劉文戈 李旭東 張政偉 陳曉東 俞歡

W為總運(yùn)行能耗;W1（i，t）為第i臺(tái)冷水機(jī)組在t時(shí)刻的運(yùn)行能耗;W2（i，t）為第i臺(tái)冷水機(jī)組在t時(shí)刻的運(yùn)行能耗;W3（i，t）為第i臺(tái)冷水機(jī)組在t時(shí)刻的運(yùn)行能耗;W4（i，t）為第i臺(tái)冷水機(jī)組在t時(shí)刻的運(yùn)行能耗;W5（i，t）為第i臺(tái)冷水機(jī)組在t時(shí)刻的運(yùn)行能耗;W6（i，t）為第i臺(tái)冷水機(jī)組在t時(shí)刻的運(yùn)行能耗;W7（i，t）為第i臺(tái)冷水機(jī)組在t時(shí)刻的運(yùn)行能耗。

由于圖書(shū)館位置一般遠(yuǎn)離巨大體量的江河，且風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)的能耗在中央空調(diào)系統(tǒng)的總能耗中占比較小，所以上式可略去W4 ，W5 ，W6 ，W7。故簡(jiǎn)化得：

2.3冷水機(jī)組能耗的數(shù)學(xué)模型

基于冷凍水供水溫度、冷卻水回水溫度和機(jī)組負(fù)荷的能耗模型，指出冷水機(jī)組的能耗與冷凝溫度、蒸發(fā)溫度和機(jī)組負(fù)荷有關(guān)。同時(shí)，冷卻水的出水溫度可以用來(lái)表示冷水機(jī)組的冷凝溫度，冷凍水的進(jìn)水溫度可以用來(lái)表示冷水機(jī)組的蒸發(fā)溫度 ?？梢越⒂美鋮s水出口水溫冷凍水進(jìn)水溫度以及冷水機(jī)組負(fù)荷表示的冷水機(jī)組能耗模型。具體表達(dá)式如下：

其中：Tq2為冷卻水出口水溫（℃）;Td1為冷卻水進(jìn)口水溫（℃）;Q為冷水機(jī)組負(fù)荷，kW;a0-a5為冷水機(jī)組能耗模型的系數(shù)。

2.4冷凍水泵能耗的數(shù)學(xué)模型

此處僅計(jì)算了循環(huán)系統(tǒng)和冷凍水泵的能耗，忽略了能量的附加損失。整個(gè)冷凍水系統(tǒng)的能耗由水泵在工作點(diǎn)的流量、揚(yáng)程和效率來(lái)表示。

流量公式為：

上式中：QL為蒸發(fā)器冷負(fù)荷，kW;Td1為冷凍水進(jìn)口水溫（℃）; ρ為冷凍水出口水溫（℃）;c為水的密度，kg/m3;c為冷凍水進(jìn)出口溫度的平均比熱容，kJ/（kg×℃）。

由于QL與Q（冷水機(jī)組制冷量）的關(guān)系為：QL/Q=AL，式中AL是大于1的系數(shù)。AL取值1.2。

所以流量公式可寫(xiě)為：

揚(yáng)程計(jì)算公式如下：

其中：Hd為冷凍水泵揚(yáng)程（kPa）;Hd0為水泵的名義揚(yáng)程（kPa）;Gd為冷凍水流量（m3/s）; Gd0為水泵名義流量（m3/s）;

計(jì)算出流量和揚(yáng)程后即可得冷凍水泵能耗的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式：

其中：β1為流量?jī)?chǔ)備系數(shù);β2為揚(yáng)程儲(chǔ)備系數(shù);為水泵效率。

2.5冷卻水系統(tǒng)能耗的數(shù)學(xué)模型

冷卻水系統(tǒng)與冷凍水泵能耗模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式類似，冷卻水泵能耗的數(shù)學(xué)模型如下：

式中：Gq為冷卻水流量（m3/s）;Hq為冷卻水泵揚(yáng)程（kPa）;? ?為水泵在工作點(diǎn)的效率。

2.6制冷系統(tǒng)整體能耗的數(shù)學(xué)模型

結(jié)合以上的幾個(gè)表達(dá)式可得制冷系統(tǒng)的運(yùn)行能耗為：

【摘? 要】在能源的消耗使用中，建筑業(yè)是大戶，其中又以空調(diào)用電最為明顯，探究空調(diào)用電能耗的節(jié)能方式一直是熱門(mén)的討論話題，所以學(xué)習(xí)了解建筑物的中央空調(diào)節(jié)能方式是一種很有效學(xué)習(xí)系列電氣相關(guān)知識(shí)的方式。本文討論了設(shè)計(jì)層面與運(yùn)行層面兩個(gè)層面的節(jié)能方式，其中包括從裝置的安裝，系統(tǒng)的改進(jìn)等角度的探討。

【關(guān)鍵詞】中央空調(diào)用電能耗;優(yōu)化策略;蓄冰空調(diào)

引言

在能源消費(fèi)方面，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑能耗約占我國(guó)能源消費(fèi)的30%，建筑能耗所占比例遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，但隨著建筑業(yè)的發(fā)展，隨著節(jié)能減排理念的推廣，這一比例將逐年提高，中央空調(diào)能耗問(wèn)題的解決迫在眉睫，中央空調(diào)能耗占建筑能耗的40%～50%，作為全球最大的制冷空調(diào)設(shè)備生產(chǎn)商和第二大消費(fèi)市場(chǎng)，我國(guó)空調(diào)低碳產(chǎn)業(yè)時(shí)代的到來(lái)，將帶動(dòng)中央空調(diào)行業(yè)低碳節(jié)能建設(shè)的新浪潮，因此，推動(dòng)技術(shù)發(fā)展是中央空調(diào)行業(yè)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的主要措施。

中央空調(diào)除了冷凍機(jī)組外，還包括：冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，冷卻塔，室內(nèi)交換機(jī)等。因此除了一些運(yùn)行上的改進(jìn)外，設(shè)備上的改進(jìn)也可以起到從設(shè)計(jì)層面達(dá)到的節(jié)能效果。

1.優(yōu)化方案

1.1減少安裝層面造成的損耗

大學(xué)圖書(shū)館類型的建筑的體積面積都較一般的建筑要更大，且室內(nèi)單獨(dú)劃分的面積小，公共的區(qū)域面積大，因此冷卻液的輸送距離也一定會(huì)隨著冷卻液循環(huán)管網(wǎng)系統(tǒng)的分布廣度的增加而增加。因此，如果在設(shè)計(jì)層面就做出改進(jìn)則就可以減少大量能量的損耗。

市面上許多中央空調(diào)系統(tǒng)在管材的選取上大多選取聚氨酯泡沫塑料保溫、高級(jí)橡塑保溫、酚醛泡沫塑料保溫等材料。這類材料有一個(gè)問(wèn)題，管道的安裝都是在工廠內(nèi)提前確定并定型的，因此在安裝過(guò)程中，極易出現(xiàn)由于管道材料組合時(shí)貼合程度不足導(dǎo)致的縫隙加大的能耗增加的情況。所以，在安裝過(guò)程中，可使用聚氨酯發(fā)泡材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，可減少上述由于縫隙增大方面的造成的損耗。該技術(shù)主要是利用聚安酯在空氣中的氧化作用，使流體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w后組合嚴(yán)密的特性，在管網(wǎng)系統(tǒng)較為密集的區(qū)域保溫效果的提升更為明顯。

1.2利用蓄冰空調(diào)系統(tǒng)

冰蓄冷就是將水制成冰的方式，利用冰的相變潛熱進(jìn)行冷量的儲(chǔ)存。與水蓄冷相比，儲(chǔ)存同樣多的冷量，冰蓄冷所需的體積將比水蓄冷所需的體積小得多。其原理就是在用電價(jià)格低的夜間時(shí)，將制冷液降溫冷凍成固態(tài)冰，在白天用電高峰期再融化為液態(tài)，將冷量釋放出來(lái)使用。

冰蓄冷的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：（1）夜間環(huán)境溫度較白天更低，更有利于制冷涉筆的散熱，并提高制冷機(jī)產(chǎn)冷量;（2）長(zhǎng)期處于高效率工作狀態(tài);（3）減少裝機(jī)容量。

1.3冷凍機(jī)組技術(shù)的改進(jìn)

溫度調(diào)節(jié)源，也指制冷時(shí)與冷凍液進(jìn)行熱量交換的物質(zhì)，這是影響到能源消耗的關(guān)鍵部分。

根據(jù)廣州市軌道交通2號(hào)線海珠廣場(chǎng)地下水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用，研制了一種新型熱泵交換機(jī)。中央空調(diào)系統(tǒng)的冷卻塔系統(tǒng)被體積大溫度低的天然地表水所代替。天然地表水冷卻的導(dǎo)熱液體通過(guò)導(dǎo)熱系統(tǒng)輸送到管網(wǎng)中，具有較好的冷卻效果。在考慮這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用時(shí)，需要調(diào)查水文條件，考慮生態(tài)環(huán)境等因素，最終估計(jì)其制冷效果和可能產(chǎn)生的生態(tài)影響，最后選擇是否采用和采用何種方案。

綜上所述，在除了運(yùn)行策略方面的優(yōu)化外，不論是設(shè)備安裝的改良、冷卻源的選擇，還是系統(tǒng)機(jī)制的改進(jìn)，都可以提高節(jié)能的效果。

2.系統(tǒng)運(yùn)行層面的優(yōu)化方案

2.1中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的組成及工作原理

名稱 工作原理

制冷系統(tǒng) 一般制冷機(jī)的制冷原理是壓縮機(jī)把壓力較低的蒸汽壓縮成壓力較高的蒸汽，使蒸汽的體積減小，壓力升高。壓縮機(jī)吸入從蒸發(fā)器出來(lái)的較低壓力的工質(zhì)蒸汽，使之壓力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成壓力較高的液體，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后，成為壓力較低的液體后，送入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)而成為壓力較低的蒸汽，再送入壓縮機(jī)的入口，從而完成制冷循環(huán)。

冷凍水系統(tǒng) 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)是中央空調(diào)設(shè)備的冷凍水回水經(jīng)集水器、除污器、循環(huán)水泵進(jìn)入冷水機(jī)組蒸發(fā)器內(nèi)，吸收了制冷劑蒸發(fā)的冷量，使其溫度降低成為冷水，進(jìn)入分水器后再送入空調(diào)設(shè)備的表冷器或冷卻盤(pán)管內(nèi)，與被處理的空氣進(jìn)行熱交換后，再回到冷水機(jī)組內(nèi)進(jìn)行循環(huán)再處理。

冷卻水循環(huán)系統(tǒng) 從冷卻塔來(lái)的較低溫度的冷卻水，經(jīng)冷卻泵加壓后送入冷水機(jī)組，帶走冷凝器的熱量后，溫度便升高了，然后被送到冷卻塔上進(jìn)行噴淋，由于冷卻塔風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，使冷卻水在噴淋下落過(guò)程中，不斷與室外空氣發(fā)生熱濕交換而冷卻，冷卻后的水落入冷卻塔積水盤(pán)中，然后再次被冷卻泵加壓后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

風(fēng)機(jī)盤(pán)管式系統(tǒng) 風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組由風(fēng)機(jī)、盤(pán)管和過(guò)濾器組成，它作為空調(diào)系統(tǒng)的末端裝置，分散地裝設(shè)在各個(gè)空調(diào)房間內(nèi)，可獨(dú)立地對(duì)空氣進(jìn)行處理，而空氣處理所需的冷熱水則由空調(diào)機(jī)房集中制備，通過(guò)供水系統(tǒng)提供給各個(gè)風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組。

冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng) 將制冷機(jī)組中升溫后循環(huán)來(lái)的冷卻水進(jìn)行冷卻

2.2制冷系統(tǒng)能耗的數(shù)學(xué)模型

中央空調(diào)制冷系統(tǒng)運(yùn)行能耗的方程式可表示為：

3.研究意義

“節(jié)能就是應(yīng)用技術(shù)上現(xiàn)實(shí)可靠、經(jīng)濟(jì)上可行合理、環(huán)境和社會(huì)都可以接受的方法，有效地利用能源，提高用能設(shè)備或工藝的能量利用效率。建筑節(jié)能可促進(jìn)能源資源節(jié)約和合理使用，這不僅減輕了資源消耗的負(fù)擔(dān)，還有利于各式經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是貫徹了科學(xué)發(fā)展觀的重要舉措。

4.結(jié)束語(yǔ)

本篇論文總共討論了中央空調(diào)節(jié)能策略的多種方式，有設(shè)計(jì)層面的管道安裝選材，有系統(tǒng)機(jī)制的蓄冰空調(diào)，也有控制策略層面的數(shù)學(xué)模型。較遺憾的是沒(méi)有去收集數(shù)據(jù)并進(jìn)一步嘗試自己代入數(shù)據(jù)得到運(yùn)行層面的最優(yōu)解。

參考文獻(xiàn)

[1]侯志堅(jiān)， 連之偉， 蔡志軍，等. 某大型空調(diào)系統(tǒng)能耗分析[J]. 建筑節(jié)能， 2007， 035（004）：43-45.

[2]喻文浩， 吳笛， 徐斌斌. 某高校圖書(shū)館水系統(tǒng)中央空調(diào)節(jié)能改造與數(shù)據(jù)分析[J]. 建筑節(jié)能， 2018， 46（12）：122-125.

[3]袁堂欽.中央空調(diào)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與節(jié)能分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2020（01）：78-79+97.

[4]葉成杰. 中央空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及節(jié)能分析[J]. 應(yīng)用能源技術(shù)， 2019（8）.

{5]郭朝輝，石佳磊，牛思佳.中央空調(diào)制冷系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化模型及實(shí)例分析[J].粉煤灰綜合利用，2020，34（01）：104-108.

[6]王蕊， 任慶昌. 建立冷水機(jī)組能耗模型幾種方法的比較與分析[J]. 現(xiàn)代建筑電氣， 2017（01）：12-16.

[7]潘雨順. 中央空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行最佳”節(jié)能”技術(shù)研究[J]. 四川制冷， 1997， 000（004）：1-7.

項(xiàng)目信息：河海大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目“大學(xué)圖書(shū)館中央空調(diào)的用電建模仿真與優(yōu)化”成果（2019102941127）

作者簡(jiǎn)介：劉文戈（1999.10--），男，漢族，湖北黃岡人，河海大學(xué)本科在讀，研究方向?yàn)殡姎夤こ碳捌渥詣?dòng)化。