空调水系统变流量节能控制_续1_水流量变化对空调系统运行的影概要
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6.2.1选用低余压、低功率、低转数、低噪声空调风机
相关数据见表2。
6.2.2空调系统消声措施
观众厅、多功能厅空调机送、回风端均设消声段,且回风段内的过滤器采用无纺布滤料以增加消声效果。舞台空调机送、回风管设消声器。
6.2.3空调机减振
在空调机底座下设橡胶减振垫。
6.2.4空调机房隔声、吸声
观众厅、多功能厅空调机设在制冷机房。舞台机房内墙面作隔声、吸声处理,门采用隔声、密闭、防火门。
观众入口大厅间接通向舞台上空,舞台的烟囱效应会引起门厅冷风渗透,如果只有一道门,难免存在缝隙,冷风渗透明显,宜设门斗减少冷风渗透或设热风幕补充热量。
8.3供暖地区的剧场舞台有条件时宜设高温辐射板
舞台层高比较高,冬季存在温度梯度,热气流向上移。为了防止气流吹动幕布,送风风速不能太高,但在低风速下热气流还未完全到达演出区域,就飘向了高处,空调系统不容易使舞台中部的温度、气流速度满足要求。可以考虑在舞台两侧第一道天桥下设置带有一定倾角的高温辐射板,顺幕布方向向演出区域辐射热量,以满足舞台温度要求。
v g———表冷器迎面风速,m/s;
w———通过表冷器的水流速,m/s;
ξ———析湿因数。
根据设计计算,v g=2.5m/s,w=1.2m/s,ξ=1.2。由式(1可以求得,在设计工况下传热系数K0=55.48W/(m2・℃。
当v g不变,水流量为设计流量的80%时,水流速w′=1.2m/s×0.8=0.96m/s。由式(1可求得K′=52.65W/(m2・℃,K′/K0=94.9%;当水流量为70%时,水流速w″=1.2m/s×0.7= 0.84m/s,K″=51.1W/(m2・℃,K″/K0= 92.1%。
f or e n e r
g y effi c i e n c y(c o nti n u e d o n e:
eff e c t of w a t e r fl o w v a ri a ti o n o n o p e r a ti o n
of a ir c o n diti o ni n g s yst e m s
3.2温差控制对空调系统运行的影响
3.2.1温差控制对位于高层建筑2~4层的餐厅、
歌舞厅等场所的空调系统供冷量的影响
图4某高层建筑空调水系统示意图
图4是一个常见的空调水系统实
例。根据设计计算,环路DM N C的阻力Δp 1=14kPa (包括冷水机组阻力,2~4层中某一水环路(CD的阻力Δp 2=10kPa ,最不利环路(CJ KD的阻力
(上接第62页
5.2水系统变流量运行对末端装置(表冷器的工作不会产生影响,在80%流量时,可提供92%的冷量。
5.3采用压差控制法进行变流量控制,其节能效果较差。但如对末端最不利环路进行压差控制,则节能效果可大大提高。
5.4采用温差控制法进行变流量控制时,应保证供给冷水机组的冷水量不小于设计流量的50%。可通过在供、回水干管间设置旁通管及压差控制阀来满足冷水机组最小流量的要求。
图3压差控制水泵变转速原理
3温差控制的
运行特性分析
由于旅馆建筑中的某些场所如餐厅、歌舞厅等,影响室内冷负荷的主要因素不是室外气象条件,而是室内人数的多少,所以
有些技术人员担
心采用温差控制法会影响这些场所空调系统的使用效果。3.1餐厅、歌舞厅的负荷分析
根据文献[3],餐厅、歌舞厅的冷负荷估算指标如表1所示。
表1餐厅、歌舞厅冷负荷估算指标
W/m 2
建筑负荷人体负荷照明负荷新风负荷总负荷 与室外气温有关的负荷 占总负荷的百分数/%
中餐厅351162019036062.5健身房35872013027260.6舞 厅
20
97
20
119
256
54.2
从表1可以看出,此类空调房间的新风负荷在总负荷中占有很大比例(50%以上。由于这些房间主要在晚上使用,室外气象条件的影响更不能忽略。
5结论
5.1采用一级泵变流量运行,不会对冷水机组产生影响。例如对离心式冷水机组而言,允许的最小流量是设计流量的45%~50%。
(下转第69页
・
2
6
・设计参考 暖通空调HV&A C2004年第34卷第7期
后部顶棚的回风口到空调机回风端风管(截面积2m2长度不过7~8m,风管上装消声器又没有条件,而舞台空调机房与舞台只隔一条走道,所以这两个空调系统的消声非常重要。
3.2.2温差控制变流量运行的控制策略
a为了满足特殊场所的需要,保证系统稳定运行,把冷水泵的最小转速设定为n′min≥0.7n0。
b分时段控制。在餐厅、娱乐等场所的营业时段,如11:30—14:00,17:30—20:00,20:30—24:00,设定水泵的最小转速n′min≥(0.7~ 0.75×n0,在其余时段仍按保持温差Δt=5℃控制,并设定水泵的最小转速n″min≥0.5n0。
设计参考空调水系统变流量节能控制(续1:
水流量变化对空调系统
运行的影响
湖南大学 孙一坚☆
摘要 分析了一级泵水系统采用温差控制法实现变流量运行对空调系统运行的影响。认为变流量运行不会对冷水机组和末端装置产生影响。根据变流量系统使用场合的不同,提出了相应的控制策略。
关键词 空调 水系统 变流量 节能
V a ri a bl e w a t e r fl o w c o ntr ol i n a ir c o n diti o ni n g s yst e m s
Δp
2x
———设计工况下的环路阻力,kPa。
代入数据,得Q′2=0.824Q2。
由图1可以看出,此时提供的冷量为设计负荷的93%,水泵能耗N′=0.34N0。
当n=0.75n0时,Q′2=0.88Q2,可以提供95%设计负荷的冷量,水泵能耗N′=0.42N0。
当n=0.80n0时,Q′2=0.95Q2,可以提供98%设计负荷的冷量,水泵能耗N′=0.512N0。
4压差控制法的节能分析
某一高层建筑,根据设计计算机房部分(包括冷水机组水系统阻力Δp1=14kPa,其余部分管路系统阻力Δp2=16kPa。水系统总阻力Δp=Δp
1
+Δp2=30kPa,水泵压头H0=1.1Δp= 33kPa。
水系统随负荷变化进行变流量运行。当实际水流量Q′=0.7Q0(Q0为系统设计流量时,水泵压头H′=Δp1(Q′/Q02+Δp2×1.1=25. 14kPa,H′/H0=0.76。
Keywor dsair conditioning,water system,variable flow,energy saving
★Hunan University,Changsha,China
①笔者在文献[1]中分析了一级泵水系统实现变
流量运行的可能性及其节能效果。但是对广大从
事设计、管理的专业技术人员而言,他们更关心水
此时水泵压头H′=
n
n0
2
H0=16.17kPwenku.baidu.com,
DM N C环路(机房水阻力Δp′1=
Q
Q0
2
Δp
1
=
6.86kPa,CD环路两端的压差(即该环路实际运行阻力Δp′2=16.17kPa-6.86kPa=9.31kPa。
通过CD环路的实际流量
Q′2=Δp′
2
Δp
2x
1
2
Q2(3
式中Q2———设计工况下的环路水量,m3/s;
Δp 3=16kPa ,水泵压头H 0= 1.1×
(Δp1+Δp3=33kPa。
3.2.1.1为满足各环路阻力平衡,应在CD环路附加阻力Δp x(如采用平衡阀。根据文献[4]:
Δp
3-Δp2
Δp
3
≤15%(2所以修正后CD环路的阻力
Δp
2x
≥0.85Δp3=0.85×16kP a=13.6kPa该环路附加阻力Δp x=Δp2x-Δp2=3.6kPa 3.2.1.2变流量运行时CD环路能向空调房间提供的冷量:当空调系统负荷为设计负荷的70%时,空调系统要求提供的总水量Q=0.7Q0,水泵转速n=0.7n0(n0为设计工况下水泵转速。
系统变流量运行对空调系统运行可能产生的影响,
本文结合实例对其进行分析,以便这项投资少、见
效快的节能技术能得到推广应用。
1水流量变化对末端装置(表冷器运行的影响
以某种型号的表冷器为例,其传热系数可用下
式表示[2]:
K=
1
34.3v0.787
g
+ξ1.03
+
1
207w0.8
-1
(1
式中K———传热系数,W/(m2・℃;
如果采用温差控制
,减少的功率
ΔN
1=1-
Q′
Q0
3
N0=[1-(0.73]N0= 0.66N0,ΔN1/ΔN2=1.76。
当一台水泵运行时,虽然系统流量已下降一半,但管路系统阻力Δp′=KQ2=K(Q0/22=1/4×KQ0=1/4Δp。
由于压差控制保持供、回水总管压差不变,此时水泵运行能耗基本不变(通过主机的流量是100%设计流量,节能效果大大下降。
c在人员较集中的场所设置温度传感器。当这些场所的空调系统投入使用时,根据它们的室内温度对变频器进行调节控制。在其余时段仍按保持温差Δt=5℃控制,并设定最小转速n min≥0.5 n0。这种控制方法适用于新建建筑,用于改造已有建筑布线有一定困难。
采用上述三种控制方法,既可满足不同房间供冷需要,又可以最大限度实现水泵节能。
8设计总结
8.1观众厅池座和楼座宜分别设置空调系统
楼座与池座高差较大,存在温度梯度且顶棚内有射向舞台的灯具散热。观众厅池座与楼座合用一个空调系统,在冬季楼座温度会偏高。空调系统分开设置,在冬季楼座空调系统少加热、不加热,甚至在不加热的情况下加大新风量,就可以满足楼座的温度要求。
8.2观众入口宜设门斗或热风幕
①☆孙一坚,男,1936年6月生,大学,教授
410012湖南省长沙市岳麓山湖南大学环境工程系
(07318822543
收稿日期:20020912
修回日期:20040120
上述计算说明水流量变化对表冷器传热的影响很小。
图1
是根据某公司风机盘管样本上的数据绘
图1风机盘管供冷量随水流量的变化曲线
制的风机盘管供冷量随水流量的变化曲线。从图中可以看出,盘管负荷为80%时,所需水量为设计
图2温差控制水泵变转速原理
水温差Δt为5℃。当负荷下降时,如流量保持不
变,则回水温度下降,Δt相应变小,要保持Δt不变,可通过控制温差控制器、变频器来降低水泵转速、减少水流量,此时水泵能耗以转速三次方的关系递减。压差控制法是指在供、回水总管间设压差控制器,在运行过程中不管负荷如何变化,供、回水总管间压差保持不变,末端装置的流量完全由电动二通阀控制。
此时水泵的轴功率
N′=
Q′H′
η′(4式中Q′———部分负荷下系统水流量,m3/s;
H′———部分负荷下水泵压头,kP a;
η′———部分负荷下水泵运行效率。
查水泵样本可知,在设计工况下η0=78%。工作点改变后η′=67%,则η′/η0=0.85。则N′=
0.7Q0×0.76H0
0.85η0=
0.625N0,减少的功率ΔN2=N0-N′=0.375N0。
By Sun Y ijian★
Abs t r a ctA nalyses t he eff ects of variable flow op eration of p rimary p ump water systems based on t he temp erature diff erence cont rol met hod on t he op eration of air conditioning systems.Maintains t hat variable water flow op eration has no adverse eff ect on water chillers and ter minal devices.Presents t he corresp onding cont rol st rategy according t o t he application occasion of t he systems.
7运行效果
7.1消声、减振效果
在制冷、空调机房位置均不理想的情况下,全部制冷、空调设备运行时在无观众、无演出的情况下几乎测不到噪声和振动。
7.2夏季运行效果
观众厅、舞台、入口大厅等处的温度、湿度、气流速度、空气品质等均较理想。7.3冬季运行效果
各处的湿度、气流速度、空气品质等较理想,池座温度也较合适,但楼座温度偏高。
水量的58%;盘管冷负荷为60%时,所需水量为设计水量的34%。从这些数据可以看出,水系统进行变流量运行对末端装置的供冷量不会产生不利影响,而且可以说是有利的。2水系统变流量运行的控制模式
空调水系统变流量运行的控制模式主要有温
差控制法和压差控制法两种,其控制原理图见图2,3。温差控制法是指保持供水温度为7℃,供回
相关数据见表2。
6.2.2空调系统消声措施
观众厅、多功能厅空调机送、回风端均设消声段,且回风段内的过滤器采用无纺布滤料以增加消声效果。舞台空调机送、回风管设消声器。
6.2.3空调机减振
在空调机底座下设橡胶减振垫。
6.2.4空调机房隔声、吸声
观众厅、多功能厅空调机设在制冷机房。舞台机房内墙面作隔声、吸声处理,门采用隔声、密闭、防火门。
观众入口大厅间接通向舞台上空,舞台的烟囱效应会引起门厅冷风渗透,如果只有一道门,难免存在缝隙,冷风渗透明显,宜设门斗减少冷风渗透或设热风幕补充热量。
8.3供暖地区的剧场舞台有条件时宜设高温辐射板
舞台层高比较高,冬季存在温度梯度,热气流向上移。为了防止气流吹动幕布,送风风速不能太高,但在低风速下热气流还未完全到达演出区域,就飘向了高处,空调系统不容易使舞台中部的温度、气流速度满足要求。可以考虑在舞台两侧第一道天桥下设置带有一定倾角的高温辐射板,顺幕布方向向演出区域辐射热量,以满足舞台温度要求。
v g———表冷器迎面风速,m/s;
w———通过表冷器的水流速,m/s;
ξ———析湿因数。
根据设计计算,v g=2.5m/s,w=1.2m/s,ξ=1.2。由式(1可以求得,在设计工况下传热系数K0=55.48W/(m2・℃。
当v g不变,水流量为设计流量的80%时,水流速w′=1.2m/s×0.8=0.96m/s。由式(1可求得K′=52.65W/(m2・℃,K′/K0=94.9%;当水流量为70%时,水流速w″=1.2m/s×0.7= 0.84m/s,K″=51.1W/(m2・℃,K″/K0= 92.1%。
f or e n e r
g y effi c i e n c y(c o nti n u e d o n e:
eff e c t of w a t e r fl o w v a ri a ti o n o n o p e r a ti o n
of a ir c o n diti o ni n g s yst e m s
3.2温差控制对空调系统运行的影响
3.2.1温差控制对位于高层建筑2~4层的餐厅、
歌舞厅等场所的空调系统供冷量的影响
图4某高层建筑空调水系统示意图
图4是一个常见的空调水系统实
例。根据设计计算,环路DM N C的阻力Δp 1=14kPa (包括冷水机组阻力,2~4层中某一水环路(CD的阻力Δp 2=10kPa ,最不利环路(CJ KD的阻力
(上接第62页
5.2水系统变流量运行对末端装置(表冷器的工作不会产生影响,在80%流量时,可提供92%的冷量。
5.3采用压差控制法进行变流量控制,其节能效果较差。但如对末端最不利环路进行压差控制,则节能效果可大大提高。
5.4采用温差控制法进行变流量控制时,应保证供给冷水机组的冷水量不小于设计流量的50%。可通过在供、回水干管间设置旁通管及压差控制阀来满足冷水机组最小流量的要求。
图3压差控制水泵变转速原理
3温差控制的
运行特性分析
由于旅馆建筑中的某些场所如餐厅、歌舞厅等,影响室内冷负荷的主要因素不是室外气象条件,而是室内人数的多少,所以
有些技术人员担
心采用温差控制法会影响这些场所空调系统的使用效果。3.1餐厅、歌舞厅的负荷分析
根据文献[3],餐厅、歌舞厅的冷负荷估算指标如表1所示。
表1餐厅、歌舞厅冷负荷估算指标
W/m 2
建筑负荷人体负荷照明负荷新风负荷总负荷 与室外气温有关的负荷 占总负荷的百分数/%
中餐厅351162019036062.5健身房35872013027260.6舞 厅
20
97
20
119
256
54.2
从表1可以看出,此类空调房间的新风负荷在总负荷中占有很大比例(50%以上。由于这些房间主要在晚上使用,室外气象条件的影响更不能忽略。
5结论
5.1采用一级泵变流量运行,不会对冷水机组产生影响。例如对离心式冷水机组而言,允许的最小流量是设计流量的45%~50%。
(下转第69页
・
2
6
・设计参考 暖通空调HV&A C2004年第34卷第7期
后部顶棚的回风口到空调机回风端风管(截面积2m2长度不过7~8m,风管上装消声器又没有条件,而舞台空调机房与舞台只隔一条走道,所以这两个空调系统的消声非常重要。
3.2.2温差控制变流量运行的控制策略
a为了满足特殊场所的需要,保证系统稳定运行,把冷水泵的最小转速设定为n′min≥0.7n0。
b分时段控制。在餐厅、娱乐等场所的营业时段,如11:30—14:00,17:30—20:00,20:30—24:00,设定水泵的最小转速n′min≥(0.7~ 0.75×n0,在其余时段仍按保持温差Δt=5℃控制,并设定水泵的最小转速n″min≥0.5n0。
设计参考空调水系统变流量节能控制(续1:
水流量变化对空调系统
运行的影响
湖南大学 孙一坚☆
摘要 分析了一级泵水系统采用温差控制法实现变流量运行对空调系统运行的影响。认为变流量运行不会对冷水机组和末端装置产生影响。根据变流量系统使用场合的不同,提出了相应的控制策略。
关键词 空调 水系统 变流量 节能
V a ri a bl e w a t e r fl o w c o ntr ol i n a ir c o n diti o ni n g s yst e m s
Δp
2x
———设计工况下的环路阻力,kPa。
代入数据,得Q′2=0.824Q2。
由图1可以看出,此时提供的冷量为设计负荷的93%,水泵能耗N′=0.34N0。
当n=0.75n0时,Q′2=0.88Q2,可以提供95%设计负荷的冷量,水泵能耗N′=0.42N0。
当n=0.80n0时,Q′2=0.95Q2,可以提供98%设计负荷的冷量,水泵能耗N′=0.512N0。
4压差控制法的节能分析
某一高层建筑,根据设计计算机房部分(包括冷水机组水系统阻力Δp1=14kPa,其余部分管路系统阻力Δp2=16kPa。水系统总阻力Δp=Δp
1
+Δp2=30kPa,水泵压头H0=1.1Δp= 33kPa。
水系统随负荷变化进行变流量运行。当实际水流量Q′=0.7Q0(Q0为系统设计流量时,水泵压头H′=Δp1(Q′/Q02+Δp2×1.1=25. 14kPa,H′/H0=0.76。
Keywor dsair conditioning,water system,variable flow,energy saving
★Hunan University,Changsha,China
①笔者在文献[1]中分析了一级泵水系统实现变
流量运行的可能性及其节能效果。但是对广大从
事设计、管理的专业技术人员而言,他们更关心水
此时水泵压头H′=
n
n0
2
H0=16.17kPwenku.baidu.com,
DM N C环路(机房水阻力Δp′1=
Q
Q0
2
Δp
1
=
6.86kPa,CD环路两端的压差(即该环路实际运行阻力Δp′2=16.17kPa-6.86kPa=9.31kPa。
通过CD环路的实际流量
Q′2=Δp′
2
Δp
2x
1
2
Q2(3
式中Q2———设计工况下的环路水量,m3/s;
Δp 3=16kPa ,水泵压头H 0= 1.1×
(Δp1+Δp3=33kPa。
3.2.1.1为满足各环路阻力平衡,应在CD环路附加阻力Δp x(如采用平衡阀。根据文献[4]:
Δp
3-Δp2
Δp
3
≤15%(2所以修正后CD环路的阻力
Δp
2x
≥0.85Δp3=0.85×16kP a=13.6kPa该环路附加阻力Δp x=Δp2x-Δp2=3.6kPa 3.2.1.2变流量运行时CD环路能向空调房间提供的冷量:当空调系统负荷为设计负荷的70%时,空调系统要求提供的总水量Q=0.7Q0,水泵转速n=0.7n0(n0为设计工况下水泵转速。
系统变流量运行对空调系统运行可能产生的影响,
本文结合实例对其进行分析,以便这项投资少、见
效快的节能技术能得到推广应用。
1水流量变化对末端装置(表冷器运行的影响
以某种型号的表冷器为例,其传热系数可用下
式表示[2]:
K=
1
34.3v0.787
g
+ξ1.03
+
1
207w0.8
-1
(1
式中K———传热系数,W/(m2・℃;
如果采用温差控制
,减少的功率
ΔN
1=1-
Q′
Q0
3
N0=[1-(0.73]N0= 0.66N0,ΔN1/ΔN2=1.76。
当一台水泵运行时,虽然系统流量已下降一半,但管路系统阻力Δp′=KQ2=K(Q0/22=1/4×KQ0=1/4Δp。
由于压差控制保持供、回水总管压差不变,此时水泵运行能耗基本不变(通过主机的流量是100%设计流量,节能效果大大下降。
c在人员较集中的场所设置温度传感器。当这些场所的空调系统投入使用时,根据它们的室内温度对变频器进行调节控制。在其余时段仍按保持温差Δt=5℃控制,并设定最小转速n min≥0.5 n0。这种控制方法适用于新建建筑,用于改造已有建筑布线有一定困难。
采用上述三种控制方法,既可满足不同房间供冷需要,又可以最大限度实现水泵节能。
8设计总结
8.1观众厅池座和楼座宜分别设置空调系统
楼座与池座高差较大,存在温度梯度且顶棚内有射向舞台的灯具散热。观众厅池座与楼座合用一个空调系统,在冬季楼座温度会偏高。空调系统分开设置,在冬季楼座空调系统少加热、不加热,甚至在不加热的情况下加大新风量,就可以满足楼座的温度要求。
8.2观众入口宜设门斗或热风幕
①☆孙一坚,男,1936年6月生,大学,教授
410012湖南省长沙市岳麓山湖南大学环境工程系
(07318822543
收稿日期:20020912
修回日期:20040120
上述计算说明水流量变化对表冷器传热的影响很小。
图1
是根据某公司风机盘管样本上的数据绘
图1风机盘管供冷量随水流量的变化曲线
制的风机盘管供冷量随水流量的变化曲线。从图中可以看出,盘管负荷为80%时,所需水量为设计
图2温差控制水泵变转速原理
水温差Δt为5℃。当负荷下降时,如流量保持不
变,则回水温度下降,Δt相应变小,要保持Δt不变,可通过控制温差控制器、变频器来降低水泵转速、减少水流量,此时水泵能耗以转速三次方的关系递减。压差控制法是指在供、回水总管间设压差控制器,在运行过程中不管负荷如何变化,供、回水总管间压差保持不变,末端装置的流量完全由电动二通阀控制。
此时水泵的轴功率
N′=
Q′H′
η′(4式中Q′———部分负荷下系统水流量,m3/s;
H′———部分负荷下水泵压头,kP a;
η′———部分负荷下水泵运行效率。
查水泵样本可知,在设计工况下η0=78%。工作点改变后η′=67%,则η′/η0=0.85。则N′=
0.7Q0×0.76H0
0.85η0=
0.625N0,减少的功率ΔN2=N0-N′=0.375N0。
By Sun Y ijian★
Abs t r a ctA nalyses t he eff ects of variable flow op eration of p rimary p ump water systems based on t he temp erature diff erence cont rol met hod on t he op eration of air conditioning systems.Maintains t hat variable water flow op eration has no adverse eff ect on water chillers and ter minal devices.Presents t he corresp onding cont rol st rategy according t o t he application occasion of t he systems.
7运行效果
7.1消声、减振效果
在制冷、空调机房位置均不理想的情况下,全部制冷、空调设备运行时在无观众、无演出的情况下几乎测不到噪声和振动。
7.2夏季运行效果
观众厅、舞台、入口大厅等处的温度、湿度、气流速度、空气品质等均较理想。7.3冬季运行效果
各处的湿度、气流速度、空气品质等较理想,池座温度也较合适,但楼座温度偏高。
水量的58%;盘管冷负荷为60%时,所需水量为设计水量的34%。从这些数据可以看出,水系统进行变流量运行对末端装置的供冷量不会产生不利影响,而且可以说是有利的。2水系统变流量运行的控制模式
空调水系统变流量运行的控制模式主要有温
差控制法和压差控制法两种,其控制原理图见图2,3。温差控制法是指保持供水温度为7℃,供回