HVAC的節(jié)能性、可測(cè)性

上海申弘閥門有限公司

1 前言

在公共建筑的全年能耗中，大約有50%~60%消耗于采暖通風(fēng)與空調(diào)（含冷熱源）系統(tǒng)，且其節(jié)能潛力很大。建設(shè)節(jié)約型社會(huì)理念，促使采暖、通風(fēng)與空調(diào)（HVAC）節(jié)能應(yīng)用技術(shù)發(fā)展與實(shí)現(xiàn)。由于HVAC工程師與樓控(BA)工程師密切合作，HVAC控制已獲得了成功的范例。但是，HVAC工藝設(shè)計(jì)缺少可測(cè)性，可控性和節(jié)能性的實(shí)例仍然存在，這時(shí)，無論在自控系統(tǒng)進(jìn)行怎樣的投資，也無法實(shí)現(xiàn)HVAC的節(jié)能控制。多年來的的實(shí)際工程，使我們有以下幾點(diǎn)體會(huì)：

• HVAC的節(jié)能性是節(jié)能控制的前提條件。
• HVAC節(jié)能設(shè)備的運(yùn)行管理，必須依靠自動(dòng)控制。
• HVAC要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，必須具備可測(cè)性、可控性。

2  HVAC節(jié)能性是節(jié)能控制的前提，自控是節(jié)能運(yùn)行的必然

以下簡(jiǎn)單回顧HVAC節(jié)能裝置及其控制，說明自身節(jié)能性對(duì)節(jié)能的重要性，而自控是節(jié)能運(yùn)行的必要條件。

•  節(jié)能冷、熱源系統(tǒng)及其自控的必要性

2.1.1 熱、冷、電聯(lián)產(chǎn)（CCHP）

CCHP是一種建立在能量的梯級(jí)利用概念的基礎(chǔ)上，將制冷、供熱及發(fā)電過程一體化

的多聯(lián)產(chǎn)總能系統(tǒng)?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中指出“具有熱電廠的地區(qū)，宜推廣利用電廠余熱的供熱、供冷技術(shù)”。

(1) *性

新型能源生產(chǎn)、供應(yīng)系統(tǒng)，其能源利用效率高；用戶無污染；可緩解電力供需矛盾；

運(yùn)行費(fèi)用低，多增加的投資4年內(nèi)償還。

(2) 必須進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、控制與管理，如溫度、壓力、流量的監(jiān)測(cè)與控(3)實(shí)例西安西郊熱電廠中間抽汽――西安西開發(fā)區(qū)換熱站     蒸汽供吸收式制冷機(jī)

                                                  如新材料園、開發(fā)區(qū)創(chuàng)業(yè)中心

                                汽-水換熱器熱水供小區(qū)采暖

2.1.2 冰蓄冷

冰蓄冷系統(tǒng)是在電力負(fù)荷低谷期（夜間），用機(jī)械壓縮式制冷機(jī)制冰，將冷量以冰的形

式貯存起來。在電力負(fù)荷高峰期，用融冰將冷量釋放出來，實(shí)現(xiàn)移峰填谷，，以滿足空調(diào)負(fù)荷需要。

(1) *性

減少業(yè)主運(yùn)行費(fèi)用（低谷電價(jià)低）；實(shí)現(xiàn)國(guó)家電網(wǎng)移峰填谷，平衡電網(wǎng)負(fù)荷。

(2) 應(yīng)用條件

一般，在設(shè)計(jì)日蓄冰供冷>空調(diào)負(fù)荷的40%；電力峰谷差價(jià)>2；使用雙工況壓縮式制冷機(jī)。

(3) 應(yīng)用實(shí)例

西北電力調(diào)度通信樓冷站等工程（西安）。

(4) 監(jiān)測(cè)控制

由于冰蓄冷系統(tǒng)與常規(guī)制冷系統(tǒng)在監(jiān)控與管理方面不一致，其監(jiān)控與管理更為復(fù)雜。例如，以西北電力為例，23:00～7:00為主機(jī)單制冰（兩臺(tái)主機(jī)）應(yīng)按負(fù)荷預(yù)測(cè)決定制冰量；7:00～17:00為主機(jī)與融冰聯(lián)合制冷；應(yīng)按實(shí)際冷負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)融冰和主機(jī)供冷的比例，盡可能地把蓄冰在當(dāng)日用光。上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。為此，需要控制多達(dá)12個(gè)電動(dòng)閥門（電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)蝶閥）、冷機(jī)及附屬裝置（水泵、冷卻塔等）按不同工況進(jìn)行控制。

難點(diǎn)：負(fù)荷預(yù)測(cè)

小插曲：本大樓位于居民區(qū)內(nèi)，冷卻塔（4臺(tái)）設(shè)備在附樓屋頂，夜間蓄冰工況風(fēng)機(jī)噪聲擾民嚴(yán)重。如果冷卻塔設(shè)計(jì)在主樓屋頂則噪聲影響可大大減輕，可見，規(guī)劃、設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，牽扯到方方面面。

2.1.3常規(guī)冷站及其冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制――負(fù)荷隨動(dòng)跟蹤節(jié)能系統(tǒng)

(1) 利用實(shí)測(cè)冷負(fù)荷進(jìn)行冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制

機(jī)械壓縮式制冷機(jī)冷站占應(yīng)用少則數(shù)十千瓦，多則1、2百千瓦，按負(fù)荷需求啟動(dòng)冷機(jī)，可達(dá)到較好的節(jié)能效果。

(2) 應(yīng)用實(shí)例

屬常規(guī)應(yīng)用，很多工程上采用。實(shí)例工程說明：需要采用自動(dòng)控制，控制方面分為兩

種：閉環(huán)自動(dòng)控制；開環(huán)操作指導(dǎo)控制。

(3) 蓄熱系統(tǒng)及其控制

電熱鍋爐蓄熱、太陽(yáng)能蓄熱，故需進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。在西北電力調(diào)度通信樓應(yīng)用電鍋爐。

(4) 空氣源、水源、地源熱泵節(jié)能及其控制

利用可再生的自然能源制冷和制熱。

應(yīng)用實(shí)例：漢陽(yáng)陵地下保護(hù)陳列館（陜西咸陽(yáng)）采用地下水源熱泵冬季供熱，夏季制冷。3口井，夏季從1號(hào)井中抽水供冷機(jī)冷卻水用，然后回灌到2、3號(hào)井，作為冬季蓄熱用；定期1、2、3號(hào)井分別為抽水、回灌井互換使用，井間距50m。井與井間只用一根管連接，井口需要電動(dòng)蝶閥等設(shè)備，按程序開、關(guān)，以滿足井互換使用要求。為此，必須采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)行集中遠(yuǎn)程監(jiān)控，才能完成系統(tǒng)工作。

以上是冷、熱裝置節(jié)能控制。

2.2 輸送系統(tǒng)節(jié)能及其控制的必要性

2.2.1 變風(fēng)量（VAV）輸送系統(tǒng)節(jié)能控制

(1) 應(yīng)用場(chǎng)合

利用負(fù)荷測(cè)量（反映負(fù)荷的風(fēng)管靜壓或反映負(fù)荷的末端閥門開度）自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到節(jié)能，效果明顯?？照{(diào)系統(tǒng)必須按VAV設(shè)計(jì)。

必須采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制技術(shù)，才能達(dá)到節(jié)能運(yùn)行，取得節(jié)能效果。

(2) 應(yīng)用實(shí)例

西北電力調(diào)度通信樓。

2.2.2變水量(VWV)節(jié)能系統(tǒng)及其控制

(1) 應(yīng)用場(chǎng)合

   利用實(shí)測(cè)負(fù)荷控制水泵轉(zhuǎn)速的負(fù)荷隨動(dòng)系統(tǒng)。

應(yīng)用在空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷凍水、冷卻水系統(tǒng)及生活給水的定壓供水系統(tǒng)上。水泵一般都在數(shù)十千瓦，其節(jié)能效果也很顯著。

應(yīng)用在冷站上，冷機(jī)應(yīng)允許冷凍水、冷卻水有一定的變化范圍。例如，遠(yuǎn)大吸收式制冷機(jī)冷凍水流量允許在50％～120％；冷卻水流量在40％～140％之間變化。

低頻率要求：保證供水不利點(diǎn)資用壓頭；蒸發(fā)器、冷凝器低水量要求。當(dāng)冷凍泵保證了蒸發(fā)器低水流量要求時(shí)，可取消壓差旁通。

(2) 應(yīng)用實(shí)例

西安開發(fā)區(qū)創(chuàng)業(yè)中心冷站

2.3 末端裝置節(jié)能及其自控的必要性

2.3.1 變風(fēng)量（VAV）末端裝置的控制

(1) 應(yīng)用場(chǎng)合

采用VAV末端裝置（風(fēng)量調(diào)節(jié)閥、風(fēng)機(jī)、流量測(cè)量及DDC裝置等）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的風(fēng)機(jī)盤管裝置（FCU）調(diào)節(jié)室溫，利用調(diào)節(jié)進(jìn)入房間的風(fēng)量（一次風(fēng)）調(diào)節(jié)室溫。

優(yōu)點(diǎn)：總風(fēng)量按負(fù)荷需求變化，可節(jié)約風(fēng)機(jī)能量；免去冷盤管漏水和滋生細(xì)菌的可能。

(2) 應(yīng)用實(shí)例

西北電力調(diào)度通信樓

(3) 工程中遇到的問題

VAV末端裝置（含DDC）應(yīng)整體設(shè)計(jì)組裝，不允許現(xiàn)場(chǎng)組裝（包括回風(fēng)過濾網(wǎng)都不能隨意更換）。末端DDC的選擇要安全可靠（一般末端DDC掛在現(xiàn)場(chǎng)總線上，經(jīng)區(qū)域控制器接到C總線上），在整體出廠前已調(diào)試好。噪聲控制（特別是串聯(lián)型帶風(fēng)機(jī)型）雖然是HVAC自身的問題，但影響總體效果，應(yīng)關(guān)注。

2.3.2低溫送風(fēng)系統(tǒng)及其控制

(1) 應(yīng)用場(chǎng)合

空調(diào)低溫送風(fēng)可大大減少輸送風(fēng)量，不但風(fēng)管尺寸可以縮小，且使風(fēng)機(jī)輸送功率減小，有利于節(jié)能?？照{(diào)機(jī)組在VAV系統(tǒng)中是調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度恒定，其他監(jiān)控內(nèi)容同一般空調(diào)機(jī)組。

應(yīng)注意，送入的一次風(fēng)（低溫）應(yīng)與回風(fēng)（室內(nèi)）混合后送入房間，以避免冷風(fēng)感。

(2) 應(yīng)用實(shí)例

西北電力調(diào)度通信樓

(3) 室外溫度補(bǔ)償控制――室外溫度隨動(dòng)系統(tǒng)

    應(yīng)用在舒適性空調(diào)的空調(diào)機(jī)組送風(fēng)系統(tǒng)上，維持室溫（或回風(fēng)溫度）恒定。但室溫設(shè)定值隨室外溫度變化而按比例變化，達(dá)到既舒適又節(jié)能的目的。下面是室外溫度補(bǔ)償控制的一例。在夏季室溫設(shè)定值隨室外溫度增加而增加，可減少室內(nèi)外的溫差造成人體的不舒適感；當(dāng)提高1℃設(shè)定值，可節(jié)約8%冷量，其節(jié)能效果可觀。          

                    圖1    新風(fēng)補(bǔ)償特性例

Ks. 夏季補(bǔ)償比，本例為62.5%；Kw. 冬季補(bǔ)償比，本例為10%；

θ1c.室內(nèi)初始給定基準(zhǔn)值，本例為18℃；θ2A.夏季補(bǔ)償起始點(diǎn)，本例為20℃；

θ2c為冬季補(bǔ)償起始值，本例為10℃

將室外溫度傳感器及室內(nèi)溫度傳感器的溫度信號(hào)輸入到DDC，由DDC運(yùn)算后輸出室溫設(shè)定值，DDC控制空調(diào)機(jī)盤管上的電動(dòng)調(diào)節(jié)的開度，改變冷（熱）水量，以恒定室內(nèi)溫度。由此可見，室外溫度補(bǔ)償控制系統(tǒng)，必須依靠自動(dòng)化系統(tǒng)才能完成節(jié)能運(yùn)行。

2.3.3焓差控制

(1) 應(yīng)用場(chǎng)合

充分、合理地利用回風(fēng)能量及新風(fēng)能量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。應(yīng)用在空調(diào)機(jī)組送風(fēng)系統(tǒng)，由于需根據(jù)新、回風(fēng)焓值比較來控制新風(fēng)量與回風(fēng)量的比例，故空調(diào)機(jī)組的新、回、排風(fēng)門都應(yīng)是電動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥。   

(2) 控制

利用溫度和相對(duì)濕度可以測(cè)出空氣的焓值，故需設(shè)置新風(fēng)溫、濕度傳感器，回風(fēng)溫、濕度傳感器，分別測(cè)量新、回風(fēng)的焓值，DDC再進(jìn)行比較兩者焓差，對(duì)新、回、排風(fēng)門進(jìn)行控制。

(3) 夜間凈化（利用自然冷源）

應(yīng)用在由空調(diào)機(jī)組送風(fēng)的商場(chǎng)、會(huì)議室、宴會(huì)廳等大空間場(chǎng)合，在夏季夜間室外新風(fēng)溫度低時(shí)，室內(nèi)采用全部送新風(fēng)運(yùn)行。一方面用新風(fēng)置換室內(nèi)空氣，增加衛(wèi)生條件；一方面使維護(hù)結(jié)構(gòu)，室內(nèi)設(shè)施降溫，減少次日空調(diào)冷負(fù)荷。要求新、回、排風(fēng)門能集中控制，并且一定要有排風(fēng)裝置。此外，還有空調(diào)熱回收裝置的節(jié)能應(yīng)用與控制等。

2.4 建筑設(shè)備容量正確選擇的必要性

HVAC容量是根據(jù)一年中不利的氣象條件選定的。但是，在實(shí)際運(yùn)行中并不是始終處于不利的氣象條件，這就產(chǎn)生了冗余設(shè)計(jì)，這種冗余設(shè)計(jì)是合理的。

我們從2005年8月至今對(duì)西安市10家賓館、寫字樓的HVAC及自控進(jìn)行初步調(diào)研，發(fā)現(xiàn)有過大的不合理冗余設(shè)計(jì)，對(duì)節(jié)能有不同的影響。雖然為我們調(diào)查的范圍不大，不具有代表性，只想將初步調(diào)查的結(jié)果匯報(bào)給大家，僅供參考。

在調(diào)查的十家中有三家冷機(jī)裝機(jī)容量過大，有的安裝兩臺(tái)冷機(jī)，在熱的天氣也只用一臺(tái)就夠了，冷機(jī)單機(jī)容量過大，不能進(jìn)行臺(tái)數(shù)控制，不利節(jié)能。這種配置冷卻泵、冷凍泵也相應(yīng)地會(huì)存在冗余過大的情況。

在十家中有三家冷機(jī)容量合理，但冷卻泵、冷凍泵容量過大。其中一家賓館無論開一臺(tái)冷機(jī)還是兩臺(tái)冷機(jī)，只開一臺(tái)冷卻泵、冷凍泵就可以了?？梢娫谝慌_(tái)冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，泵的能耗就顯得過大了。

在十家中只有四家HVAC采用了自動(dòng)控制，其中還包括模擬儀表控制系統(tǒng)。有三家采用溴化鋰吸收式冷機(jī)，其中一家冷卻泵采用了變水量控制，取得很好的節(jié)能效果。

對(duì)已建成的系統(tǒng)，當(dāng)水泵容量過大時(shí)，建議在滿足冷機(jī)對(duì)水量要求以及滿足不利末端裝置資用壓頭要求前提下，采用變水量控制，以達(dá)節(jié)能要求。

3 建筑設(shè)備的可測(cè)性、可控性是實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制的必要條件

3.1 冷卻水路連接中的問題及改進(jìn)建設(shè)

在進(jìn)行冷機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制時(shí)，同步地對(duì)冷卻泵和冷卻塔臺(tái)數(shù)進(jìn)行控制，以節(jié)約冷卻泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)的電耗。 一般來說，一臺(tái)冷機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)冷卻泵，一臺(tái)冷卻塔。還應(yīng)說明，所謂一臺(tái)冷卻塔，有時(shí)是有兩個(gè)冷卻塔組合而成。為了實(shí)現(xiàn)冷卻塔運(yùn)行臺(tái)數(shù)的控制，需要在冷卻塔進(jìn)、出水管處設(shè)置大孔徑、價(jià)格昂貴的電動(dòng)蝶閥，進(jìn)行通、斷控制。    由于水路的不同連接方式，所需的電動(dòng)蝶閥數(shù)量不同，這會(huì)影響造價(jià)，有的連接方式無法控制，失去可控性。下面舉工程事例加以說明。3.1.1冷卻塔入水口為環(huán)形供水管路    西安某物資管理局冷站為兩臺(tái)冷機(jī)、兩組冷卻塔（1﹟、2﹟），每組冷卻塔有由兩臺(tái)冷卻塔組合而成，冷卻塔監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示，進(jìn)水為環(huán)形供水。為對(duì)應(yīng)冷機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，在進(jìn)水管上需安裝多達(dá)8臺(tái)DN200口徑的電動(dòng)蝶閥，在出水管上需安裝2臺(tái)DN250口徑的電動(dòng)蝶閥，才能完成冷卻塔臺(tái)數(shù)控制，加大了監(jiān)控設(shè)備的造價(jià)。  圖2冷卻塔為環(huán)形供水時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)圖        圖3 冷卻塔并聯(lián)供水監(jiān)控系統(tǒng)圖

     為了減少電動(dòng)蝶閥的數(shù)量，并實(shí)現(xiàn)冷卻塔臺(tái)數(shù)控制，可按圖3所示的管路連接，可有2臺(tái)DN250的電動(dòng)蝶閥代替8臺(tái)DN200的電動(dòng)蝶閥，可減少約10萬余元（按進(jìn)口電動(dòng)蝶閥計(jì)），而且簡(jiǎn)化了控制器的數(shù)字輸出點(diǎn)（DO）,簡(jiǎn)化了控制線路，提高了運(yùn)行的安全性。

3.1.2 三臺(tái)（或多臺(tái)）冷卻塔接水盤連通

西安某發(fā)展中心大廈冷站采用三臺(tái)冷卻塔對(duì)應(yīng)三臺(tái)冷機(jī)，而三臺(tái)冷卻塔的接水盤是連通的，如圖4所示。當(dāng)停止一臺(tái)（二臺(tái)）冷機(jī)時(shí)，需相應(yīng)停止一臺(tái)（或兩臺(tái)）冷卻泵，需相應(yīng)停止一臺(tái)（或二臺(tái)）冷卻塔（即關(guān)閉一臺(tái)或二臺(tái)冷卻塔的進(jìn)水電動(dòng)蝶閥）。但由于各冷卻塔接水盤是連通的，故運(yùn)行的冷卻泵的吸水不僅從運(yùn)行的冷卻塔出口吸水，還從關(guān)閉的冷卻塔吸水，這所謂的“借水現(xiàn)象”。由于各個(gè)冷卻塔補(bǔ)水閥不停地補(bǔ)水，而泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)又減少，進(jìn)入接水盤的水流量，大于水泵的水流量，流量失去平衡。這樣，經(jīng)過一段時(shí)間，接水盤就會(huì)產(chǎn)生溢水現(xiàn)象，這在實(shí)際運(yùn)行中已經(jīng)出現(xiàn)，系統(tǒng)失去了可控性。

為了能正常運(yùn)行，建議去掉接水盤的連通管，使每個(gè)冷卻塔都有單獨(dú)的出水管路，并建議適當(dāng)加大接水盤的容積，其監(jiān)控泵程如圖5所示，在每個(gè)出水管路上安裝一個(gè)電動(dòng)蝶閥，就具有了可控性。

圖4三臺(tái)冷卻塔接水盤連通監(jiān)控原理圖            圖5 三臺(tái)冷卻塔監(jiān)控原理圖

3.1.3組合式冷卻塔各臺(tái)分別供水

西安某科教館冷站中共有三臺(tái)冷機(jī)、三組冷卻塔，每組由兩臺(tái)冷卻塔組成，如圖6所示。這種方案需對(duì)六條水路進(jìn)行控制，總需12臺(tái)DN200的電動(dòng)蝶閥。

建議將水路改為圖7連接，由三條水路進(jìn)行控制，總需6臺(tái)DN250的電動(dòng)蝶閥，可節(jié)約大量資金，便于控制，增加了安全性。圖6 三組冷卻塔6條水路監(jiān)控原理圖         圖7三臺(tái)冷卻塔三條水路原理圖

• 水流開關(guān)安裝間距及其建議

為了檢測(cè)水泵運(yùn)行狀態(tài)，比較好的方法是在管道內(nèi)安裝水流開關(guān)。水流開關(guān)是一組葉片，安裝在水管內(nèi)。水泵不運(yùn)行，無水流，葉片下垂；當(dāng)水泵運(yùn)行時(shí)，有水流流動(dòng)，在水流動(dòng)壓下，葉片發(fā)生傾斜，并帶動(dòng)一個(gè)微動(dòng)開關(guān)，發(fā)出水流信號(hào)。

    要求水流開關(guān)不能遭水擊，且在安裝位置的前后，應(yīng)有5D的均流管道（D－安裝管徑）。一般安在水泵出口處，為了防止水擊，應(yīng)安裝在水泵與逆止閥之間，防止葉片被沖擊損懷。

    在實(shí)際工程中，水施圖逆止閥與水泵之間的距離很短，無流量開關(guān)的安裝條件，只好安裝在逆止閥之后，對(duì)葉片已無保護(hù)作用，在實(shí)際工程中已發(fā)現(xiàn)有將葉片損壞的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于水施設(shè)計(jì)與樓控設(shè)計(jì)脫節(jié)，以及水施在先，樓控施工在后造成的。

我們建議在工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)初期，有關(guān)工種應(yīng)多協(xié)調(diào)，建議水路設(shè)計(jì)、施工應(yīng)保證水流開關(guān)安裝條件。

• 冷凍水路連接中若干問題及測(cè)量系統(tǒng)組建的建議

冷機(jī)臺(tái)數(shù)控制一般是依據(jù)冷站系統(tǒng)中實(shí)需冷負(fù)荷測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行在線自動(dòng)控制。有一個(gè)問題逐漸引起人們的重視：冷凍水供、回水干管與集水器、分水器之間的連接，對(duì)于正確組建冷負(fù)荷測(cè)量系統(tǒng)至關(guān)重要。

3.3.1 冷負(fù)荷計(jì)算及與管路連接的關(guān)系

(1)冷負(fù)荷計(jì)算

 QC＝CG(t2-t1)   KW                                              (1)

式中  QC-----實(shí)測(cè)冷負(fù)荷  KW;

      C-----水的比熱，4.186KJ/Kg℃;

      G-----負(fù)荷回水流量    Kg/S；

      t1t2---冷凍供水、回水溫度  ℃

    應(yīng)特別說明，公式中G應(yīng)為由負(fù)荷來的總回水流量，不應(yīng)包括壓差旁通流量；t2應(yīng)為負(fù)荷總回水溫度，不應(yīng)為回水與旁通水的混合溫度?；厮髁縂用流量變送器(FT)測(cè)量，由于流量響應(yīng)快，時(shí)間常數(shù)小，是實(shí)時(shí)測(cè)量QC的重要參數(shù)。

(2）管道連接對(duì)測(cè)量冷負(fù)荷的影響

目前，空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)水系統(tǒng)多為變流量系統(tǒng)（利用電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)），而冷源側(cè)是定流量系統(tǒng)（保護(hù)冷機(jī)蒸發(fā)器）。所以在供、回水系統(tǒng)中設(shè)有旁通閥，并利用供、回水干管壓差信號(hào)，通過DDC自動(dòng)調(diào)節(jié)旁通閥的開度，巧妙地一方面使供、回水干管壓差恒定，使系統(tǒng)壓力工況穩(wěn)定；同時(shí)又滿足了負(fù)荷側(cè)變水量、冷源測(cè)定水量的要求。

    由于壓差旁通管路有的連接在集水器與分水器之間，有的連接在供、回水干管之間；以及由負(fù)荷來的回水管有的是多管、有的是單管連接在集水管上。上述不同連接方式對(duì)于測(cè)量公式中的流量G及T2都是不同的影響，下面舉幾個(gè)工程實(shí)例加以說明。

3.3.2壓差旁通連接在集、分水器，由負(fù)荷來的多管連接在集水器上

圖8 方案1  TE－溫度傳感器；          圖9 方案2（空調(diào)工藝由深圳筑博建筑工程設(shè)

FT－流量變送器；PT－壓力變送器         計(jì)有限公司設(shè)計(jì)）  

    圖8是這種方案的連接圖，是傳統(tǒng)的，暖通常采用的方法，這對(duì)于穩(wěn)定供、回干管之間的壓差是有利的（集、分水器可視為穩(wěn)壓器），但這種方案所測(cè)的流量G是負(fù)荷流量與旁通流量之和(泵的流量)，近似不變量；TE2是回水與旁通水流量的混合溫度。這種方案只能靠混合溫度與供水溫度之差來反映冷負(fù)荷。其所設(shè)置的昂貴的流量變送器失去了冷量測(cè)量的意義。

3.3.3壓差旁通連接在集水器與分水器之間，由負(fù)荷來的單管接在集水器上

圖9是由深圳筑博建筑工程設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)的西安新材料園冷站系統(tǒng)，現(xiàn)運(yùn)行良好。這種連接可以用一個(gè)流量變送器測(cè)量負(fù)荷回水總流量，也便于測(cè)量回水溫度，且容易滿足流量變送器安裝條件(足夠長(zhǎng)直管段)的要求，保證了可測(cè)性、穩(wěn)定性及測(cè)量精度的要求，也便于系統(tǒng)壓差工況的穩(wěn)定。            

圖10 方案3（空調(diào)工藝由中國(guó)建筑西北建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)）

3.3.4壓差旁通管連接在供、回水干管上

圖10方案是中國(guó)建筑西北建筑設(shè)計(jì)研究院為西安創(chuàng)業(yè)廣場(chǎng)大廈冷站設(shè)計(jì)的方案。壓差.旁路連接在供回水干管上，這種方案無論集水器上連接多少個(gè)回水管，均可采用一個(gè)流量變送器和一個(gè)回水溫度傳感器測(cè)量實(shí)際冷負(fù)荷，減少了硬件投資。這種方案在施工中，需注意保證流量變送器的安裝條件，即回水管從集水器到與旁通管連接之間要有足夠長(zhǎng)的直管段，這在施工中稍一疏忽，就可能失去可測(cè)性。

    現(xiàn)在生產(chǎn)的冷機(jī)如溴化鋰吸收式制冷機(jī)其冷凍水、冷卻水的水流量允許變化值較大，為變水量節(jié)能控制提供了實(shí)施條件，下表為部分冷機(jī)有關(guān)額定參數(shù)。

考慮到近年來，隨著電子技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展，使變頻器的性價(jià)比提高，提供了水泵、風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的設(shè)備條件。因此，現(xiàn)在廣泛采用水泵變頻調(diào)速的節(jié)能措施來節(jié)約水泵電耗，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)水泵軟啟動(dòng)，使系統(tǒng)工況穩(wěn)定。

由于空調(diào)用冷站的水泵約為數(shù)十千瓦，數(shù)量較多，建議采用變流量節(jié)能技術(shù)。由于是新技術(shù)應(yīng)用，需考慮方方面面，比如，應(yīng)保證不利末端資用壓頭的要求，應(yīng)有一低電源頻率的要求；為保證冷機(jī)冷凍水、冷卻水低水流量的要求，應(yīng)有一相應(yīng)的低電壓頻率的要求。這要綜合各方面要求，鎖定電源頻率。另外，如果冷凍泵低電源頻率保證了蒸發(fā)器的低水流量的要求，可以免去旁通管路。

冷凍水泵變頻調(diào)速一般是根據(jù)冷負(fù)荷測(cè)量參數(shù)進(jìn)行的，冷卻水泵一般是根據(jù)冷卻供、回水溫差來進(jìn)行的，故都應(yīng)合理組建測(cè)量系統(tǒng)。

3.4建筑設(shè)備強(qiáng)電控制柜應(yīng)具有被遠(yuǎn)程控制可能

3.4.1 冷機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)等的強(qiáng)電控制柜應(yīng)具有手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，開關(guān)置于手動(dòng)位置，可在現(xiàn)場(chǎng)用啟、停開關(guān)調(diào)試開、停；開關(guān)置于自動(dòng)位置時(shí)，可由BA進(jìn)行遠(yuǎn)程控制啟、停。

3.4.2 照明控制箱應(yīng)具有手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，并具有照明控制用接觸器。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打在手動(dòng)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制照明；當(dāng)開關(guān)置于自動(dòng)位置時(shí)，可由BA對(duì)照明進(jìn)行控制。

3.4.3 空調(diào)機(jī)組的新、回、排風(fēng)門應(yīng)有電動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門，便于節(jié)能控制。

4. 設(shè)計(jì)、施工中存在的問題及其建議

規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到節(jié)能、管理等的要求，并按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》“對(duì)建筑面積20000㎡以上的全空氣調(diào)節(jié)建筑，在條件許可的情況下，空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)，以及冷、熱源系統(tǒng)宜采用直接數(shù)字控制系統(tǒng)”。 

4.1 規(guī)劃、設(shè)計(jì)初期水路布置存在的問題及其建議

由于規(guī)劃、設(shè)計(jì)初期各專業(yè)間缺少配合、交流，所以有關(guān)管道布置不一定都考慮到可測(cè)性、可控性的問題。但是，現(xiàn)在大多數(shù)空調(diào)都采用了樓控系統(tǒng)，所以有關(guān)管路的布置就顯得突出。

我們建議應(yīng)為正確組建測(cè)量系統(tǒng)而布置管路的連接。例如，流量變送器要求在其安裝位置的前、后（按水流方向）有一定長(zhǎng)度的直管段要求，一般要求*D、后5D（D—安裝管徑）。這是為了消除管道中流動(dòng)的渦流，改善流速場(chǎng)的分布，提高測(cè)量精度和測(cè)量的穩(wěn)定性。直管段的設(shè)計(jì)應(yīng)按照具體流量變送器及管道中阻力件的情況，按說明書要求而定。為了延長(zhǎng)流量變速器的使用壽命，流量變速器應(yīng)設(shè)計(jì)在回水管路上。

另外，在電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)蝶閥管路上，應(yīng)設(shè)計(jì)有手動(dòng)截止閥，以便于日后維修方便。

4.2 強(qiáng)電控制柜及空調(diào)設(shè)備訂貨要滿足BA要求

4.3 樓控設(shè)計(jì)應(yīng)與HVAC設(shè)計(jì)緊密配合，避免設(shè)計(jì)脫節(jié)、漏項(xiàng)、錯(cuò)項(xiàng)等。提出對(duì)HVAC節(jié)能性、可測(cè)性、可控性的要求

4.4 各工種施工配合存在的問題及其建議

冷站及其控制工程是多工種、多技術(shù)的綜合工程，需要建筑設(shè)備工程師、給排水工程師，樓控工程師及現(xiàn)場(chǎng)施工工程師緊密配合，相互明確分工界面又相互支持，才能保證測(cè)量系統(tǒng)的正確組建。

在實(shí)際工程中，水施常常為了減少占地面積，使管路安裝非常緊湊，無法保證儀表對(duì)測(cè)量的要求，需要整改、延誤工期，造成浪費(fèi)。建議施工中引起各方面的重視。

總之，我們建議設(shè)計(jì)部門、業(yè)主和集中商應(yīng)遵循建筑設(shè)備、建筑電氣、建筑設(shè)備自動(dòng)化一體化整合設(shè)計(jì)的理念，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工中，都需要多工種的密切配合。相互提出技術(shù)要求，相互協(xié)調(diào)。我們深深體會(huì)到在樓控的方案設(shè)計(jì)中，建筑設(shè)備工程師起到舉足輕重的作用。在這里我們祝愿建筑設(shè)備界的朋友們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦凶龀龈蟮呢暙I(xiàn)。

本文提出的問題是從測(cè)量與控制角度提出的，是否準(zhǔn)確，尚望建筑設(shè)備、給排水工程界及自控界的朋友們予以指正。

參考文獻(xiàn)：

1] JGJ/T16-92《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社. 1993

[2]《智能建筑弱電工程設(shè)計(jì)施工圖集》. 中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究所.

[3] 張子慧、黃翔. 冷機(jī)臺(tái)數(shù)自控中存在的問題及其解決方法. 《電氣&智能建筑》. 建筑弱電冊(cè). 2003，11

[4]張子慧、黃翔. 樓宇控制系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)建議. 《電氣&建筑》. 建筑弱電冊(cè). 2003.11

[5]遠(yuǎn)大Ⅷ型雙效蒸汽制冷機(jī)樣本

[6]遠(yuǎn)大Ⅷ型直燃機(jī)樣本

[7]公用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)  GB 50189-2005

與本文相關(guān)的論文有：低溫安全閥在黑龍江建龍鋼鐵應(yīng)用