蒸发式风冷机组下不同风机控制策略节能分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 蒸发式风冷机组下不同风机控制策 略节能分析 【摘 要】本文采用清华大学 DEST 能耗计算软件计算得出北京某一 典型办公建筑部分负荷率与环境温度的 关系，并建立了 HPC 和 CTC 控制策略 下蒸发式风冷水机组与建筑部分负荷及 环境温度相耦合的数学模型，通过 Matlab 编程仿真计算分析了机组供冷季 节冷凝风机不同台数开启频率及机组季 节能效比 SEER，结果表明蒸发式风冷 冷水机组的 SEER 值高于传统式冷水机 组，CTC 控制策略下蒸发式风冷冷水机 组 SEER 比 HPC 控制策略下高 32.6%， 比 CTC 传统式机组高 25.04%。 中国论文网 /5/view-5892573.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 【关键词】蒸发式风冷机组；风 机控制策略；节能 1、前言 可持续发展已成为整个社会发展 方向，然而随着人民居住的室内热环境 改善与提高，在一定时期内会提高建筑 整体能耗，不仅增加建筑节能改造的难 度，而且对中央空调节能技术提出新的 挑战，若不采取相应的节能措施，势必 影响我国经济可持续发展。目前冷水空 调设备产品中，以风冷冷水机组为保养 维修最经济、简单的机种，既省去了冷 却水系统不可缺少的冷却塔、冷却水泵 及管道系统，又避免了水冷冷水机组带 来的腐蚀、结垢、污泥和菌藻滋生问题， 虽风冷冷水机组比冷水机组一次性投资 稍高，但全年运行费用要低于水冷式冷 水机组，特别适合在缺水地区及全年运 行时数长的场合使用。风冷冷水机组存 在优点同时也存在不足之处，从机组输 入功率比较，在额定负荷时，风冷机组 的输入功率是水冷系统总输入功率的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 1.35 倍，考虑在部分负荷时及室外气温 对机组效率的影响，风冷机组的输入功 率是水冷机组的输入功率的 1.26 倍。往 往中央空调约有 70%用电，其余使用燃 料或蒸汽，因此提高机组性能系数，降 低机组能耗，消弱夏季电力峰值是非常 有必要的，特别在我国电力工业基础薄 弱，能源效率偏低的国家。 2、蒸发式风冷冷水机组系统介 绍 蒸发式风冷冷水机组系统由直接 蒸发冷却器和风冷冷水机组组成，风冷 冷水机组冷凝器进风通过直接蒸发冷却 器预处理后再送入冷水机组。本文直接 蒸发冷却器采用某公司生产的 CELdek5050-15 型填料，填料厚度取 150mm，直接蒸发冷却器处理风量可以 根据风机转速来控制。而冷水机组采用 F.W.Yu 论文中额定制冷量 1000kW，其 中蒸发器为壳管式设定温度 3，在满 负荷运行下冷冻水流量 43kg/s，供水温 度 7和回水温度 12.5，制冷剂为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 R134a，每个压缩机可通过调节阀分 12 等级来控制制冷能力，当室外环境温度 为 35时风冷冷凝器散热能力控制冷凝 器的冷凝温度约 45，其空气风量 18.9m3/s 至 94.5m3/s，可通过 5 组冷凝 风机开启组数控制，每组有四台冷凝风 机定风量 18.9m3/s 控制。 2.1 直接蒸发冷却器数学模型。 直接蒸发冷却器数学模型，描述了直接 蒸发冷却器的蒸发效率、风机功耗及水 泵能耗。 2.2 冷水机组数学模型。冷水机 组数学模型 F.W.Yu 通过机组运行实验 验证冷水机组数学模型的准确程度，得 出性能参数 COP 实验值跟模拟值吻合 较好，对模型没有考虑机组散热损失下 机组运行工况下 COP 绝大部分相对误 差在 10%之内，因此所建立的机组数学 模型是可行的。 2.3 蒸发式风冷冷水机组数学模 型。蒸发式风冷冷水机组，得出机组冷 凝器进风温度计算方程和机组能耗数学 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 模型。 3、蒸发式风冷冷水机组仿真流 程 本文利用 matlab 软件对蒸发式风 冷冷水机组仿真编程，综合考虑机组回 油、冷凝效率及电子膨胀阀正常运行等 情况下，冷凝温度最低温度设为 20， 而冷凝过冷温度 Tcdsc 变化范围为 1- 6和蒸发过热温度 Tevsh 变化范围为 4-8，其波动范围对机组性能系数 COP 的影响只有 0.16%，因此可取 Tcdsc=8及 Tevsh=3。初始状态下冷 凝进口空气温度 Tcdae 为直接蒸发冷却 器空气出口温度，冷凝温度为 Tcd0=50， ITER=0，通过循环迭代计 算，直到|Tcd-Tcdo|0.05或 TcdspTcd 时，计算出此时蒸发式风冷 冷水机组的功耗 Eev_ch 及性能系数 COPev_ch。 4、结果及分析 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 为了探讨蒸发式风冷冷水机组的 节能潜力能力，本文采用 HPC 和 CTC 控制策略，HPC 和 CTC 机组供冷季节 时随建筑部分负荷率的冷凝风机开启台 数，为冷凝风机不同台数在供冷季节里 开启的概率，可知，HPC 控制策略下冷 凝风机开启 4 台概率较大，20 台概率较 低，说明冷凝器散热能力受到空气流量 的限制，致使冷凝温度较高，机组 COP 较低，而风机开启概率分布较均匀，可 知机组散热能力随室外环境温度波动比 较大，对影响机组部分负荷效率也较大。 CTC 控制策略下开启 20 台概率较大， 这是为了最大限度提高冷凝器散热能力 降低冷凝温度，所以全开的机率较大， 冷凝温度波动范围比较少，因此对机组 的性能系数波动影响较小。HPC 蒸发式 相对于传统式，开启 4 概率比例增加； CTC 蒸发式相对于传统式开启 20 台概 率降低，因为蒸发式冷凝器进口空气温 度相对于传统的低，冷凝器散热能力增 强，即所需处理风量减少，开启风机台 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 数也相应减少。 通过比较蒸发式风冷冷水机组与 传统风冷冷水机组性能系数 COP，为 HPC 控制策略下蒸发式风冷冷水机组性 能系数 COP 相对于传统冷水机组增加 百分比，为 CTC 控制策略下蒸发式风 冷冷水机组性能系数 COP 相对于传统 冷水机组增加百分比，为 CTC 控制策 略下蒸发式风冷冷水机组性能系数 COP 相对于 HPC 控制策略下增加百分比。 机组在供冷季节中大部分环境下 蒸发式风冷冷水机组的 COP 较传统风 冷冷水机组高，而 CTC 控制策略下蒸 发式风冷冷水机组较 HPC 蒸发式冷水 机组 COP 高。在低温度环境下无论机 组采取何种控制策略 COP 增加百分比 也出现负值，这是因为此时室外干湿球 温差较低，其直接蒸发冷却器效果较差， 虽然降低了机组冷凝器进口温度，一定 程度上降低了冷凝风机功耗，但压缩机 功耗降低量较少，然而机组总功耗相对 于传统机组降低量不多，同时增加了直 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 接蒸发冷却器风机和水泵功耗，因此这 时蒸发式风冷冷水机组节能优势不明显， 当机组压缩机和冷凝风机总功耗减少量 大于直接蒸发冷却器风机功耗增加量时， COP 增加百分比就会出现负增长。CTC 控制策略相对于 HPC 控制策略节能潜 力较大，但也出现了负值，为了更好体 现机组全年运行情况，本文采取季节能 效比 SEER 增加百分比来衡量蒸发式风 冷冷水机组节能潜力。 无论采取何种控制策略，蒸发式 风冷冷水机组的季节能效比都高于传统 机组，说明蒸发式存在一定节能潜力。 在 HPC 控制策略下蒸发式比传统式季 节能效比高 10.01%，而比 CTC 控制策 略下传统机组低-5.74% ，而在 CTC 控 制策略下蒸发式比传统式季节能效比高 45.99%，可知机组选择控制策略也是节 能措施一个重要环节。 结 论 通过 Matlab 软件编程仿真计算 得出，建筑在北京气象参数下，无论该 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感