山武公司的节能技术

1,山武的节能控制技术,1次水定流量2次水定末端差压控制冷却水定流量定送水温度定新风量周边区内部区分别单独控制VAV定静压控制VAV定送风温度控制,1次水变流量2次水最小阻力控制冷却水变流量送水温度优化控制CO2浓度+新风冷却控制Skin-load控制VAV最小阻力控制VAV变送风温度控制,传统做法static,山武能做到dynamic,2,各国的能耗现状,从资源利用率来看，中国创造$1GDP所消耗的能源是：日本的11.5倍德国法国的7.7倍美国的4.3倍中国目前建筑能耗占总能耗的28%，是同等气候条件下发达国家的3倍。,*摘自中国建筑业协会智能建筑专业委员会副主任兼秘书长黄久松2004年7月8日的发言稿,3,建筑物中的能耗比例,办公楼,宾馆,商店,医院,4,办公楼的能耗和空调节能,提高冷冻机COP,削减空调负荷,变流量,新风冷却控制CO2浓度控制Skin-load控制,冷却水变流量,办公楼,空调能耗2200MJ/y(70W/m2),热源,27%,%,照明与插座,38%,动力,11%,其他,11%,%,泵,风机,热媒输送,VWT,VWVVAV,5,空调节能的原理,全年负荷变动【部分负荷时间长】全天负荷变动【峰值负荷时间短】,少作无用功，不作无用功。,6,1次水变流量控制,1次水变流量有两种情况：2级泵水系统的1次泵变流量；1级泵水系统的变流量。,1级泵系统,2级泵系统,山武专利，日本专利特愿2003-362892号,7,1次水变流量控制的基本原理,由圆管管内强迫流动(Re104)的对流热交换计算公式：,当其他物性不变，只有流量变化时可得：,当u2=0.5u1时2=0.571，因Q=Ft，F和t不随流速u变化，所以当流量在一定范围内变化时，蒸发器的对流换热能力并不小于所需热交换量。Q2=0.57Q10.5Q1,8,冷水机组部分负荷效率比较,蒸发器分别为定流量和变流量的冷冻机的效率几乎是相等的（两条效率曲线基本重合）。,9,实测结果显示，一次泵变流量约减少70%的耗电量,一次泵变流量的实际效果(1),10,一次泵变流量的实际效果(2),2001年9月2002年4月,11,一次泵变流量系统的可调比,可调比=2.76,可调比=6.70,12,流量变化率对送水温度的影响,低流量变化率(2%/min),13,流量变化率对送水温度的影响,高流量变化率(30%/min),14,一级泵变流量系统的好处,节省初投资(相对于2次泵系统)节省一级泵减小机房面积节省水泵相关的管道接管和管线节省运行费用24小时运行冷站的节能潜力更大,6.5%,节能,15,一级泵变流量系统的控制设计,一次泵变流量控制旁通控制阀确保最低流量冷冻机和水泵台数不必一致冷冻机和水泵独立控制末端二通调节阀开度变频控制,16,一级泵系统的流量测定,电磁流量计流量不因蒸发器结垢变化压差传感器流量将因蒸发器结垢变化,17,2次水最小阻力控制,山武专利，日本专利第3122978号,在确保每台空调机正常工作的前提下，尽量使水阀全开，以减少在水阀上消耗的静压。其控制方法是根据各水阀的开度设定水泵扬程，然后根据水泵扬程设定值控制水泵转速。水阀的开度信号是必要条件之一。山武VWV控制因为采用了变扬程控制，因此送水压力测定点变得不重要。,18,最小阻力控制的节能原理,-定静压控制,-定末端压差控制,-或-的静压损失全部消耗在水阀上,-最小阻力控制,19,最小阻力控制与定末端压差控制的比较,-定末端压差控制,-的静压损失全部消耗在调节阀上,-最小阻力控制,20,山武的变水量控制的节能效果,DN50的ACTIVAL控制阀的流量系数Cv=65，可调比R=50，设计流量Gmax=22m3/h，年平均流量为设计流量的63%，末端差压控制的设定值P为6mH2O，最小阻力控制的年平均末端差压P为3mH2O，水泵效率=60%的条件下，末端差压控制与山武VWV控制的仅这个阀的水泵耗电量差Nv为0.1885kW。假定平均空调运行12小时/日、25日/月、电费P=1.00元/kWh、仅这个阀的年节省金额M=678元/年。,kW,21,VWV最小阻力控制的实际效果,条件建筑物类别：一般办公楼冷水系统：1次泵(2台定转速)2次泵(2台变转速)以高峰负荷月(8月)的水泵动力为基准(100%)。,根据（最小阻力VWV控制）实测数据计算，采用最小阻力VWV控制可节能30%。,22,山武的变水量控制（VWV）,23,冷却水变流量控制,控制系统构成图,山武专利，日本专利特愿2000-086917号日本专利特愿2000-086918号,24,冷却水变流量控制的基本原理,与一次水变流量控制的原理相同，冷凝器的对流热交换为圆管管内强迫流动(Re104)时，当其他物性不变，只有流量变化时同样可得：,当u2=0.5u1时2=0.571，因Q=Ft，F和t不随流速u变化，所以当流量在一定范围内变化时，冷凝器的对流换热能力并不小于所需热交换量。Q2=0.57Q10.5Q1,25,冷却水变流量控制的安全保护,根据冷凝器出口温度控制冷却水泵转速（冷却水流量），不使离心式冷冻机的高压保护继电器和断水保护继电器动作，吸收式冷冻机为不使高温再生器内温度过高，即可保证冷冻机安全正常的工作。,26,冷却水变流量控制系统的特征,适用于所有冷冻机的冷却水系统冷却水变流量控制适用于以下两种冷却水系统的任一方式：单独配备：冷冻机和冷却水泵一对一配套；共同配备：冷冻机和冷却水泵群体配套。(2)根据冷凝器出口温度控制冷却水流量根据冷凝器出口温度控制冷却水流量的控制方法可视为负荷（热量）控制。,27,冷却水变流量控制系统的特征,(3)设定流量变化范围和变化率根据冷冻机厂商提供或许可的变化范围，根据冷冻机厂商提供或现场摸索的变化率实施变冷却水量控制，对冷冻机的容量控制（冷冻水出水温度）不产生任何不良影响。(4)可利用冷冻机的内部参数对于吸收式冷冻机，可参照高温再生器温度进行冷却水变流量控制，以确保冷冻机的寿命和运行。,28,冷却水变流量的实际效果(1),实测结果显示，冷却水变流量控制约减少了57%的耗电量（某办公楼2003年）。,29,冷却水变流量的实际效果(2),热源系统：吸收式冷冻机2台（100USRT和80USRT）与冷却泵一对一配套记录对象冷冻机：吸收式冷冻机100USRT）以100USRT为首选机运行记录对象冷却水泵：11kW1台转数下限值：50记录期间：510月空调时间：6:0024:00所在地：日本关东地区,30,冷却水变流量的实际效果(3),热源系统：离心冷冻机9台与冷却泵一对一配套对象冷冻机：离心冷冻机（1200USRT）对象冷却水泵：110kW转数下限值：77记录期间：全年空调时间：24小时所在地：日本中国地区,31,冷却水变流量的实际效果(4),热源系统：吸收式冷冻机2台与冷却水泵群体配套对象冷冻机：吸收式冷冻机（360USRT）2台对象冷却水泵：75kW2台转数下限值：60记录期间：全年空调时间：24小时所在地：日本关西地区,32,送水温度优化控制,离心冷冻机的性能(H公司),提高冷水送水温度可明显提高冷冻机的效率(COP)，从而节省冷冻机能耗。但提高冷水送水温度将增加冷水循环泵的能耗，因此这里就存在一个优化的问题。,山武专利日本专利特愿2002-064121,33,送水温度优化控制的条件,冷水送水温度的边界条件：1.不影响空调末端设备(AHU/FCU)的室温控制；2.不影响空调末端设备的自然除湿能力。送水温度优化控制的必要条件：1.冷冻机特性曲线已知(或可学习)；2.循环泵特性曲线已知(或可学习)；3.室内温/湿度已知(通过BA系统通讯)；4.水系统途径(延迟)不可过长。,34,CO2浓度新风量控制,日本制定新风量标准是根据排除人体呼出的CO2，体臭，香烟的三个因素决定的。其中办公室CO2设计呼出量为0.022m3/(h人)，室外CO2浓度按400ppm(海边)，室内许可CO2浓度按1000ppm计算，新风量设计标准为37m3/(h人)。这与中国制定的办公楼30m3/(h人)的新风量设计标准是接近的。因办公楼内并不总是满员的，因此根据室内CO2浓度实施变新风量控制就可以节省大量的能源。,35,新风冷却控制,对于送冷风工况，当室外空气的焓（或温度）低于室内空气的焓（或温度）时，增大新风量有助于减小空调负荷。特别是空调内区，基本上是全年送冷风，对于冬季室外气温不是很低的上海地区，过渡季和冬季采用新风冷却将有效地减小空调负荷，节省大量的能源。,36,Skin-load控制,Skin-load即指外围护结构空调负荷。Skin-load控制就是根据外围护结构空调负荷（外窗内表面温度），控制周边区空调设备放出相同量的显热量，从而维持周边区空调温度为设定值。Skin-load首先确保周边区空调设备不失控，在此基础上防止与内部区空调的冷热混合损失，从而了节约能源。,山武专利，日本专利第2891401号,*暖通空调2000年2月号,37,Qskin=QFCU,Skin-load控制的基本概念,RTS,38,辐射温度传感器,辐射温度传感器是Skin-load控制的重要设备。,39,想象中的周边区控制,40,实际的周边区控制(送冷风),41,实际的周边区控制(送暖风),42,一般的室温控制,Skin-load控制,Skin-load控制的对比试验,43,冬季工况节能40,Skin-load控制的节能效果,44,实际的FCU气流(侧面),45,FCU气流的覆盖面,46,sensor,FCU,FCU,回风口,实际的FCU布置,47,s