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中央空调节能系统

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XXXX学院 中央空调节能改造方案


一.概述

本项目的中央空调主要设备如下表:


二.能耗分析


1. 冷却塔效率低

冷却塔是中央空调的重要组成部分,制冷时,中央空调从室内吸收的热量最终依靠冷却塔发散到大气中,从而完成制冷工况。
普通冷却塔冷却效率低的问题非常普遍,在本项目中,冷却塔效率低具体表现为冷却塔的冷却水出水温度高,冷却水进出水温差小。
冷却水出水温度高,导致主机制造相同冷量的耗汽量增加,冷却水进出水温差小,导致冷却水流量需求大,冷却泵能耗高。
据观察,冷却塔群存在显著的冷却水分布不均现象,是造成冷却塔效率低的主要原因。
          
2. 冷却泵效率低
本项目中,冷却泵工频运行,由于冷却塔的冷却效果不佳,主机的冷却水流量需求大,造成水泵能耗高。
冷却塔采用手动调节,希望实现水量的均匀分布,所以冷却塔的阀门开度小,造成循环管路阻力大,水泵的部分能耗用来克服人为增加的阻力,造成水泵能耗高。

3.   冷温泵效率低
根据冷温水的运行方式,本项目中存在较严重的主机与末端冷温水流量不平衡的问题,而且冷温泵工频运行,造成冷温泵的能耗高。

 

 三.改造措施

3.1冷却塔改造

将普通冷却塔升级成智能型变流量冷却塔。


                                        天纳改造后冷却塔的填料使用情况


      变流量冷却塔,是指冷却水的流量在30~100%变化时,都能在冷却塔中均匀分布,塔群的每张填料都能得到利用。

      智能型变流量冷却塔,指另外加上对风机的联合变频控制,使冷却塔以最低的能耗,提供最理想的冷却效果。 

 

1. 水力稳压器

实现各布水盘间均匀布水的设备。



上图是传统设计中针对布水盘间分水不均问题的解决办法。通过在布水盘的进水管道上安装恒流阀和电动阀,调节每根管道的流量,从而实现均水目的。事实证明,这种方法并不可行。



上图是天纳对这一问题的解决办法,即在进水管道上安装水力稳压器。



上图是水力稳压器的原理图。它利用U型管原理,在冷却水流量30~100%变化时,实现布水盘间的均匀分水。它构造简洁,不耗能,不易损,可以自动、实时、快速的进行调节。



                                                   水力稳压器安装实例图


2. 变流量喷嘴
实现布水盘内均匀布水的设备。

 



3、  冷却塔能效控制柜

a)     冷却塔的控制,理论上可以通过综合一系列参数来实现,下图是影响控制的一些参数作用效果示例。


              在冷却塔风量保持不变的情况下,冷却塔进水温度、流量上升,大气湿度、温度、气压上升都会导致冷却塔出水温度上升。理论上,获得这些运行数据后,根据之间的量化关系,即可调节冷却塔的运行,但实际操作中,获得其中的部分数据有一定困难,其检测设备投资大,关系复杂,再加上采用变频后风量会随时改变,所以这种方法不可行。

b) 天纳采用风机联合高效控制技术和近湿球温度控制技术

 


      上图是冷却塔风机功率百分比和风量百分比随风机频率变化的曲线图。由图看出,风机功率百分比随频率上升而增大,同时风量百分比也增大,但两者不是线性关系。在频率为25Hz~42Hz时,冷却塔电机耗电量在13%~51%,这时风量可达到55%~86%,

该区间的平均电风比例为1:2.218。

     该区间两侧的平均电、风比均比此值低。由此得出:频率25Hz~42Hz的区间是冷却塔风机的高效区。

      所以,在满足冷机需求的前提下,使冷却塔风机运行在高效区内,可实现节能目的。



      近湿球温度控制技术,采用图形分辨技术分别分辨机组加载、布水量变化、室外温度变化、湿球变化、大气压变化,尽量使冷却塔的出水温度接近湿球温度。

      上图是冷却塔风量和出水温度变化的曲线。随着冷却塔风量的上升,冷却塔出水温度下降。在达到一定风量后,即使继续增大风量,出水温度也几乎不再变化。理论上出水温度始终不会低于环境的湿球温度。系统据此找到冷却塔风机的运行频率点。通过对塔群的控制,将风机运行频率自动锁定在风机高效区间内,实现节能目的。

c)     联合变频效果

下面是三台冷却塔运行的一个实例,显示联合变频技术产生的节能效果。

方法1:3台开启2台,另1台旁通,功率=2P0,出水温度31℃;


单台冷却塔的流量过大,冷却效果下降,造成冷却塔的出水温度较高。

 方法3:3台全开,联合变频控制,功率=1.5P0 ,出水温度29℃。


在不采用冷却塔联合变频控制的情况下,消耗的功率是开启台数的倍数关系,冷却塔的整体利用率低,冷却水出水温度较高。

在联合变频工况下,开启了3台冷却塔,额定功率只为1.5倍单台塔额定功率,而出水温度降低到29度,比不采用联合变频技术工况下的出水温度降低1~2℃。  


3.2 冷却泵控制

      天纳的冷却泵能效控制,基于智能型变流量冷却塔优异的冷却能力,以主机冷凝器的安全流量为基数,通过建立科学的冷凝模型,调节冷却水流量满足主机的冷凝要求,降低冷却泵的能耗,同时减少主机的能耗。

     本项目对必要使用的2台冷却泵按装天纳冷却水能效控制柜(CW)进行自动控制,确保主机流量需求,并且实时跟踪机组因负荷变化造成的加载、减载与最佳冷凝温度,再参考冷却塔的实际冷却效果和能力,调整冷却水循环系统,使其扬程、流量达到最佳匹配状态,保持冷却水系统时刻处在最佳输送系数范围内。




3.3 冷温泵控制
    天纳冷温水调节方法

 

 

    控制器通过温度模块,温度传感器,压力传感器等,将主机的回水温度、压力和出水温度、压力,读入控制器内存,计算出温差值和流量信息;然后根据主机的回水与出水的温差值来控制调速器的转速,调节出水的流量,控制热交换的速度;温差大,说明系统负荷大,应提高冷温泵的转速,加快冷温水的循环速度和流量,加快热交换的速度;反之,温差小,则说明系统负荷小,可降低冷温泵的转速,减缓冷温水的循环速度和流量,减缓热交换的速度。并且,采用专有的控制技术,实现系统在各种工况和环境下自动地适应运行,自动建立不断修正达到最佳运行的曲线,在不降低空调效果的前提下,实现最大化的节能.


安装天纳冷温水能效控制柜

天纳冷温水能效控制柜确保主机冷温水流量需求,结合实际负荷与主机运行工作需求,调整冷冻水循环系统,使其扬程、流量达到最佳匹配状态,保持冷温水系统在最佳输送系数范围内运行.


 







3.4主机控制

   较低的冷却水温度实现的节能 

 

 

 

 

  

 

A是主机制冷的基本工作流程:
主机的制冷工作,并不是“制造冷量”,而是“转移热量”,即将室内的热量转移到室外,从而降低室内的温度。
无论是电制冷主机还是吸收式主机,都是通过制冷剂汽化和液化的不过转换,将蒸发器的热量转移到冷凝器。它表现为:
蒸发器保持在一个相对较低的温度,冷凝器保持在一个相对较高的温度。主机的能耗可以理解成制冷剂温度变化所需要的能耗,或者是将制冷剂的温度从较低的蒸发器的温度加热到较高的冷凝器的温度的能耗。
B:是主机标准工况下的情况,冷凝端32℃,蒸发端7℃,温差25℃。
C:是主机冷冻水出水温度不变,冷却水进水温度降低时的情况。由于较低温度冷却水的影响,冷凝端的温度从32℃下降为30℃,蒸发端仍是7℃,冷凝端和蒸发端之间的温差23℃。
制冷剂温差较“B”情况少2℃,主机实现8%的节能。
D:是主机冷却水进水温度不变,调高冷冻水出水温度的情况。冷凝端32℃,蒸发端的温度从7℃上升到9℃,冷凝端和蒸发端之间的温差为23℃。
制冷剂温差较“B”情况少2℃,主机实现8%的节能。但是,主机冷冻水的出水温度上升,对末端效果造成不利影响。
综上所述,降低主机冷却水进水温度和调高主机冷冻水出水温度,都可以减少制冷剂在冷凝端和蒸发端之间的温差,从而减少主机的能耗,但是,调高主机冷冻水出水温度会影响到末端的空调效果。
天纳技术,在减少冷却系统能耗的前提下,降低了主机的冷却水进水温度,从而实现主机的节能。

3.5 主机制热控制
天纳热源控制是以热源控制模块为核心的热源控制系统,通过热源控制系统可以方便的对制热系统进行集中控制。热源控制系统通过对热源的温度、压力、热水管道温度、压力等各种实时数据的采集和分析,对锅炉采取自动控制策略,自动调整锅炉的启动、停止和开启台数,同时调整锅炉的热水出水温度,保证锅炉工作在一个高效的制热负荷区间,避免锅炉长时间运行在低负荷、低效率区间。自动运行过程中,通过检测锅炉的进出水压差与温差,使各自的流量供需保持在高效安全运行的范围内,确保锅炉安全、高效运行。

 

3.6 水力平衡控制

 

 

通过测量总管道T0与各支管道回水温度T1,T2,T3的温差,分析1、2、3支管道的负荷区别;通过测量各支管道的出水压力P1,P2,P3与回水总管道的压力P0的压差,分析1、2、3支管道的流量情况。通过对1、2、3管道上的阀门调节,控制各支管道上的流量。最终实现每个支管道按需得到流量,为对应的末端区域提供合适的空调效果。
天纳水力平衡技术的核心是“保持合适温差,对流量进行调节”。以提高末端效果为主要目的,实现一定程度的节能。

3.7 终端监控平台
WISDOM平台,是天纳为自身的节能系统研发的一个软件,是中央空调一站式的监、控、记录平台。将中央空调的运行带入了数字化时代。
 

 

 

 

 

 

它的主要功能包括:
1. 一键式启停 —— 确保系统的安全启停,简化操作流程。
2. 自动运行时间控制 —— 定时启停。
3. 负荷时段控制 —— 设定不同时段,系统运行在不同强度,并且可以根据实时负荷,自动调整运行强度。
4. 实时数据 —— 主要是各类设备的相关运行参数和功率情况。
5. 历史曲线—— 系统运行的历史信息,包括干球温度,湿球温度,主机进出水温度等历史数据。可根据要求调节显示范围,并且可以生成EXCEL表另外保存。
6. 电源数据——各个设备用电状况的详细信息。
7. 参数设置——设置设备的运行参数。可以设定基本参数,也可设置高级参数。
8. 故障报警——设备运行故障、通讯故障等,分类详细提醒,方便维修。
使用WISDOM平台,可以显著提高中央空调系统的管理效率,从管理角度降低中央空调的运营费用:
1. 智能化功能,可以在无人值守的情况下,自动进行中央空调的节能运行;
2. 高级参数设置功能,可以充分发挥操作人员的专业水平,进行更精细化的节能操作;
3. 详细的数据监测和记录功能,为提高管理效率提供了可靠的数据支持。

 

四.节能效益

 

4.1 改造前能耗



4.2改造后能耗


4.3改造前后能耗比较


                                              改造后,年节约费用116万元。


五.改造投资

 

 

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