空调知识及节能控制知识

1、中央空调节能控制基本知识Air Condition Intelligent Control & Management SystemA.中央空调基本原理B.中央空调能耗C.节能控制原理及策略D.客户收益E. 案例分析目录 CONTENTS中央空调基本组成冷水机组冷却水泵冷却塔冷冻水泵末端设备换热器热水锅炉中央空调运行示意图冷机制冷原理主要原理就是“蒸发吸热，冷凝放蒸发吸热，冷凝放热热”。制冷工质（即制冷剂）在蒸发器内吸收被冷却物的热量并汽化成蒸汽，压缩机不断地将产生的蒸汽从蒸发器中抽出，并进行压缩，经压缩后的高温、高压蒸汽被送到冷凝器后向冷却介质（如水、空气等）放热冷凝成高压液体，在经节

2、流机构降压后进入蒸发器，再次汽化，吸收被冷却物体的热量，如此周而复始地循环。制热时，制冷剂通过四通阀改变制冷剂流动方向，制冷剂流动方向与制冷时刚好相反，制冷剂先经过蒸发器，再回到冷凝器，最后回到压缩机。冷却塔散热原理其他设备A.中央空调基本原理B.中央空调能耗C.节能控制原理及策略D.客户收益E. 案例分析目录 CONTENTS几个数据 城市中建筑能耗占总能耗25%-30%； 大型公共建筑占总建筑4%，但能耗占22%； 中央空调系统夏季占建筑能耗45%-60%； 暖通系统冬夏两季占建筑能耗70%-80%；中央空调节能空间大原因 设计时，中央空调系统必须按天气最热、负荷最大时设计，并且留10-2

3、0设计余量设计 中央空调系统各部分分别来自不同厂家，存在一定匹配问题 缺少必要阀门，多余限流装置安装 部分运行管理人员对系统缺乏深入了解 缺少系统重要运行数据的记录和分析运行 中央空调系统是一个不断变化的系统，人工无法精准控制 中央空调系统涉及子系统过多，运行会相互作用复杂中央空调节能难点 系统涉及到载冷剂（冷冻水）、制冷剂、冷却剂（冷却水）三种冷媒的循环运行，涉及到空调末端装置、制冷机组蒸发器、制冷机组冷凝器以及冷却塔装置等四个热交换过程，涉及到系统的负荷及实际工况，运行情况复杂，制约因素很多。系统复杂性 通常的中央空调系统中，冷冻水循环周期长达十几分钟至几十分钟，而系统的温度，压力，流量等

4、传感器通常安装在冷冻机房内，当末端的空调负荷发生变化时，机房侧探头所测得的系统信号往往是若干时间以前的负荷变化；同时水系统的惰性大，反应慢，所以，其动态特性不易掌握。动态滞后性影响能耗因素 环境条件 不同地区能耗不同 不同月份能耗不同 不同日能耗不同 每日不同时段能耗不同影响能耗因素 使用 酒店类建筑的入住率 办公 /商场类建筑的出租率 年供冷/供暖时间 日供冷/供暖时段影响能耗因素 - 冷机负荷冷机效率和冷机负荷率有很大关系，二者关系不是一个线性关系，如图所示，冷机负荷在80%至90%达到最高效率，不同的冷机此曲线会有所不同，实际控制需要将冷机负荷控制在最高效区域影响能耗因素 - 冷冻水出水

5、温度冷机效率和冷机冷冻水供水温度率有很大关系，二者关系不是一个线性关系，如图所示，冷机效率随着冷冻水供水温度的提高而提高，但实际使用中过高的冷冻水温度不利于末端设备的换热，还会降低空调除湿能力，所以调解时需要控制在合理范围。影响能耗因素 - 冷却水回水温度冷水机组的冷却水回水温度对于冷水机组的运行效率有很大的影响。对于变速驱动冷水机组，冷却水温度越低，冷水机组效率越高；对于定速驱动冷水机组，冷却水在27以上时，温度越低冷水机组效率越高，但当冷却水低于27时，冷水机组的效率基本不变。A.中央空调基本原理B.中央空调能耗C.节能策略及原理D.客户收益E. 案例分析目录 CONTENTS建筑中中央空

6、调主要用能问题冷机长期低负荷运行 冷却水”大流量小温差” 冷机不合理旁通水 冷却塔不合理旁通水 夏季室内温度过低 冬季室内温度过高 冷水机组COP低 冷冻水泵输送系数低 冷冻水”大流量小温差” 冷却水泵输送系数低 启停时机控制不合理冷机选型不合理 阀门限制流量 水泵选型过大 限流器影响 冷却水回水温度低 冷却塔飞水 阀门故障电网运行不稳定 设备寿命短 主要节能策略设备改造蓄冷蓄热水泵变频冷水机组群控冷冻水系统控制冷却水泵控制冷却塔群控设备改造 冷水机组更换为热泵机组 - 需当地条件适宜 冷水机组合理搭配 更换水泵为更小型号的 改造水泵叶轮蓄冷蓄热 谷电价时蓄冷蓄热，平和峰电价时释放冷热 优点：

7、充分利用谷电价便宜，可以有效节省电费支出 不足：改造需要一定面积来放置蓄冷蓄热装置水泵变频 水泵增加变频器，由人工调节工作频率 优点：通过调整频率节约能耗 不足：空调是实时变化的系统，人工调整不能够最大化的达到节能目的冷机群控启停 及时启动冷机，满足末端负荷要求，增加舒适度 及时停止冷机，减少不必要的能耗变水温 冷机负荷较低时，提高冷冻水的出水温度，提高冷机效率，减少能耗冷机群控 冷冻水供水温度偏离（高）一定范围（可设置） 上一个启动的冷机运行一定时间（可设置） 当前运行的冷机负荷率大于设定值（90%95%） 冷水机组的温度降低速度小于0.3/分钟 以上条件满足一定时间（防止条件波动）冷机加载

8、 冷水机组运行台数大于一台 当前运行机组负荷率小于设定值（65%69%） 冷冻水温度偏离（低）一定范围（可设置） 以上条件满足一定时间（防止条件波动）冷机卸载变冷冻水温控制左图是离心式冷水机组在不同冷冻供水温度下的能耗性能曲线，从图中可以看出，冷冻供水温度每提高1，离心式冷水机组的消耗功率降低4%。因此，当空调末端侧对冷负荷的需求降低时，提高冷水机组的供水温度可以大大节省冷水机组的运行能耗。可在6月和9月冷负荷低时适当提高冷冻水供水温度。变冷冻水温控制部分负荷变冷冻水温控制2台600RT冷机以70%负荷运行，7 出水 制冷量 = 600RT270%92.32% (1-15%)- 600RT20

9、%13%= 643RT 冷机耗电：380KW 70% 2 = 532KW 水泵、冷却塔风扇耗电：380KW 26% 2 = 198KW 合计耗电： 532KW+198KW=730KW1台冷机100%负荷运行，9 出水 制冷量 = 600 106% = 636RT 制冷机耗电：380KW 水泵、冷却塔风扇耗电：380KW26% =99KW 降低内能少耗电: 380KW13% / 4=12KW 合计耗电：380KW +99KW- 12KW =467KW避免冷机部分负荷运行，在制冷量相差不大（ 643RT 636RT ）的情况下，策略调整后节电率为（ 730 - 467）/ 730 = 36%冷冻水

10、系统 - 最佳输出能量控制实现空调主机冷媒流量跟随末端负荷的需求供应。 使系统既保证末端用户的舒适性，又最大限度地节省了系统的能量消耗。冷冻水系统设备节能量可达 20%-40%冷冻水系统控制 冷冻水泵变频控制冷冻水泵的耗能一般占到整个空调制冷系统的总耗能的12%以上，而冷冻水泵的控制又关系到整个冷冻水输送系统的稳定性以及能否达到设计的工艺要求。冷冻水泵的变频控制节能空间是很大的，根据相似定律，水泵的转速（n）、流量（Q）和消耗功率（N）存在如下对应关系：从公式中我们可以看到，电机的转速（n）与流量（Q）成正比关系，而与电机的消耗功率（N）成三次根方比关系。冷冻水系统控制 冷冻水泵变频控制从水泵

11、性能曲线图中，我们也可以看到，当流量为设计流量的80%时，其实际的消耗功率降到了设计功率的51%，节省了一半的运行费。水泵转速水泵转速N%运行频率运行频率F(Hz)水泵扬程水泵扬程H%轴功率轴功率P节电率节电率10050100100090458172.927.180406451.248.870354934.365.760303621.678.4冷却水系统 - 系统效率最佳控制 制冷主机能耗、冷却水泵能耗、冷却塔风机能耗三者统一考虑，在各种负荷条件下找到一个能保持系统效率（COP）最高所对应的冷却水温度，即找到一个系统效率最佳点，使整个系统能效比最高。冷却水系统和冷机设备节能量可达 10%-30

12、%冷却水泵控制 冷却水回水温度控制冷却水温度与室外湿球温度有关，理论上冷却能力无限大时，冷却水最低可达到的温度为湿球温度，实际上通常设置冷却水温度为湿球温度Ts+3为目标温度，达到了水温和能耗的均衡。结合以上情况，设置冷却水温度，假设定速冷水机组效率拐点处对应的临界冷却水温度为tK，若tcsmintk，则冷却供水温度设定值定为tk；若tcsmintk，则冷却供水温度设定值为tcsmin，如夏季工况为32。节能控制原理 冷却水回水温度控制冷水机组的冷却水回水温度对于冷水机组的运行效率有很大的影响。对于变速驱动冷水机组，冷却水温度越低，冷水机组效率越高；对于定速驱动冷水机组，冷却水在27以上时，温

13、度越低冷水机组效率越高，但当冷却水低于27时，冷水机组的效率基本不变。冷却塔群控 冷却塔变频控制从图中的对比看出，多台冷却塔变频控制可以有效利用冷却塔的冷却面积和变频带来的3次方的节能效果，同样冷却塔风机的功率消耗下，多台冷却塔风机变频运行能提供的更低的冷却水回水温度，同理当获得相同的冷却水回水温度的情况下，多台冷却塔风机变频运行能够最大程度的降低能耗。/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式33%67%100%冷冷却却水水回回水水温温度度台数控制和变频控制对比台数控制和变频控制对比台数控制变频其他控制策略 春秋过渡季节，早晚温度比较低的时段，充分利用室

14、外的凉空气焓值控制 提前半小时关闭冷机以及冷却系统，冷冻泵延时关闭，充分利用冷冻水的低温度延时关闭 根据末端的温度调整末端设备的运行，适用于有较大公共面积的建筑，如商场。末端控制空调节能项目实施流程能效评估制定方案节能改造系统试运行控制策略改进节能效益评估控制参数设定运行参数监测运行参数预测自动化控制能耗分析节能诊断 指标节能诊断 指标中央空调系统一般设定值项目项目温度温度描述描述冷冻水出水温度冷冻水出水温度7根据供冷需要设计冷冻水回水温度冷冻水回水温度12 冷却水出水温度冷却水出水温度37 冷却水回水温度冷却水回水温度32依据室外湿球温度设计A.中央空调基本原理B.中央空调能耗C.节能策略及

15、原理D.客户收益E. 案例分析目录 CONTENTS客户收益 节能 冷机节能 5%-20% 冷冻水泵节能 45%-65% 冷却水泵节能 45%-65% 冷却塔节能 45%-65% 综合节能 20% - 40%客户收益 其他 保障系统安全运行 提高环境舒适度 节省人力 延长设备寿命 改善电能质量 调整最大需量减少了能耗浪费20-40%中央空调节能控制系统的效果1.5至2年可收回投资A.中央空调基本原理B.中央空调能耗C.节能策略及原理D.客户收益E. 案例分析目录 CONTENTS案例分析 金泰开阳大厦节能数据 冷水机组旁通 冷水机组没有阀门控制造成旁通改造前数据：运行一台冷机，由于旁通问题，为

16、满足水量，同时开启两台冷冻泵，两台冷却泵。冷机显示出水7，回水10，温差3，实测总供水管水温超过8，温差小于2。改造后数据：运行一台冷机，同时控制阀门解决旁通问题，同时开启一台冷冻泵，一台冷却泵。冷机显示出水7，回水10.5摄氏度，温差3，实测总供水管水温7，温差3。节能数据：减少一台冷冻泵和一台冷却泵的运行，水泵节能率为50%。节能数据 冷冻水温差控制 解决“大流量，小温差”问题改造前数据：（解决冷机旁通后）运行一台冷机，同时开启一台冷冻泵，实测总供水管水温7，总回水管水温10，温差3。改造后数据：通过水泵增加变频控制，减少冷冻水流量，恒温差控制为5，实测平均运行频率为42Hz。节能数据：通

17、过变频器控制，平均运行频率的42Hz，平均节电率为41%。节能数据 冷却水温控制 解决“大流量，小温差”问题改造前数据：（解决冷机旁通后）运行一台冷机，同时开启一台冷却泵，两台冷却塔实测总出水管水温35，总回水管水温32，温差3。改造后数据：通过水泵增加变频控制，冷却塔群控，减少冷却水流量，恒温差控制为5，实测水泵平均运行频率为45Hz，冷却塔运行频率42Hz。节能数据：通过变频器控制，水泵平均运行频率的45Hz，平均节电率为28%，冷却塔平均运行频率为42Hz，平均节电率为41%。节能汇总单位（元）制冷主机冷冻水泵冷却水泵冷却塔改造前能耗240240580804884019800改造后能耗20420422361188049900节能量3603635719300369900节能比例15