况下参数同方案一,水泵与冷 水机组之间采用共用集管连接方式,如图 2 所示。
方案三:二次泵变流量系统,系统连接方式如图 3。设计采用一次泵三台,额定工况下流量为 672m3/h, 扬程 16m,转速为 1480rpm,功率为 55kW,效率为 79%。分区设置二次泵,A 区二次泵额定工况下流量为 160m3/h, 扬 程 为 24m, 转 速 为 1480rpm, 功 率 为 18.5kW, 效 率 79%;B 区 二 次 泵 额 定 工 况 下 流 量 为 85m3/h,扬程为 21m,转速为 1480rpm,功率为 7.5kW, 效率 79%;C 区二次泵额定工况下流量为 427m3/h,扬 程为 24m,转速为 1480rpm,功率为 40kW,效率 79%。
3.564
二 综合运行效率
0.6971
0.6755
0.6375
0.5415
0.5415
制冷季 总能耗/k W
115878
一 次泵运行台数/ 台
单台水 泵轴功率 /kW
综 合运行效率 方 二次泵运行台数 案 (A/B/C/Σ) /台 三 单台水泵轴功率
(A/B/C/Σ) / kW
综合运 行效率 制冷季总能 耗/
的水泵运行能耗,如表 1 所示。
表 1 不同方案水泵运行能耗对比
负荷 率
100%~80% 80%~60% 60%~40% 40%~30%
≤30%
持续时间(A/B/C/Σ) 27/9/46/47 244/81/263/294 790/426/468/445 655/1120/300/324 1237/408/886/1843
图 1 一次泵变流量系统工作原理图
1.3 二次泵变流量系统工作原理 典型的二次泵变流量系统工作原理图如图 2 所
示。系统由两部分组成,其中一次泵承担从冷水机组 至分水器、平衡管、集水器再回到冷水机组环路的阻 力 损 失 ,二 次 泵 承 担 从 分 水 器 至 末 端 ,再 回 到 集 水 器 环路的阻力损失。一次泵仅仅负责机房内的管路阻力 损失,扬程较小。二次泵可以根据各个分区阻力损失
故在部分负荷时,系统流量减少,通过降低水泵转速,
可以达到减少水泵能耗的目的。值得指出的是,相似
率 虽 然 是 针 对 单 台 水 泵 运 行 提 出 的 ,周 红 丹 等 人 已
收稿日期:2012-9-17 作者简介:彭亚美(1989~),女,硕士研究生;合肥市蜀山区长江西路春天大厦 501 室(230061);E-mail: parmg@sina.com
根据式(1)耀(3)计算得出不同负荷率时三种方案
由表 1 中的计算数据可以看出,仅就冷冻水输配 系统而言,二次泵变流量系统及一次泵变流量系统的 能耗远远低于一次泵定流量系统。
0 引言
调冷冻水系统的能耗。
空调系统的运行费用取决于整个系统的能耗。水 泵是中央空调系统的动力之源,其耗能也占据了中央 空调系统能耗的大部分。根据调查,在办公楼、高层旅 馆类型的建筑中,冷冻水泵耗电量约占整个空调系统 耗电量的 15%~ 20%[1]。因此,合理设计空调水系统,优 化控制策略,减少空调冷冻水输配系统能耗是空调系 统节能的重要方面。
1 55 0.6971 1 /1/ 1
1.5/0.2/1.1 0.4424
图 4 冷负荷分段统计图
注:① 负荷变化率取各负荷段中间值计算;② 假定水泵在变频调速 过程中效率维持不变;③ 二次泵系统水泵能耗为一次泵与二次泵能 耗之和。
2.2 系统方案设计及运行工况分析 A、B、C 区集中设置冷热源,放置于 B 区地下室
水 泵运行台数/台
3
3
2
1
1
单台水 泵轴功率 方
/kW 案
综 合运行效率 一
夏 季水泵总能耗/
kWh
132 0.6971
132 0.6971
132 0.6971
772572
132 0.6971
132 0.6971
水 泵运行台数/台
3
3
2
1
1
方 单台水泵轴功率/
案
kW
96.228
45.276
16.5
3.564
The Energy Saving Effect Analysis of Chilled Water System with Variable Flow
PENG Ya-mei, ZHU Jian School of Civil Engineering, Hefei University of Technology
本文从基本原理出发,分析了冷冻水变流量对空 调系统能耗的影响,同时结合工程实例,对比了一次 泵定流量、二次泵定流量和二次泵变流量三种常见空
1 一/二次泵变流量节能潜力分析
1.1 水泵变频节能原理
根据相似性定律[2],当水泵转速改变时,水泵轴功
率与其流量三次方成正比。即:
N = Q3 Nm Qm3
(1)
1.4 变流量对主机性能的影响 变流量系统推广中的主要瓶颈是冷水机组的性
能限制。蒸发器流量减小可能使得冷水机组卸载不及 时而发生冻结危险,甚至导致机组 COP 急剧下降而使 得整个系统的能耗增加。
实际上,当蒸发器水流量减小时,蒸发温度及 COP 均会下降。蒸发温度下降使得机组制冷量提高, 部分抵消了相对流量变化对 COP 的影响。文献[5]从 热力学角度分析出了当机组流量变化在 60%以内时, COP 仅下降约 10%。冷冻水流量变化对主机性能的影 响与主机在部分负荷时的运行特性也有很大关系。根 据笔者的调研,为适应变流量设计的高效冷水机组,允 许的流量变化率可以达到 50%,运行通过的最小流量 可以达到 25%~ 30%,机组在部分负荷时的 COP 反而 有所上升。图 3 给出了主流冷水机组厂家某型号冷水 机组 COP 在变流量工况下的变化趋势。可见,冷水机 组性能的提高已经突破了制约变流量推广的瓶颈,为 节能开创了更为广阔的空间。