智能化中央空調(diào)節(jié)能的措施與原理

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　摘要：以我校將要建設(shè)的小型智能化中央空調(diào)實(shí)驗(yàn)室工程為例，探討此類建筑的節(jié)能措施與其原理，比較了幾種常用的熱回收設(shè)備的性能，指出了目前空調(diào)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的嚴(yán)重脫節(jié)，說明中央空調(diào)節(jié)能的措施及重大意義。

　　關(guān)鍵詞：智能化 中央空調(diào) 節(jié)能 措施 原理

　　1. 智能化中央空調(diào)節(jié)能意義

　　重大空氣調(diào)節(jié)是智能建筑創(chuàng)造舒適高效的工作和生活環(huán)境所不可或缺的重要環(huán)節(jié)。在智能建筑中，HVAC各系統(tǒng)的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量常常占全樓監(jiān)控點(diǎn)總數(shù)的50%以上；HVAC各系統(tǒng)的耗電量常常占全樓總耗電量的50%以上。由此可見，HVAC各系統(tǒng)在智能建筑的一次投資和運(yùn)行費(fèi)用中占有極其重要的位置。在不少建筑物中，或在建筑物的建設(shè)階段，BMS（樓宇管理系統(tǒng)）本身常常是整個(gè)智能化樓宇管理系統(tǒng)（IBMS）的主導(dǎo)成分，而HVAC各系統(tǒng)的控制部分又是BAS或BMS系統(tǒng)的主導(dǎo)成分；對(duì)于這類建筑，HVAC控制系統(tǒng)的位置就更是舉足輕重。在智能建筑中實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)能，特別是耗電耗能大戶──空調(diào)實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)能，本應(yīng)是業(yè)主投資計(jì)算機(jī)控制（亦即使建筑具有“智能化”）所能期待的主要回報(bào)內(nèi)容之一；然而目前國內(nèi)在智能建筑的建設(shè)中，真正能做到這一點(diǎn)的是鳳毛麟角。也就是說，只有極少數(shù)智能建筑（屈指可數(shù)?。?shí)現(xiàn)了節(jié)電節(jié)能，大多數(shù)智能建筑并沒有實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)能這一理應(yīng)實(shí)現(xiàn)的回報(bào)?，F(xiàn)在我們就從本文以小見大來探討一下智能化中空調(diào)之節(jié)能。

　　1.1 空調(diào)及其控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況遠(yuǎn)不理想

　　據(jù)調(diào)查所得：用戶對(duì)樓宇自控系統(tǒng)運(yùn)行情況的評(píng)價(jià)是：滿意的僅占30%，一般的占40%，差的竟占到30%.在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：除少數(shù)建筑物技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行良好外，普遍存在著各種各樣的問題：有的技術(shù)不先進(jìn)，有的在運(yùn)行中存在嚴(yán)重缺陷，有的根本不能開通。經(jīng)投入巨資設(shè)計(jì)安裝的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，如果根本不能開通，或者在運(yùn)行一段時(shí) 間后由于這樣那樣的故障而被拆除，這不能不說是一種嚴(yán)重的教訓(xùn)，有關(guān)各方都應(yīng)正視問題、認(rèn)真分析原因并采取切實(shí)有效的措施，避免重復(fù)發(fā)生。應(yīng)該指出，空調(diào)及其控制系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)問題并非我們國家所獨(dú)有。一位英國專家，Building Energy Management Systems（建筑能量管理系統(tǒng)）一書的作者，G.J.Levermore在他著作的前言中寫到：“我確實(shí)經(jīng)常詢問設(shè)計(jì)人員、用戶和學(xué)生們，他們是否知道任何建筑物在調(diào)試后運(yùn)行良好，然而回答是極為稀少。我希望我的書會(huì)幫助減輕此類問題。”在我國的智能建筑中，由于發(fā)展極為迅速，而市場管理和技術(shù)管理等方面又存在著一定程度的混亂，因此所暴露出來的問題就更廣、更深、更嚴(yán)重一些。

　　1.2 空調(diào)自控設(shè)計(jì)與空調(diào)設(shè)計(jì)嚴(yán)重脫節(jié)

　　在智能中央空調(diào)中，其自控系統(tǒng)的工程實(shí)施，目前大體上經(jīng)過下列工程步驟：由土建設(shè)計(jì)院的暖通空調(diào)專業(yè)人員進(jìn)行空調(diào)設(shè)計(jì)，并提出空調(diào)自控要求，有設(shè)計(jì)院自控專業(yè)人員進(jìn)行空調(diào)自控設(shè)計(jì)，由自控設(shè)備廠商進(jìn)行控制部分的方案設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)，并由自控設(shè)備廠商進(jìn)行控制部分的安裝調(diào)試，然后移交給物業(yè)管理部門進(jìn)行運(yùn)行管理。在上述的工程環(huán)節(jié)中，需涉及的單位包括括設(shè)計(jì)院，土建施工單位，設(shè)備安裝單位，自控廠商等，當(dāng)然還有起決定和控制作用的業(yè)主。這其中本應(yīng)形成密切配合，一環(huán)扣一環(huán)的，平滑運(yùn)轉(zhuǎn)的鏈條，然而，實(shí)踐證明：其中各個(gè)重要環(huán)節(jié)常常嚴(yán)重脫節(jié)，遺留后患，并給樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行和節(jié)能效果帶來嚴(yán)重問題。脫節(jié)現(xiàn)象常常表現(xiàn)為：

　　（1）設(shè)計(jì)院暖通空調(diào)專業(yè)人員對(duì)自控專業(yè)提的要求往往深度不夠；

　?。?）設(shè)備安裝單位的設(shè)備安裝工作未按規(guī)程進(jìn)行，在安裝完畢之后對(duì)各個(gè)風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)并未進(jìn)行認(rèn)真的測試和平衡；

　　（3）自控設(shè)備供應(yīng)廠商，在競標(biāo)時(shí)，往往“什么工作都能做”；但在工程實(shí)施時(shí)，或者缺乏必要的專業(yè)人才，或者工程人員比例嚴(yán)重不足，因而無力針對(duì)具體工程進(jìn)行具體分析，常常憑借一些“copy”來的東西甚至未經(jīng)消化來應(yīng)付工程。自控設(shè)備廠商的調(diào)試工作也普遍不到位：比如針對(duì)建筑物特性和具體管網(wǎng)特征的一些參數(shù)選擇粗糙，夏季、冬季和過度季節(jié)等不同空調(diào)工況普遍未進(jìn)行足夠調(diào)試等等。

　　1.3 設(shè)計(jì)體制有待調(diào)整

　　暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，特別是暖通空調(diào)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是建立在系統(tǒng)日常運(yùn)行的基礎(chǔ)上的，也就是說，本質(zhì)上是一種非穩(wěn)態(tài)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)要求動(dòng)態(tài)分析資料，而暖通空調(diào)設(shè)計(jì)提供的是有限的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)──這大約是當(dāng)前智能建筑建設(shè)中，暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與暖通空調(diào)系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)重脫節(jié)的重要原因。

　　2.中央空調(diào)系統(tǒng)大致構(gòu)成中央空調(diào)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

　　2.1 冷凍主機(jī)與冷卻水塔

　　a、冷凍主機(jī)

　　冷凍主機(jī)也叫致冷裝置，是中央空調(diào)的“致冷源”，通往各個(gè)區(qū)間的循環(huán)水由冷凍主機(jī)進(jìn)行“內(nèi)部熱交換”，降溫為“冷凍水”。

　　近年來，冷凍主機(jī)也有采用變頻調(diào)速的，是由生產(chǎn)廠原配的，不必再改造。未采用變頻調(diào)速的冷凍主機(jī)，改造為變頻變速的例子還不多。

　　b、冷卻水塔

　　冷凍主機(jī)在致冷過程中，必然會(huì)釋放熱量，使機(jī)組發(fā)熱。冷卻水塔用于為冷凍主機(jī)提供“冷卻水”。冷卻水在盤旋流過冷凍主機(jī)后，將帶走冷凍主機(jī)所產(chǎn)生的熱量，使冷凍主機(jī)降溫。

　　2.2 “外部熱交換”系統(tǒng)的組成

　　a.冷凍水循環(huán)系統(tǒng)

　　由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍主機(jī)流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過各房間的盤管，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。同時(shí)，房間內(nèi)的熱量被冷凍水吸收，使冷凍水的溫度升高。溫度升高了的循環(huán)水經(jīng)冷凍主機(jī)后又成為冷凍水，如此循環(huán)不已。

　　從冷凍主機(jī)流出，進(jìn)入房間的冷凍水簡稱為“出水”，流經(jīng)所有房間后回到冷凍主機(jī)的冷凍水簡稱為“回水”。無疑回水的溫度將高于出水的溫度形成溫差。

　　b.冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

　　冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍主機(jī)在進(jìn)行熱交換、使水溫冷卻的同時(shí)，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再將降溫了的冷卻水，送回到冷凍機(jī)組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍主機(jī)釋放的熱量。

　　流進(jìn)冷凍主機(jī)的冷卻水簡稱為“進(jìn)水”，從冷凍主機(jī)流回冷卻塔的冷卻水簡稱為“回水”。同樣，回水的溫度將高于進(jìn)水的溫度形成溫差。

　　c.冷卻風(fēng)機(jī)有兩種情況：

　　盤管風(fēng)機(jī)安裝于所有需要降溫的房間內(nèi)，用于將由冷凍水管冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內(nèi)的熱交換。

　　冷卻塔風(fēng)機(jī)用于降低卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發(fā)到大氣中去。

　　可以看出，中央空調(diào)系統(tǒng)的工作過程是一個(gè)不斷地進(jìn)行熱交換的能量轉(zhuǎn)換過程。在這里，冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。因此，對(duì)冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制便是中央空調(diào)控制系統(tǒng)的重要組成部分。

　　我們本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中小型智能化中央空調(diào)也大體與此相一致，其中有兩套中央空調(diào)系統(tǒng)，由三臺(tái)冷卻水泵、三臺(tái)冷凍水泵、兩臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)冷水機(jī)組等主要設(shè)備組成兩套制冷系統(tǒng)，其中冷水機(jī)組是由設(shè)備生產(chǎn)廠成套供應(yīng)的。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室要求，我們選擇了2*5匹全封閉式壓縮機(jī)冷水機(jī)組。它一般是根據(jù)空氣調(diào)節(jié)原理及規(guī)律等由微處理器自動(dòng)控制。冷水機(jī)組由壓縮機(jī)、冷凝器與蒸發(fā)器組成。壓縮機(jī)把制冷劑壓縮，壓縮后的制冷劑進(jìn)入冷凝器，被冷卻水冷卻后，變成液體，析出的熱量由冷卻水帶走，并在冷卻塔里排入大氣。液體制冷劑由冷凝器進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收熱量，使冷凍水降溫，然后冷凍水進(jìn)入冷風(fēng)機(jī)盤管吸收空氣中的熱量。