水冷冷水机组集中空调系统的能流及能耗分析

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目前,降低集中空调系统能耗所采取的措施主要有三种:采用节能设备、促进可再生能源的利用和提高能源效率。其中,前两种措施主要集中在空调系统的设计和选型阶段,一旦集中空调系统建成并投入使用,提高能源效率就是最主要的措施了。在提高能源效率方面,目前的措施主要集中在单体设备的节能、设备的有效控制和仿真模拟等局部范围的研究上,还没有上升到从一个完整空调系统整体角度上来研究。此外,在集中空调系统实际运行的过程中,许多能流(如水、风输送系统的冷损失;水泵、风机等的低效引起的能耗损失;冷热源处的能耗损失等等)对整个集中空调系统的能耗、成本、投资及环境等各项技术经济指标都有很重要的影响,已引起广泛重视。但由于没有一个比较基准,无法进行定量分析,所以长期以来对这个问题的认识还一直停留在定性分析的阶段。因此,对复杂的集中空调系统,有必要建立一种基准能耗分析法,在该方法中,既要将一个完整空调系统的各环路、各部件都包括进来,还要能提供一种能耗比较的基准,用于定量化各能流对系统能耗的影响。从全局、整体的角度上来定量分析,这样才能全面地把握整个空调系统的能源利用效率,系统地挖掘节能潜力,为集中空调系统的运行节能提供坚实的理论支撑。本文介绍了一种从一个完整的空调系统整体上来分析水冷冷水机组集中空调系统能耗的分析方法。首先,通过分析水冷冷水机组集中空调系统供应冷量的空调房间提取热量到最终排放到环境中的5个连续子环路的能流情况,建立了以水冷冷水机组为冷源的集中空调系统整个环路的能流分析模型,并将能流图的应用引入到空调领域,实现空调系统能流的可视化。通过测试获得了夏季采用一次回风全空气集中空调系统的广州某26层办公建筑运行的相关数据,绘制了该系统的能流图,分析了系统内各部分的能流变化规律及能流之间的关联性,并识别出影响该空调系统运行能耗的主要因素:新风负荷、制冷机组的能耗和输配系统的能耗。能流图分析法还可以为多个集中空调系统的方案设计及设备选型提供依据。在已有的水冷冷水机组集中空调系统能流分析模型的基础上,进一步建立了以风冷冷水机组为冷源集中空调系统的能流分析模型,并用能流图分析法对比分析了某综合性建筑采用一次回风全空气集中空调系统的这两种不同冷源条件下设计工况的能流及各环路能流之间的差异,可以为空调系统冷源的优选及所选系统的节能设计提供参考。能流图分析法可以直观的识别出影响系统能耗的主要因素,但具体这些因素是如何影响系统能耗的还无法被体现出来,又由于空调系统的能耗影响因素的多样性,要分析各个因素对系统能耗的影响显得繁琐,因而给出了能简便系统能耗分析的集中空调系统能耗e-p分析法。即在满足空调系统空调区域热舒适性的前提条件下,以向空调区域提供单位冷量时整个集中空调系统所消耗的能源量为基础,对其进行分析分解,撇开了一些非常纷扰因素的影响,将影响系统能耗的因素归纳为两大类:输送单位流体流量时能耗设备的耗能量e和为空调区域提供单位冷量时所需要输送流体的流量p,此时各因素对系统能耗的影响转化为各子环路的e和p对系统能耗的影响,大大简化了问题的分析。以夏季采用一次回风全空气集中空调系统的广州某26层办公建筑作为实例,将e-p分析法用于分析该系统实际工况和设计工况下系统能耗差异,结果表明,实际条件下系统能耗与设计能耗存在一定的偏差,其中来自制冷剂环路的偏差最大,占系统总偏差的84.88%;其次为空气环路、冷冻水环路,分别占总偏差的5.96%和7.58%;冷却水环路占1.44%;散热环路最小,仅占总偏差的0.14%。另外,系统能耗总偏差中,由输送单位流体流量所产生耗能量e的变化引起的占20.33%,由为提供单位冷量输送流体流量p的变化引起的占79.67%。从e-p分析法实例中可以看出,各因素对系统各环路的e和p都产生影响,从而影响了整个系统的能耗,且这些因素对各环路e和p影响的程度有大有小,具体还无法被判断,因此进一步建立了水冷冷水机组集中空调系统基准能流分析模型,用于定量化各因素对系统能耗的影响。并以夏季采用一次回风全空气集中空调系统的广州某26层办公建筑作为实例,计算了各因素条件下所引起系统能耗的偏差情况,分析结果表明,因冷水机组压缩机低效引起系统的能耗偏差最大,占总偏差的89.5%;其次是空气环路送风系统管道冷损失和冷冻水泵低效,分别为4.5%和3.9%;空气环路风机低效引起系统能耗偏差也较大,为1.1%;而冷冻水系统管道冷损失、冷却水泵低效和冷却塔风机低效对系统能耗的影响最小,三者引起的偏差之和仅占系统总偏差的1%。最后,综合实例中系统设计能耗与实际能耗所存在的偏差,计算了各因素条件下系统的节能潜力。经计算有:因机组压缩机低效的节能空间最大,占系统总节能量的81.88%;其次是空气环路送风系统管道冷损失和冷冻水泵低效,分别为9.93%和5%;空气环路风机低效的节能空间不容被忽视,为1.5%;其他因素的节能空间之和仅占总节能量的1.69%。并针对这四个节能空间较大的因素提出相关节能建议。
摘要第4-6页
ABSTRACT第6-8页
目录第9-12页
CONTENTS第12-15页
第一章 绪论第15-24页
    1.1 课题研究的背景及意义第15-16页
    1.2 国内外研究现状第16-22页
        1.2.1 国外研究现状第16-18页
        1.2.2 国内研究现状第18-22页
    1.3 本文主要研究的内容第22-24页
第二章 水冷冷水机组集中空调系统的能流分析第24-41页
    2.1 水冷冷水机组集中空调系统的基本组成及工作原理第24-25页
    2.2 水冷冷水机组集中空调系统能流分析模型的建立第25-28页
        2.2.1 水冷冷水机组集中空调系统的能流链第25-26页
        2.2.2 水冷冷水机组集中空调系统的能流分析模型第26-28页
    2.3 能流分析的可视化第28-29页
    2.4 能流分析实例第29-36页
        2.4.1 工程概况第29页
        2.4.2 实测参数及仪器简介第29-34页
        2.4.3 实际能流分析第34-35页
        2.4.4 节能措施分析第35-36页
    2.5 制冷模式下不同冷源集中空调系统的能流对比分析第36-37页
        2.5.1 以水冷和风冷冷水机组为冷源的集中空调系统的能流链第36-37页
        2.5.2 能流对比分析模型的建立第37页
    2.6 能流对比分析实例第37-40页
        2.6.1 能流图对比分析第39页
        2.6.2 节能措施探讨第39-40页
    2.7 本章小结第40-41页
第三章 水冷冷水机组集中空调系统能耗的分解分析第41-56页
    3.1 集中空调系统能耗的分析方法第41-43页
        3.1.1 冷水机组的性能系数第41-42页
        3.1.2 风机单位风量耗功率第42-43页
        3.1.3 水泵输送能效比第43页
    3.2 集中空调系统全局能耗指标第43-46页
    3.3 水冷冷水机组集中空调系统能耗的E-P分析法的建立第46-49页
    3.4 能耗E-P分析实例第49-55页
        3.4.1单位流体流量耗功率e_i的变化第51-52页
        3.4.2 单位冷量的流量P_1的变化第52页
        3.4.3 E和P的变化对系统能耗强度的影响第52-53页
        3.4.4 节能措施探讨第53-55页
    3.5 本章小结第55-56页
第四章 水冷冷水机组集中空调系统基准能耗分析模型的建立第56-71页
    4.1 基准能耗的概念第56-59页
        4.1.1 建筑领域基准能耗的概念第56-58页
        4.1.2 集中空调系统基准能耗的概念第58-59页
    4.2 水冷冷水机组集中空调系统各环路的基准能耗分析模型第59-67页
        4.2.1 空气环路基准能耗分析模型第61-63页
        4.2.2 冷冻水环路基准能耗分析模型第63-65页
        4.2.3 制冷剂环路基准能耗分析模型第65-66页
        4.2.4 冷却水环路基准能耗分析模型第66-67页
        4.2.5 散热环路基准能耗分析模型第67页
    4.3 案例分析第67-70页
    4.4 本章小结第70-71页
第五章 水冷冷水机组集中空调系统各能流对基准能耗的影响分析第71-102页
    5.1 水冷冷水机组集中空调系统能耗的影响因素分析第71-72页
    5.2 各因素对基准能耗影响的能流分析第72-96页
        5.2.1 输送系统管道存在冷损失对系统基准能耗影响的能流分析第73-81页
        5.2.2 空调能耗设备本身低效对基准能耗影响的能流分析第81-92页
        5.2.3 各单因素的综合对基准能耗影响的能流分析第92-96页
    5.3 案例分析第96-101页
        5.3.1 主要节能潜力第99-100页
        5.3.2 节能建议第100-101页
    5.4 本章小结第101-102页
结论与展望第102-105页
    结论第102-104页
    展望第104-105页
参考文献第105-109页
攻读学位期间发表论文第109-111页
致谢第111页
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