張璐

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的提高，空調(diào)系統(tǒng)在當(dāng)前人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用越來越廣泛，極大地便利了人們的生活，提高了人們的生活質(zhì)量，但是空調(diào)系統(tǒng)大量的能耗也帶來了較嚴(yán)重的環(huán)境壓力。本文主要針對冷水機(jī)組優(yōu)化控制的節(jié)能控制策略進(jìn)行探究，指出空調(diào)節(jié)能減排的相關(guān)對策，希望能為空調(diào)系統(tǒng)的環(huán)保應(yīng)用提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：冷水機(jī)組;優(yōu)化控制;節(jié)能措施

1 前言

根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究表明，空調(diào)系統(tǒng)所做消耗的能源資源占有整體建筑物消耗的一半以上，冷水機(jī)組的能耗又是空調(diào)系統(tǒng)能耗的最主要的來源，控制冷水機(jī)組的能耗能夠有效減少空調(diào)系統(tǒng)的整體功耗，提高空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效率。因此，要加強(qiáng)對冷水機(jī)組優(yōu)化控制的研究，明確冷水機(jī)組的控制策略，減少冷水機(jī)組的能耗，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排。

2 冷水機(jī)組的控制與管理方法

2.1 回水溫度控制管理法

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，空調(diào)冷負(fù)荷在一定程度上可以由回水溫度進(jìn)行反應(yīng)，通過控制回水溫度能夠控制冷水機(jī)組的加載和卸載流程，從而實(shí)現(xiàn)能源資源的節(jié)約。測量冷凍水回水溫度，冷凍水回水溫度的值大于或者等于設(shè)定值時(shí)，需要加載一臺(tái)冷水機(jī)組，如果冷凍水回水溫度值小于最低設(shè)定值并且維持一定時(shí)間時(shí)，則需要卸載一臺(tái)冷水機(jī)組。為了使得冷水機(jī)組在控制過程中能夠保持一定的冷凍水流量，在降低空調(diào)負(fù)荷時(shí)需要開啟旁通閥，將出水溫度與回水溫度混合，使得總的回水溫度下降。但是混合之后的總的溫度并不是回水溫度的現(xiàn)實(shí)的反映，因此，工作人員不能以混合之后的總的溫度作為控制的依據(jù)。[1]

2.2 負(fù)荷控制法

工作人員通過測量冷凍水總管的供水流量和供水溫度獲得流量信號(hào)以及溫度差，然后根據(jù)熱力學(xué)公式進(jìn)行實(shí)際冷負(fù)荷的計(jì)算，能夠得到冷負(fù)荷，將之與冷水機(jī)組的額定制冷量進(jìn)行比較，并設(shè)定多級負(fù)荷設(shè)定值，從而可以控制冷水機(jī)組的臺(tái)數(shù)。在一定周期內(nèi)將計(jì)算所得的冷負(fù)荷與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際冷負(fù)荷要小于設(shè)定值時(shí)，需要減少機(jī)組的運(yùn)行，當(dāng)大于設(shè)定值時(shí)，則需要適當(dāng)?shù)脑黾訖C(jī)組的運(yùn)行，以起到節(jié)能減排的效果。[2]

3 冷水機(jī)組與負(fù)荷關(guān)系分析

制冷機(jī)組按照能效比的高低分類可以將之分為離心式、活塞式、螺桿式以及吸收式四大類，工作人員需要結(jié)合單機(jī)制冷量的范圍合理的選擇制冷水機(jī)組。通常情況下，當(dāng)制冷量需求大于一千千瓦時(shí)，需要選擇離心式的制冷機(jī)組，制冷量小于一千千瓦時(shí)，則可以選擇螺桿式和離心式聯(lián)合使用的機(jī)組。對于制冷量相對比較大的空調(diào)系統(tǒng)，最適合選擇離心式的制冷機(jī)組，具有明顯的制冷優(yōu)勢。冷水機(jī)組性能指數(shù)指的是制冷水機(jī)組在額定工況下制冷量與輸入功率的比值，通常不會(huì)在滿負(fù)荷運(yùn)載時(shí)出現(xiàn)冷水機(jī)組最高的性能指數(shù)。冷水機(jī)組性能指數(shù)往往在部分負(fù)載時(shí)出現(xiàn)。在對某離心式制冷機(jī)組進(jìn)行測試的過程中，將出水溫度控制在六攝氏度時(shí)，冷凍水的流量保持一致，冷凍水回水溫度的改變會(huì)引起負(fù)荷的變化，為后續(xù)的比較測試提供了數(shù)據(jù)參考。負(fù)荷率與電機(jī)的輸入功率基本上呈線性關(guān)系，也就是說當(dāng)冷水機(jī)組的負(fù)荷從高負(fù)荷向低負(fù)荷改變時(shí)，可以看成為線性關(guān)系進(jìn)行遞減。然后，測試?yán)渌畽C(jī)組性能指數(shù)與負(fù)荷率之間的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，較高的冷水機(jī)組性能指數(shù)出現(xiàn)在額定負(fù)荷為70%左右的負(fù)荷端，所以要想在最佳的冷水機(jī)組負(fù)荷指數(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)，需要將機(jī)組的負(fù)荷分?jǐn)偟筋~定負(fù)荷的70%。在進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)安裝與設(shè)計(jì)的過程中，通常根據(jù)最大的計(jì)算冷負(fù)荷來進(jìn)行冷水機(jī)組的選擇與測試，但是在實(shí)際運(yùn)行的過程中，以最大負(fù)荷進(jìn)行空調(diào)運(yùn)行的工況的時(shí)間頻率是相對比較少的。由此可見，建筑物的冷負(fù)荷大多集中在額定功率的50%的負(fù)荷區(qū)域。[3]

另外，空調(diào)負(fù)荷還具有時(shí)間幀數(shù)的特點(diǎn)，處于部分負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間占絕大多數(shù)的時(shí)間。在實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，可以安裝多臺(tái)冷水機(jī)組，通過群體控制的策略進(jìn)行冷水機(jī)組的整體調(diào)整，減少冷水機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，以滿足負(fù)荷減少條件下的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行需求，使得冷水機(jī)組能夠始終處于比較高的負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)行，并盡可能的使得冷水機(jī)組處于最高負(fù)荷的工作狀態(tài)，從而提升系統(tǒng)的工作效率，減少能源資源的損耗。[4]

4 冷水機(jī)組優(yōu)化控制的節(jié)能策略

冷水機(jī)組的優(yōu)化控制需要結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行特點(diǎn)以及周圍溫度來進(jìn)行，原有的冷水機(jī)組的優(yōu)化控制措施通過調(diào)整空調(diào)的負(fù)荷進(jìn)行冷水機(jī)組的啟停的控制，不考慮單臺(tái)冷水機(jī)組的性能指數(shù)。雖然冷水機(jī)組多開一臺(tái)便要消耗適當(dāng)?shù)哪芰?，但是根?jù)實(shí)際測試研究表明，如果多開一臺(tái)冷水機(jī)組可以使得所有冷水機(jī)組在線運(yùn)行到最佳的性能指數(shù)，在適當(dāng)?shù)臈l件下也可以有效減少系統(tǒng)的能耗。比如，在有五臺(tái)某種特定型號(hào)的冷水機(jī)組與五臺(tái)冷凍水泵進(jìn)行冷凍水系統(tǒng)循環(huán)的空調(diào)系統(tǒng)中，如果單臺(tái)冷水水泵電機(jī)的耗電量是固定的，那么整體冷水系統(tǒng)采取先串聯(lián)和并聯(lián)的方式，可以保證冷水機(jī)組的冷凍水流量的需求符合當(dāng)前大多數(shù)建筑物空調(diào)工程的安裝需要。在計(jì)算某一階段相應(yīng)水泵和冷水機(jī)組開啟是否節(jié)能時(shí)，可以對比冷凍水泵開啟前后消耗的能量之比。根據(jù)研究表明，當(dāng)總負(fù)荷小于額定負(fù)荷的兩成左右，只開一臺(tái)冷水機(jī)組要比開啟兩臺(tái)冷水機(jī)組所消耗的能量少。當(dāng)總負(fù)荷為額定負(fù)荷的二成到四成左右時(shí)，開啟兩臺(tái)冷水機(jī)組與開啟三臺(tái)冷水機(jī)組正好是一個(gè)耗能的平衡點(diǎn)。如果只開啟兩臺(tái)冷水機(jī)組，則該負(fù)荷段內(nèi)耗能很大，而且加上兩個(gè)水泵導(dǎo)致冷水機(jī)組性能指數(shù)并不理想，如果在此時(shí)多開一臺(tái)冷水機(jī)組，可以使得每一臺(tái)冷水機(jī)組處于60%左右的負(fù)荷點(diǎn)，雖然需要多開一臺(tái)冷凍水泵以保持冷凍機(jī)組冷凍水流量的恒定，但是其消耗的能量與前一種工作模式基本相同。當(dāng)負(fù)荷繼續(xù)增加到高負(fù)荷的階段時(shí)，后一種工作模式的耗電指數(shù)要明顯小于前一種模式的耗電量，由此可見，隨著空調(diào)負(fù)荷的增加，節(jié)能性能也會(huì)持續(xù)得到優(yōu)化。當(dāng)負(fù)荷持續(xù)增加超過四成時(shí)，則需要保持三臺(tái)冷水機(jī)組水泵同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)繼續(xù)增加到了總負(fù)荷的一半左右時(shí)，則需要考慮開啟第四臺(tái)冷水機(jī)組，此時(shí)負(fù)荷的點(diǎn)也是四臺(tái)冷水機(jī)組與三臺(tái)冷水機(jī)組的耗能平衡點(diǎn)。

當(dāng)空調(diào)負(fù)荷有增長趨勢或者持續(xù)增長超過一定時(shí)間時(shí)，則可以考慮繼續(xù)多開一臺(tái)冷凍水泵和冷水機(jī)組，負(fù)荷越高，節(jié)能的效率越強(qiáng)。通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)組臺(tái)數(shù)加載的最佳切換點(diǎn)并不是單機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行的點(diǎn)，而是分別在單機(jī)負(fù)荷的100%、90%、87%等處，需要根據(jù)在線臺(tái)數(shù)的不同進(jìn)行合理的切換，以保證空調(diào)運(yùn)行效率的同時(shí)，提高空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能量，減少空調(diào)系統(tǒng)的能源資源消耗，采取以上的控制措施可以使得冷水機(jī)組的性能指數(shù)始終處于比較高的值，在長期使用的過程中，能夠有效減少建筑物內(nèi)部的冷凍水泵和冷水機(jī)組的能耗。實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組優(yōu)化控制的節(jié)能減排目標(biāo)。

5 結(jié)束語

綜上所述，冷水機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行控制的過程中受到負(fù)荷和冷水機(jī)組變化的影響而會(huì)產(chǎn)生不同的能耗，通過在負(fù)荷點(diǎn)準(zhǔn)確地加載和卸載冷水機(jī)組，不僅能夠滿足機(jī)組運(yùn)行高性能指數(shù)的要求，而且可以有效減少電能資源的消耗。同時(shí)，也不需要改造任何空調(diào)線路，增加任何設(shè)備，只需要適當(dāng)?shù)奶崆耙恍┻M(jìn)行冷水機(jī)組負(fù)荷點(diǎn)的加載便能夠節(jié)約很多的能源資源。

參考文獻(xiàn)

[1]唐宏章，陳汝東.離心式制冷機(jī)部分負(fù)荷特性分析[J].制冷技術(shù)，2018（4）：23-25.

[2]劉瑩，鄭賢德，許新明.冷水機(jī)組部分負(fù)荷性能分析[J].制冷，2018，19（4）：63-67.

[3]丁云飛，馬最良.根據(jù)部分負(fù)荷性能合理選擇冷水機(jī)組臺(tái)數(shù)[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，34（2）：87-89.

[4]榮劍文.冷水機(jī)組群控策略的討論[J].暖通空調(diào)，2019，35（12）：9-10