中央空调水系统的优化控制

(整期优先)网络出版时间:2023-10-26
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中央空调水系统的优化控制

杨文惠

中通服中睿科技有限公司 广东省广州市 510510

摘要:近年来,我国的建筑行业有了很大进展,在建筑工程中,中央空调的应用十分广泛。空调已逐渐成为建筑中必不可少的设备,空调能耗占建筑总能耗的比例也在逐渐上升。而空调水系统作为空调系统的主要能耗系统,其节能优化研究对建筑节能减排具有重要意义。本文就中央空调水系统的优化控制措施进行研究,以供参考。

关键词:空调水系统;并联水泵;水泵选型;输送能效效率

引言

空调水系统水力平衡是指空调系统实际运行时,空调末端用户实际得到的水流量与抵消负荷所需的水流量相等。良好的空调水系统水力平衡可以有效地保证空调末端用户的实际流量需求,以更为合理的系统能耗保证室内效果的实现。

1空调水系统能耗建模

模型的选择直接影响到系统分析和执行的可行性。现有的模型主要是针对部件或子循环的模型,如泵风机模型、冷却塔模型、冷却盘管模型等。然而对于空调系统这种非线性、强耦合的系统来说,某个参数的设置会对多个设备能耗产生不同的影响。

2中央空调水系统的优化控制

2.1基于神经网络模型的空调水系统参数优化控制

对于空调能耗优化控制,传统的方法是建立各能耗设备的模型,对每个模型有关参数进行优化。然而,对空调水系统而言,设备之间存在一定参数耦合现象,某个参数值的设定会对多个设备能耗产生不同的影响。为找到满足一定负荷要求,能耗最低状态下有关参数的设定值。本文从整体角度,对影响空调水系统能耗的因素进行分析,对水泵的措施进行研究。

2.2水泵采用变频控制

在空调系统中,水泵输送系统是其中的关键组成部分。目前,空调水系统逐渐加强了对水泵变频调速节能技术的应用,并联水泵节能优化群控也是空调水系统中应用研究的重要技术,有效促进了空调水系统的发展。从实际应用情况看,在空调水系统中采用并联水泵,对并联水泵进行节能群控,可以有效降低空调水系统的能耗。具体的应用中,还需根据流量比、扬程比及转速比之间的数学关系进行计算,以更好的对并联水泵流量进行调节,进而实现最小能耗的应用目标。通过对相应曲线图进行分析,水泵变速调节流量比与转速比,可以按照水泵相似定理进行计算,相应的流量比与转速比之间所呈现的是正比关系,但这一计算在实际应用中的效果还需进行深入的研究,收集用户各工况的各种参数,也需要投入不少的控制系统费用。

2.3关于水泵运行超载问题

结合空调系统整体设计要求,选择合适的水泵类型及有效的逻辑搭配方式,也可以有效减少超载运行或者流量不足情况的发生,通过对两台大小水泵并联一对一搭配进行分析,两种不同类型的水泵组合方式在运行中空调系统部分负荷运行状态下,通过对相应变化情况进行分析,部分负荷情况下,水泵运行台数在减少后,相应水泵运行流量与主机额定流量之间并不会出现较大的偏差。因此,空调系统设计采用多台水泵并联模式时,通过对水泵组合及相应逻辑控制,可以不增加额外投资的情况下有效降低水泵的输送效率。

2.4水泵运行按大小泵组合逻辑启停

空调系统循环水泵采用大小搭配的方案;水泵搭配形式为一大一小,在系统全负荷小于30%时开启一台小水泵;系统全负荷大于30~60%时段开启一台大水泵;系统全负荷大于60%时开启一大一小两台水泵;该搭配方式相对于其他搭配方式而言可确保水泵尽量运行在高效区;水泵变频运行,看似节能,实际只是电机负载节能了,在低频工况下很难保证水泵高效运行,系统不一定节能。系统择机逻辑全部基于空调集中控制系统策略,投入造价相对比较低。各工况水泵运转效率占机房总用电容量均能保持在20~24%之间。

2.5管道固定支架施工选型分析

建筑工程暖通空调水系统的安装最为重要的承重结构为管道固定支架,为了保证暖通空调水管道的安全可靠运行,管道固定支架的材料尺寸、强度和变形均应满足管道的重力、水压、推力、稳定性和变形要求、也应满足支架安装空间和管道检修预留空间要求。在施工过程中可以针对不同直径的水管对三角固定支架的型号进行选取,并对配套的连接件进行严格检查,避免由于加工或者安装不符合要求导致安装质量问题。三角固定支架安装完成后,对焊接构件进行检查、清理表面的污渍、锈斑等,避免焊渣、气孔、裂纹等问题影响三角固定支架的耐久性,最后对三角固定进行油漆涂刷,做好防护工作。

2.6管道施工应力控制技术

在空调水系统管道安装中,管道的应力水平直接关系到安装质量,为此,考虑管道水平弯头角度和温度对建筑工程暖通管道的应力影响,选取了15种不同的水平弯头角度,弯头角度的变化范围从15°~145°不等,角度增量为10°,同时考虑3种不同的施工温度工况影响,施工温度分别为35℃、25℃和15℃。管道的直径为273.1mm,管道壁厚为12.7mm,管道材质为A53GrandB,管道工作压力为2MPa,管道的腐蚀裕量为1.7mm。不同温度施工工况下,建筑暖通管道的一次应力最大应力比率均随着管道水平弯头角度的增加而呈线性降低;随着施工温度的增加,管道一次应力最大应力比率不断增加,且在弯曲角度增大的同时,施工温度越大,其线性下降的斜率有减小的趋势。不同温度施工工况下,建筑暖通管道的二次应力最大应力比率均随着管道水平弯头角度的增加而呈非线性降低,表现为幂函数降低的规律。在水平弯头角度小于25°时,二次应力最大应力比率下降幅度剧烈;而在水平弯头角度大于25°时,二次应力最大应力比率下降幅度较小且趋于收敛稳定。随着施工温度的增加,管道二次应力最大应力比率不断增加,但增加幅度较小。由此表明,暖通管道水平弯曲角度和施工温度对管道的一次应力影响显著,水平弯曲角度对管道的二次应力影响显著,而施工温度对管道的二次应力影响较小。

3展望

(1)本文只着重考虑了历史负荷数据对预测负荷的影响,在以后的研究中,应更多的加入其它影响负荷的因素,提高负荷预测精度。(2)在空调水系统能耗建模中,因数据原因,本文未考虑冷却塔风机能耗。同时,本文选择的空调水系统结构比较简单,未涉及多设备启停控制。在以后的研究中,可以把设备启停台数作为能耗预测和优化控制的参数,同时考虑将机器学习与在线自适应相结合,更新模型参数或利用实时运行数据在线修改模型。(3)在优化算法选择上,本文只运用了单一的优化算法或其改进算法,未来会考虑融合多种优化算法的优点,使用混合优化算法进行优化控制研究。

结语

综上所述,经济的快速发展使得人们对于高品质建筑生活更高的追求和向往,然而建筑物节能减排也一直是国家“双碳”政策的关注重点。空调系统是建筑物能源的最大消费者,因此有必要对空调系统进行优化研究,使得空调系统在满足人们生活需求的条件下达到最大程度的节能。空调水系统水泵流量调节中,流量与能耗分析计算过程中,不能盲目采用相似原理,还需结合实际情况科学计算。

参考文献

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