办公楼中央空调系统节能布置的一种方案-

1、54办公楼中央空调系统节能布置的一种方案宣伟钢(中国轻工业南宁设计院 广西南宁 530031摘 要 针对办公楼空调使用的特点,提出一种既能满足全负荷又能满足低负荷高效运行的中央空调系统设计方案。关键词 中央空调 能效比 蓄冷调节水池 冷水机组 空调冷负荷1 问题的提出办公楼的使用特点,是上班时人员集中,而下班后仅极少部分人员加班,这就要求办公楼的空调系统,除应能满足大负荷时的用冷外,还应能高效微量供冷。中央空调因其在保持大楼立面外观、保证室内空气品质和综合空调效果等方面的优越性而一直是空调方案的首选。但也有人将它与分体空调相比,认为它的能耗大、不灵活,不适用于办公楼。那么,究竟中央空调系统的能

2、耗是不是真的比分体大?有没有更节能的一种布置形式?本文就此问题试作一分析。2 空调机的能耗分析2.1 能耗的比较方法能耗大小,最能说明问题的是能效比COP。COP=制冷量(kW电输入功率(kWCOP值越高,说明该系统越节能。2.2 分体空调机的能耗分析市面上产品较多,现摘录及统计几个有代表性的产品数据列于表1。表1产品1H P单冷壁挂式 1.5HP单冷壁挂式23HP单冷柜式制冷量(W输入功率(WCOP制冷量(W输入功率(WCO P制冷量(W输入功率(WCO P国内品牌12500800 3.1335001300 2.6973003000 2.43国内品牌227001000 2.703500132

3、0 2.6570002680 2.61国外品牌12500780 3.2133001170 2.82国外品牌22600860 3.023* 2.81CO P平均值 3.02 2.74 2.52由表可见1HP机的COP值较其它冷量的机型高,平均可达3.02。2.3 常规中央空调系统的能耗分析办公楼中央空调系统的型式较多,在布置及运行上相差较大,较难用一种固定的型式来统一分析,这里仅取目前最典型及常用的一种系统,即一次泵系统来进行分析。其流程如图1 所示。图1该系统冷水机组按常规习惯选取二台,每台为所需总冷量的一半,冷却水泵扬程的选取。按假定冷却塔放置在四层附楼天面考虑,冷水泵扬程的配置,按大楼的高

4、度分为三种情况:第一种是约9层的楼房,此时扬程的配置按0.26MPa 考虑;第二种是约17层的楼房,扬程按0.32M Pa 考虑;第三种是约28层的楼房,扬程按0.44M Pa 设计。水泵与冷水机组均按一对一配套设置及运行。COP=QN 1+N 2+0.8(N 3+N 4式中:Q 为主机制冷量(kW;N 1为主机输入功率(kW(由样本中查取或按COP 值求取;N 2为空调末端设备的输入功率(kW,经对大量工程统计,N 2=0.14N 1;N 3为冷却塔及冷却水泵电机品牌功率(kW;N 4为冷冻水泵电机品牌功率(kW;0.8为实际功率与品牌功率之差的调整系数。主机的COP 值因生产厂不同而相差较

5、大,以1163(kW 制冷量的主机为例,最高的COP 值可达5.6以上,而最低的为4.4左右。本文取中等偏上的COP 值,即COP = 4.90。经计算,得出整个空调系统在各不同空调负荷情况下的COP 值,列于表2。从表2的结果可以看出,当整个系统的空调负荷低于25%时,也就是说,当单台主机运行在其50%的负荷以下时,其COP 值下降到3以下,此时系统开始处于不太经济的运行状态之中。表2整个空调系统在各不同空调负荷情况下的COP 值楼高负 荷 率 (%511111112222表2结果还说明,当空调负荷大的时候,中央空调系统COP 为3.1 3.5,运行是高效的,优于分体空调。但在部分负荷时,效

6、率则较低,且负荷越小,效率越低。这一结果表明中央空调系统不适宜用于办公楼,因为办公楼不可避免地要经常遇到低负荷运行的情况。另外,由于季节等的原因,空调系统有相当一段时间处在低负荷运行。可见,就目前常用的办公楼中央空调系统而言,的确在一定程度上存在着使用不灵活、能耗较大的问题。55第25卷 第2期 宣伟钢:办公楼中央空调系统节能布置的一种方案3 提高能效的几种方法经对影响中央空调系统COP 的因素进行分析,发现水泵耗能是导致系统下降的主要因素。虽然主机具有能量自动调节功能,但对其所配套的水泵,却要求应基本定流量运行,因而,出现了负荷越低,系统的COP 值越低的现象。针对这一状况,考虑对系统的水环

7、路进行改进。 3.1 变二台相同的主机配置,为一大一小的配置所谓一大一小的配置,是指将其中一台主机按整个系统冷量的70%进行选取,另一台按系统冷量的30%进行配置。这样,当系统处于部分负荷甚至较低负荷时,开启一台小主机或一台大主机,尽量减少大马拉小车的情况。按一大一小原则进行主机配置的空调系统,其COP 值见表3。表3一大一小主机配置的空调系统COP 值楼高负 荷 率 (%小小小小大大大大大小大小大小采取这一措施后,系统在部分负荷低效运行时的不利点,由原先二台相同主机时的23%下降到15%,其部分负荷运行的能耗得到了一定程度的改善。然而在负荷率低于15%时,仍无法做到高效运行。而对于办公楼而言

8、,15%的负荷率仍然是一个很高的数值。3.2 在冷水系统中,增设一个蓄冷调节水池典型的布置见图2。本系统主要是针对主机在低于负荷不利点(15%以下运行时所采取的措施。其工作原理是: 当负荷大于总负荷的15%时,系统由空调主机直接供冷,此时系统的COP 值较高,空调主机一方面直接负担大楼负荷,另一方面负责将水池内的水温降至6 ;!当实际负荷低于总负荷的15%时,转由水池供冷;当水池蓄冷量用完后,开启主机短时全额供冷,在向大楼直接供冷的同时,将水池内的水快速降温。待降至6 后,主机停止运行,由水池继续向大楼供冷。为了减少水系统的阻力损失,水池必须放 在整个空调系统的上方(屋顶上,这样,就限图2制了

9、水池的容积,为此,在系统中考虑仅设一个水池,而不是象常规那样分别设置供水及回水池。设置一个水池的唯一缺点是供水温度56 广西土木建筑 2000年不稳定,将在69之间波动,但此波动一般对空调系统运行产生的负面作用,尚可接受。由图中还可以看出,冷水系统的水流循环方向,与常规的水流方向刚好相反。事实上,本系统的水流方向有一个很大的好处,就是可以大大减少进入每个末端空调设备的水压,这对减少系统的泄漏是有好处的。冷水泵有三个布置位置,低、中层的办公楼,可采用1、2的位置,高层可选择3的位置,以保证水泵吸入口的吸入压力及尽量减少空调末端设备的承压。水池供冷时所配的小循环水泵,应按15%负荷时所对应的工况点

10、来选型。此时流量及管路阻力都大幅下降,小循环泵所配的功率很小(约为小型冷水机组配套冷水泵功率的0.3750.2倍,且所耗功率随负荷率减少而相应降低。按照这一设想配置的空调系统,在小于15%负荷时的COP见表4。表4空调系统小于15%负荷时的COP楼高负 荷 率 (%1 1.52461012159层楼 2.95 3.08 3.14 3.30 3.34 3.40 3.41 3.41 17层楼 2.91 3.03 3.10 3.25 3.29 3.35 3.36 3.36 27层楼 2.88 3.00 3.07 3.22 3.25 3.31 3.32 3.32 由表4可以看出,经过改进后的系统在负荷

11、低于15%时,同样能较高效地运行,基本解决了小负荷运行时能耗大的问题。4 本系统尚有几个问题需进一步讨论4.1 关于水池容积的确定容积的确定很重要,小了,起不到应有的调节作用,而且会导致主机的起停频繁;大了,会受到土建及结构等方面的限制。由表2看出,当空调系统负荷低于15%时系统的COP下降较多,因此,15%是一个确定容积的关键数值。若水池的供回水温差按3计取(供水6,回水9,则水池的容积为:V=Q#0.15(t2-t1#Cp=0.043Q m34.2 水池的设置通常,大楼的屋顶都有一个由水专业设置的供消防及生活用的合用水池。在引入本空调系统后,可与水专业商量,把消防与生活用水分开,将消防水池与空调的蓄冷水池合设为一个水池。由于空调水系统是闭式循环系统,水池内永远充满水,可以确保消防的用水不受影响。从对一些工程的统计看,空调蓄冷所需的水量比消防水池的容积要大约20%。4.3 主机的合理搭配