建筑电气节能技术7

1、智能建筑及自动化研究所建筑电气节能技术第三章第三章. . 中央空调系统及节能技术中央空调系统及节能技术第二节第二节 中央空调中央空调变流量控制节能技术变流量控制节能技术一一. .问题的提出问题的提出二二. .变流量水系统的基本概念及原理变流量水系统的基本概念及原理三三. .中央空调水系统的负荷特性中央空调水系统的负荷特性四四.变流量水系统的类型变流量水系统的类型五五.变流量水系统的控制方案变流量水系统的控制方案智能建筑及自动化研究所第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 问题的提出问题的提出一一. .问题的提出问题的提出 据新华社成都据新华社成都2

2、0092009年年1212月月1212日电日电( (记者记者 齐中熙齐中熙) )中国房中国房地产研究会副会长顾云昌表示地产研究会副会长顾云昌表示, ,中国现在每年新建的房屋面中国现在每年新建的房屋面积占到世界总量的积占到世界总量的50%,50%,而建筑能耗占到中国全社会能耗总而建筑能耗占到中国全社会能耗总量的量的40%40%。 智能建筑及自动化研究所建筑能耗所占的比例建筑能耗所占的比例第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 问题的提出问题的提出智能建筑及自动化研究所中央空调存在的问题：中央空调存在的问题：1.1.建筑空调都是以最不利工况为设计标准；

3、建筑空调都是以最不利工况为设计标准；2.2.空调系统在大部分时间都是在部分负荷下运行。空调系统在大部分时间都是在部分负荷下运行。3.3.在国内，绝大多数大型建筑空调水系统均为定流量系统在国内，绝大多数大型建筑空调水系统均为定流量系统容量往往远远大于实际需要，浪费能源。容量往往远远大于实际需要，浪费能源。解决方法：解决方法：根据空调负荷变化对水系统进行变流量节能控根据空调负荷变化对水系统进行变流量节能控制，是一种有效的节能手段。制，是一种有效的节能手段。第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 问题的提出问题的提出智能建筑及自动化研究所一个理想的空调水

4、系统它应该具备如下的特点：一个理想的空调水系统它应该具备如下的特点：1) 1) 负荷变化时保持冷却水和冷冻水的送、回水温差不变；负荷变化时保持冷却水和冷冻水的送、回水温差不变；2) 2) 水系统运行能耗最小，当负荷减少时，冷水机组运行能水系统运行能耗最小，当负荷减少时，冷水机组运行能耗随之减少，水泵运行能耗也随负荷的减小而相应减少；耗随之减少，水泵运行能耗也随负荷的减小而相应减少；3) 3) 系统简单，一次投资少；系统简单，一次投资少；4) 4) 具备储能功能。具备储能功能。第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 问题的提出问题的提出智能建筑及自动

5、化研究所二二. .变流量水系统的基本概念及原理变流量水系统的基本概念及原理 目的：使冷冻水所载的冷量及冷却水所带走的热量与不目的：使冷冻水所载的冷量及冷却水所带走的热量与不断变化的末端负荷相匹配，从而节约运行费用。断变化的末端负荷相匹配，从而节约运行费用。 图为二级泵系统。冷源图为二级泵系统。冷源所在环路称为一次环路，所在环路称为一次环路，水泵称为一次泵；空调末水泵称为一次泵；空调末端所在环路称为二次环路，端所在环路称为二次环路，水泵称为二次泵。水泵称为二次泵。 管段管段A-B A-B 称为旁通管，称为旁通管，它为一次环路和二次环路它为一次环路和二次环路共用。共用。 第三章第三章. .第二节中

6、央空调变流量控制节能技术第二节中央空调变流量控制节能技术 基本概念及原理基本概念及原理智能建筑及自动化研究所二次泵系统可用热力学第一定律表述为：二次泵系统可用热力学第一定律表述为： 3-13-1 热力学第一定律表明，在冷水系统中，可以根据系统的实热力学第一定律表明，在冷水系统中，可以根据系统的实际冷负荷大小调整冷水流量或冷水系统送回水温差。际冷负荷大小调整冷水流量或冷水系统送回水温差。第三章第三章. .第二节中央空调变流量控制节能技术第二节中央空调变流量控制节能技术 基本概念及原理基本概念及原理智能建筑及自动化研究所在负荷末端，进行冷水系统设计时，在负荷末端，进行冷水系统设计时，Q Q、W W

7、、t t 己经确定。己经确定。 Q Q 为系统设计工况下的冷负荷，为系统设计工况下的冷负荷， t t 为按规范确定的温差，一般取为按规范确定的温差，一般取55。 但是当系统实际冷负荷但是当系统实际冷负荷Q Q 变化时，为保证式变化时，为保证式3-1 3-1 的平的平衡，由热力学第一定律，必须改变冷水流量衡，由热力学第一定律，必须改变冷水流量W W 或温差或温差t t 的的大小。例如当冷负荷在某一时刻为设计值的大小。例如当冷负荷在某一时刻为设计值的50%50%，并且冷水，并且冷水送水温度不变，那么对于冷水系统来说可能会产生三种情况：送水温度不变，那么对于冷水系统来说可能会产生三种情况： A.A.

8、流量流量W W 减为设计流量的减为设计流量的50%50%；-变流量系统变流量系统 B.B.t t 减小；减小；-定流量系统定流量系统 C.C.两者同时变化。两者同时变化。理想的变水量系统理想的变水量系统：冷水流量与负荷成线性关系。：冷水流量与负荷成线性关系。第三章第三章. .第二节中央空调变流量控制节能技术第二节中央空调变流量控制节能技术 基本概念及原理基本概念及原理智能建筑及自动化研究所第三章第三章. .第二节中央空调变流量控制节能技术第二节中央空调变流量控制节能技术 基本概念及原理基本概念及原理水泵的流量、扬程、功率与转速的关系表示如下：水泵的流量、扬程、功率与转速的关系表示如下： 3-2

9、3-2 3-3 3-3 3-4 3-4 智能建筑及自动化研究所以上以上3-13-1，3-23-2，3-33-3称水泵的相似定律。可用以下曲线描述：称水泵的相似定律。可用以下曲线描述：第三章第三章. .第二节中央空调变流量控制节能技术第二节中央空调变流量控制节能技术 基本概念及原理基本概念及原理智能建筑及自动化研究所 从相似定律可以看出，在理想状况下，当水泵转速变化从相似定律可以看出，在理想状况下，当水泵转速变化时，水泵功率将与转速成三次方变化。即如果水泵转速为时，水泵功率将与转速成三次方变化。即如果水泵转速为设计工况下转速的设计工况下转速的50%50%时，其功率将为设计工况下的时，其功率将为设

10、计工况下的12.5%12.5%。因此。因此，变流量（变频调速）对水泵的节能有很大的潜力。，变流量（变频调速）对水泵的节能有很大的潜力。第三章第三章. .第二节中央空调变流量控制节能技术第二节中央空调变流量控制节能技术 基本概念及原理基本概念及原理智能建筑及自动化研究所，三三. .中央空调水系统的负荷特性中央空调水系统的负荷特性 （将讨论节能的可行性）（将讨论节能的可行性） 负荷主要来自围护结构传热负荷主要来自围护结构传热( (包括太阳辐射包括太阳辐射) )和新风负荷。和新风负荷。第三章第三章. .第二节中央空调变流量控制节能技术第二节中央空调变流量控制节能技术 水系统负荷特性水系统负荷特性智能

11、建筑及自动化研究所表表3-13-1，3-23-2说明：说明：冷水机在设计时一般留有冷水机在设计时一般留有20%20%裕量，即建筑物的最大冷量是裕量，即建筑物的最大冷量是冷水机容量的冷水机容量的80%80%。因此可以推论：因此可以推论：第三章第三章. .第二节中央空调变流量控制节能技术第二节中央空调变流量控制节能技术 水系统负荷特性水系统负荷特性智能建筑及自动化研究所 一般流量的调节一般流量的调节范围可控制在范围可控制在70% 3-570% 3-5( (或或60%)60%)100%100%之间。之间。变流量与定流量两变流量与定流量两 3-63-6种系统的水流量分种系统的水流量分别可表示为：别可表

12、示为： 3-7 3-7 第三章第三章. .第二节中央空调变流量控制节能技术第二节中央空调变流量控制节能技术 水系统负荷特性水系统负荷特性智能建筑及自动化研究所 建筑负荷的实际能耗将遵守水泵相似定律，能耗只有设计建筑负荷的实际能耗将遵守水泵相似定律，能耗只有设计工况时的工况时的21.6%21.6%51.2%51.2%。 所以变流量水系统对中央空调系统的节能效果将非常明显。所以变流量水系统对中央空调系统的节能效果将非常明显。 同时使用系数和参差系数按照同时使用系数和参差系数按照0.6-0.8 0.6-0.8 进行计算，进行计算，即：即： 3-83-8第三章第三章. .第二节中央空调变流量控制节能技

13、术第二节中央空调变流量控制节能技术 水系统负荷特性水系统负荷特性智能建筑及自动化研究所四四.变流量水系统的类型变流量水系统的类型1.1.变流量一次泵系统变流量一次泵系统 冷源侧定冷源侧定恒速泵恒速泵，负荷侧变流量的一次泵负荷侧变流量的一次泵系统系统variable primary flowvariable primary flow 简称：简称：VPFVPF对制冷机与水泵来说：对制冷机与水泵来说： 是先串后并方式。是先串后并方式。第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 变流量水系统变流量水系统电动两通阀：电动两通阀：只有开、关两个状态。只有开、关两个

14、状态。智能建筑及自动化研究所工作特点：工作特点： A.A.只有一组定速泵只有一组定速泵, ,靠电磁阀调节流量靠电磁阀调节流量; ; B. B.旁通管上多一个控制阀，当系统水量小于单台冷冻旁通管上多一个控制阀，当系统水量小于单台冷冻机最小允许流量时，旁通阀打开，旁通一部分水量使机最小允许流量时，旁通阀打开，旁通一部分水量使冷冻机运行在最小允许流量之上。最小流量由流量计冷冻机运行在最小允许流量之上。最小流量由流量计或压差传感器测得。或压差传感器测得。 第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 变流量水系统变流量水系统智能建筑及自动化研究所水泵与冷水机组独

15、立并联的方式水泵与冷水机组独立并联的方式工作特点工作特点:A.A.靠电磁阀调节流量靠电磁阀调节流量, ,B.B.接管较为方便，机接管较为方便，机房布置整洁、有序。房布置整洁、有序。第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 变流量水系统变流量水系统智能建筑及自动化研究所2.2.冷源侧定冷源侧定恒速泵恒速泵，负荷侧变流量二次泵系统，负荷侧变流量二次泵系统 冷水机组多数要求通过蒸发器的水流量为恒定流量，负冷水机组多数要求通过蒸发器的水流量为恒定流量，负荷侧和冷源侧分别设置水泵荷侧和冷源侧分别设置水泵工作特点：工作特点：1)1)可得到用户需要的不同水温可得到

16、用户需要的不同水温；2)2)系统冷源为定流量，而输送系统冷源为定流量，而输送泵和负荷环路为变流量。泵和负荷环路为变流量。第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 变流量水系统变流量水系统智能建筑及自动化研究所3.3.单环路变水流量系统单环路变水流量系统构造前提：使用变负荷冷水机，允许蒸发器内的水流量变化。构造前提：使用变负荷冷水机，允许蒸发器内的水流量变化。运行有严格的要求：运行有严格的要求：A.A.负荷不小于规定值；负荷不小于规定值；B.B.供回水温差不大于预定值供回水温差不大于预定值。工作特点：工作特点：A.节省了初投资；节省了初投资；B.冷冻水

17、流量和冷水机容量冷冻水流量和冷水机容量都可以有效配合各种负荷；都可以有效配合各种负荷；C.便于计算机控制便于计算机控制第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 变流量水系统变流量水系统智能建筑及自动化研究所第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 控制方案控制方案五五.变流量水系统的控制方案变流量水系统的控制方案溴化锂直燃机原理：溴化锂直燃机原理： 溴化锂吸收式制冷机是以溴化锂溶液为溴化锂吸收式制冷机是以溴化锂溶液为吸收剂吸收剂，以，以水为水为制冷剂制冷剂，利用水在高真空下蒸发吸热达到制冷的目，利用水在高真

18、空下蒸发吸热达到制冷的目的。为使制冷过程能连续不断地进行下去，蒸发后的制的。为使制冷过程能连续不断地进行下去，蒸发后的制冷剂水蒸气被溴化锂溶液所吸收，溶液变稀，这一过程冷剂水蒸气被溴化锂溶液所吸收，溶液变稀，这一过程是在是在吸收器吸收器中发生的，然后以热能为动力，将溶液加热中发生的，然后以热能为动力，将溶液加热使其水份分离出来，而溶液变浓，这一过程是在使其水份分离出来，而溶液变浓，这一过程是在发生器发生器中进行的。发生器中得到的蒸汽在中进行的。发生器中得到的蒸汽在冷凝器冷凝器中凝结成水，中凝结成水，经节流后再送至经节流后再送至蒸发器蒸发器中蒸发。如此循环达到连续制冷中蒸发。如此循环达到连续制冷

19、的目的。可见溴化锂吸收式制冷机主要是由：吸收器、的目的。可见溴化锂吸收式制冷机主要是由：吸收器、发生器、冷凝器和蒸发器四部分组成的。发生器、冷凝器和蒸发器四部分组成的。 智能建筑及自动化研究所举例：某综合体举例：某综合体1-261-26楼为宾馆客房，裙楼为大堂及商场。采楼为宾馆客房，裙楼为大堂及商场。采用用3 3台直燃式溴化锂吸收式制冷（热泵）机组。该系统冷台直燃式溴化锂吸收式制冷（热泵）机组。该系统冷冻水系统类型属于冷源侧定流量，负荷侧变流量的一次泵冻水系统类型属于冷源侧定流量，负荷侧变流量的一次泵水系统（水系统（ VPF )VPF )。该水系统在部分负荷运行的时候，只能。该水系统在部分负荷

20、运行的时候，只能通过停用部分冷冻水泵和冷却水泵来实现节能。以冷冻水通过停用部分冷冻水泵和冷却水泵来实现节能。以冷冻水循环为例，当大厦负荷不足循环为例，当大厦负荷不足50%50%时，可以停用一台冷冻水时，可以停用一台冷冻水泵，另一台满负荷运行。当负荷大于泵，另一台满负荷运行。当负荷大于50%50%时，两台水泵则时，两台水泵则要同时满负荷运行。由此可见，水泵的负荷只能是要同时满负荷运行。由此可见，水泵的负荷只能是50%50%和和100%100%有级可调，除非负荷刚好处于有级可调，除非负荷刚好处于50%50%和和100%100%，否则都会，否则都会有相当部分能耗的浪费。有相当部分能耗的浪费。第三章第

21、三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 控制方案控制方案智能建筑及自动化研究所图图3-243-24大大厦厦中中央央空空调调水水系系统统图图智能建筑及自动化研究所 将冷冻水和冷却水均设计为变流量的控制系统将冷冻水和冷却水均设计为变流量的控制系统1.1.冷冻水侧的变流量控制方案冷冻水侧的变流量控制方案 已知原系统为冷源侧定最小流量，负荷侧变流量的一已知原系统为冷源侧定最小流量，负荷侧变流量的一次泵系统。制冷机组本身也具有的变负荷运行能力，允次泵系统。制冷机组本身也具有的变负荷运行能力，允许根据负荷的大小改变制冷机蒸发器内的流量，所以可许根据负荷的大小改变制冷机

22、蒸发器内的流量，所以可以将系统改造成为一个一次泵变流量系统（以将系统改造成为一个一次泵变流量系统（VPFVPF）。）。 当末端空调负荷变化时，电动二通阀调节开度，改当末端空调负荷变化时，电动二通阀调节开度，改变冷冻水量，此时一采用定的控制措施，变频水泵和冷变冷冻水量，此时一采用定的控制措施，变频水泵和冷冻机组的水流量都随负荷的改变而改变，通过调整冷水冻机组的水流量都随负荷的改变而改变，通过调整冷水流量和制冷机容量，能有效满足所有负荷工况，另外在流量和制冷机容量，能有效满足所有负荷工况，另外在旁通管上增设了旁通控制阀，以维持运行冷冻机的最小旁通管上增设了旁通控制阀，以维持运行冷冻机的最小流量。流

23、量。控制策略：采取定温差控制法或定压差控制法控制策略：采取定温差控制法或定压差控制法。第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 控制方案控制方案智能建筑及自动化研究所 冷冻水温冷冻水温 差控制法差控制法根据公式：根据公式：第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 控制方案控制方案智能建筑及自动化研究所 压差控制：压差控制：因为水力惯性时间常数小，压力变化会比温因为水力惯性时间常数小，压力变化会比温度变化迅速得多，故采用压差控制。度变化迅速得多，故采用压差控制。 水系统的功率、扬程及流量满足下式：水系统的功率

24、、扬程及流量满足下式： 扬程扬程H H 与供、回水总管压差与供、回水总管压差P P 成线性关系。如果成线性关系。如果H H 不变，则水泵功率不变，则水泵功率N N 只与流量只与流量G G 的一次方成正比，这种的一次方成正比，这种系统节能不显著。系统节能不显著。第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 控制方案控制方案智能建筑及自动化研究所 在定压系统中，流量从在定压系统中，流量从G G0 0 变化到变化到G G 时，水泵速时，水泵速度只是由度只是由n n0 0 到曲线到曲线n n1 1 ，系统压差系统压差H H0 0 不变。不变。 实际上在满足最小流

25、量实际上在满足最小流量的情况下，水泵速度是可的情况下，水泵速度是可以由以由n n0 0 调到调到n n2 2, ,此时压差此时压差降降低低( (H H0 0- -H H1 1) )，整个系统处在，整个系统处在变压状态，此时水泵能耗变压状态，此时水泵能耗将会大幅度下降。将会大幅度下降。如果真正实现节能，压差必须改变如果真正实现节能，压差必须改变。现讨论。现讨论G-HG-H曲线：曲线：第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 控制方案控制方案智能建筑及自动化研究所 通过调整一次泵的转速来使通过调整一次泵的转速来使最不利环路的压差最不利环路的压差保持不变的

26、保持不变的控制法，称为控制法，称为最不利环路压差控制法最不利环路压差控制法。 根据最不利环路特性设定根据最不利环路特性设定PcPc， 计算机通过压差传感器计算机通过压差传感器测到最不利末端的压差测到最不利末端的压差P P，对两者的大小进行比较，来调节，对两者的大小进行比较，来调节水泵转速。根据公式：水泵转速。根据公式：第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 控制方案控制方案智能建筑及自动化研究所图图3-16 土壤热泵系统土壤热泵系统第三章第三章. .第二节第二节 中央空调变流量控制节能技术中央空调变流量控制节能技术 控制方案控制方案智能建筑及自动化研究所2.2.冷却水