王鋼

有效降低空調(diào)系統(tǒng)總功率實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能目標(biāo)

王鋼

Point

本文針對(duì)暖通空調(diào)運(yùn)行能耗較高的問題進(jìn)行了分析，并依托節(jié)能優(yōu)化模型給出了暖通空調(diào)系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)，研究結(jié)果表明，只要相關(guān)參數(shù)選擇的合理，便可以有效降低空調(diào)系統(tǒng)的總功率，由此便可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的目標(biāo)。

一、暖通空調(diào)工程施工階段的節(jié)能問題分析

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，建筑工程日益增多，與此同時(shí)，建筑中的各種設(shè)備和設(shè)施也隨之相應(yīng)增多，從而導(dǎo)致了能耗增大，為了避免能耗過(guò)高影響到建筑業(yè)的發(fā)展，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能已經(jīng)勢(shì)在必行。在建筑總體能耗當(dāng)中，暖通空調(diào)能耗所占的比重較大，故此在暖通空調(diào)工程的施工和設(shè)計(jì)階段必須采取合理、可行的節(jié)能措施，借此來(lái)降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗?，F(xiàn)階段，在暖通空調(diào)工程中應(yīng)用較多的節(jié)能技術(shù)有以下幾種：排風(fēng)熱回收系統(tǒng)、冷凍水大溫差系統(tǒng)、冰蓄冷技術(shù)、熱回收技術(shù)、全新風(fēng)量運(yùn)行等，其中每一種節(jié)能技術(shù)都有著自己的特點(diǎn)和適用項(xiàng)目，具體應(yīng)用時(shí)需要從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性等多方面進(jìn)行綜合考慮。相關(guān)研究結(jié)果表明，空調(diào)系統(tǒng)的能耗除了與氣候環(huán)境、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)之外，還與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)，若是在暖通空調(diào)工程施工階段的參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的能耗過(guò)高。所以，必須在工程設(shè)計(jì)階段，通過(guò)相關(guān)的計(jì)算和模型合理確定系統(tǒng)參數(shù)，以此來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。

二、暖通空調(diào)工程的節(jié)能設(shè)計(jì)方法

想要使暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗達(dá)到最低，就必須采取最為合理的節(jié)能設(shè)計(jì)方法，按照上文的分析可知，設(shè)計(jì)參數(shù)是影響系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵性因素。故此，本文基于節(jié)能優(yōu)化模型，對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.模型與決策變量的確定

為了便于研究，本文提出的暖通空調(diào)系統(tǒng)是由以下幾個(gè)部分組成：變頻送風(fēng)機(jī)1臺(tái)、變速冷凍水泵1臺(tái)、制冷機(jī)1臺(tái)、定速冷卻水泵1臺(tái)、單速冷卻塔1臺(tái)，系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化模型如下：

minPtotal=+Pfan+Ppump+Pchillsr+Pcondpump+Pcoolingtower

在該模型當(dāng)中，Ptotal代表空調(diào)系統(tǒng)的總功率；Pfan代表風(fēng)機(jī)功率；Ppump代表制冷機(jī)功率；Pcondpump代表冷卻水泵功率（因本次研究中選用的冷卻水泵為定速水泵，故此，Pcondpump為常數(shù)）Pcoolingtower代表冷卻塔風(fēng)機(jī)功率。在該節(jié)能優(yōu)化模型當(dāng)中，決策變量共計(jì)4個(gè)，分別為：

mair（空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量）、mwater（冷凍水流量）、tcwt（制冷機(jī)出水溫度）、tctset（冷卻塔出水溫度）。

2.關(guān)鍵參數(shù)的確定

由于該節(jié)能優(yōu)化模型當(dāng)中涉及的參數(shù)相對(duì)較多，其中一部分為常數(shù)，另一部分則與氣候或設(shè)備有關(guān)，故此在對(duì)模型進(jìn)行求解前，需要合理確定關(guān)鍵參數(shù)值。本次研究采用的是Energy Plus 軟件進(jìn)行仿真模擬，主要參數(shù)如下：冷負(fù)荷357.7kW；室內(nèi)溫度23.9℃；室外溫度25.6℃；相對(duì)濕度54%；新風(fēng)量5kg/s；照明負(fù)荷105.3kW。該空調(diào)系統(tǒng)中冷卻水泵為定速水泵，其基本參數(shù)如下：額定流量為0.036m3/s；額定壓力為179352Pa；額定功率為9172.30W；電機(jī)功率為0.9。

3.模型求解

節(jié)能優(yōu)化模型實(shí)質(zhì)上是一個(gè)非線性、多變量的數(shù)學(xué)模型，為了便于求解，決定采用Lingo9.0軟件，該軟件最為顯著的特點(diǎn)是能夠?qū)P、QP、NLP以及MIP進(jìn)行求解，其不但能夠進(jìn)行快速求解，而且還能對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化模型建立的最終目標(biāo)是在滿足冷負(fù)荷要求的基礎(chǔ)上，降低空調(diào)系統(tǒng)的總功率，故此可結(jié)合mair、mwater、tcwt、tctset這4個(gè)變量以及與之相關(guān)的送風(fēng)溫度和表冷器進(jìn)出水溫差，并利用Lingo對(duì)模型進(jìn)行求解。

4.節(jié)能效果對(duì)比分析

最優(yōu)解就是該空調(diào)系統(tǒng)的最優(yōu)工作點(diǎn)，在上述條件下，暖通空調(diào)系統(tǒng)的總功率為122.55kW。為了評(píng)估該工作狀態(tài)是否節(jié)能，可使空調(diào)運(yùn)行在非最優(yōu)狀態(tài)下計(jì)算總功率，隨后通過(guò)對(duì)比便可得出相關(guān)結(jié)果。例如：在該最優(yōu)解中，送風(fēng)溫度為11.37℃，與之相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)送風(fēng)量為28.27kg/s，下面將送風(fēng)溫度的設(shè)定值由8℃逐步提升至15℃，在保持其它參數(shù)不變的前提下，分別求出每個(gè)溫度對(duì)應(yīng)的暖通空調(diào)系統(tǒng)總功率，具體結(jié)果如下：溫度為8℃時(shí)，總功率為124.56；9℃時(shí)，總功率為123.59；10℃時(shí)，總功率為122.93；11℃時(shí)，總功率為122.58；12℃時(shí)，總功率為122.65；13℃時(shí)，總功率為123.30；14℃時(shí)，總功率為124.85；15℃時(shí)，總功率為127.90。11.37℃時(shí)的系統(tǒng)總功率為122.55，由此可見，該送風(fēng)溫度為最優(yōu)。若是想要驗(yàn)證其它參數(shù)是否最優(yōu)，也可采取相同方法，以制冷機(jī)的出水溫度為例，得出的最優(yōu)解為5.84℃，下面將該溫度由1℃逐步提升至10℃，然后分別計(jì)算出與各個(gè)溫度相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)總功率，再與最優(yōu)解進(jìn)行比較，結(jié)果表明，5.84℃時(shí)的總功率最低。

（作者單位：中國(guó)航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司）