某中央空调水系统节能检测分析及其优化控制策略研究

【摘要】：近年来建筑能耗不断攀升,不可再生能源日益枯竭,石油价格日益高涨,这些都引起了社会及政府对能源利用率的高度关注。建筑空调的从业人员也不断地努力,以提高建筑能源的利用率,尽量地降低能耗。但事实上,很多建筑空调系统由于各种各样的原因使其不能按照设计意图运行,导致能源的大量浪费。 本文以重庆大学主教学楼项目工程为实例,首先对空调水系统进行节能检测,发现系统存在的问题,并提出对水泵、冷却塔增加相应的变频控制功能;对机房群控系统进行改造,优化机房原有不合理自控设计;重新配置管理系统软件,优化现有空调管理,提高系统运行的效率和可靠性。 对于冷冻侧水泵变频控制策略研究,本文通过分析末端需求负荷与所需扬程的变化规律,提出在不同的系统负荷率下,可采取不同的分集水器压差设定值对冷冻水泵变频控制,使得在部分负荷下,保证水泵有较大的可变扬程,最大程度上提高水泵变频节能潜力。在系统实际改造工程中,增加了各楼层冷量计量表,对供回水温度与流量进行监测,当采用末端的供回水温差控制水泵变频,能避免分集水器温差控制水泵变频时,响应时间慢的弊端。因此,根据数据监测分析及工程改造实际情况提出,以末端温差控制水泵变频为主,分集水器动态变压差控制为辅的控制方法。 本文通过现场对冷冻水泵、冷却水泵变频调速下的运行参数进行实测,得出变频器及电机效率与转速比的关系式。针对变流量对冷水机组的影响,本文着重分析冷却水变流量对机组的影响,并根据开利公司提供的数据,采用Matlab软件拟合得出,在某一机组负荷率下,定冷冻水出水温度为6℃,冷冻水流量与负荷率成同比变化时,机组EER与冷凝器相对进水流量及冷凝器进水温度的拟合关系式,为后续研究整个冷却水系统优化控制策略提供相关依据。 本文通过现场实测,对影响冷却塔出水温度的各个因素做了分析比较,并通过SPASS统计软件建立了冷却塔出水温度与冷却塔进水温度、进塔风量、进塔流量及室外湿球温度的关系式,并得出各个自变量因子对冷却塔出水温度的影响大小。且根据MERKEL理论关于冷却塔的研究,采用正交实验方法,找出了各个因素对冷却塔出水温度的影响大小。 对于冷却水系统运行控制,本文提出两种冷却水系统运行方式:1)事先设定冷却水进出水温差以及假定冷却塔出水温度(比室外湿球温度高3℃)对冷却水泵及冷却塔风机变频控制;2)设定某一冷却水进出水温差,在满足机组、冷却水泵及冷却塔耗功率最小时,求最佳冷却塔出水温度的控制方式,并采用Matlab软件的优化工具箱找出最佳的出水温度值。并通过比较不同负荷率下的系统运行能耗,找出其最佳控制策略。 最后,通过上述所分析提出的冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔的控制策略,指导本工程的能源监控系统的实施,并介绍了本改造工程基于IFX的SCADA能源监控系统平台。 【关键词】：节能检测 变压差控制 最佳冷却塔出水温度 监控平台
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU831.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-13
• 1.2 本文研究的重点和内容13-14
• 1.3 课题研究的意义14
• 1.4 本章小结14-16
• 2 空调水系统节能检测及分析16-24
• 2.1 工程概况16
• 2.2 检测参数及检测仪器16
• 2.3 水系统检测与分析16-21
• 2.3.1 冷冻水系统检测17-19
• 2.3.2 冷却水系统检测19-21
• 2.4 本章小结21-24
• 3 冷冻水泵变频运行控制模式及节能分析研究24-40
• 3.1 单台水泵变频调速运行工况分析24-26
• 3.1.1 水泵变频下，现场实测参数变化情况25-26
• 3.2 常用的水泵变频控制方法比较26-28
• 3.2.1 恒压差控制法26-27
• 3.2.2 温差控制27-28
• 3.3 分集水器压差及负荷率变化情况分析28-33
• 3.4 不同控制方式下，水泵能耗分析33-37
• 3.4.1 压差控制（供回水干管控制）下、水泵能耗分析34-36
• 3.4.2 温差与压差控制方式下，不同流量时水泵耗功率比较36-37
• 3.5 本章小结37-40
• 4 变流量对冷水机组的影响研究40-50
• 4.1 蒸发器变流量对机组的影响40
• 4.2 冷却水流量变化对机组的影响40-48
• 4.2.1 不同负荷率下，冷却水流量、冷凝器进水温度与机组EER 的关系41-46
• 4.2.2 机组EER 与冷却水流量及冷凝器进水温度之间的回归分析46-48
• 4.3 本章小结48-50
• 5 冷却塔理论计算、实测分析及数学模型建立50-68
• 5.1 冷却塔的热力特性50-54
• 5.1.1 横流式冷却塔平均出水温度理论计算方法50-52
• 5.1.2 横流式冷却塔βχv （容积散质系数）的表达式计算52-53
• 5.1.3 冷却数的确定53-54
• 5.2 冷却塔实测分析54-60
• 5.2.1 测量参数和相关使用仪器54-55
• 5.2.2 实验数据的整理55-56
• 5.2.3 湿球温度变化对出塔水温的影响56-57
• 5.2.4 进水温度及湿球温度变化对出塔水温的影响57-58
• 5.2.5 增加冷却塔换热面积对总体能耗以及出塔水温的影响分析58-60
• 5.3 冷却塔数学模型的建立60-62
• 5.3.1 冷却塔出水温度统计模型的建立60-62
• 5.3.2 冷却塔耗功率模型的建立62
• 5.4 冷却塔出水温度影响因素分析62-65
• 5.4.1 实测分析，冷却塔出水温度影响因素分析62
• 5.4.2 理论分析，冷却塔出水温度影响因素分析62-65
• 5.5 本章小结65-68
• 6 冷却水泵变频性能参数测试68-74
• 6.1 额定转速下冷却水泵性能曲线拟合68
• 6.2 水泵变频调速下，冷却水泵耗功率计算68-69
• 6.3 变频调速下，现场测试参数69-71
• 6.3.1 变频器及电机测试参数69-71
• 6.3.2 变频调速下，流量、扬程及耗功率测试参数71
• 6.4 冷却水管路阻抗的确定71-73
• 6.5 本章小结73-74
• 7 冷却水系统优化运行控制分析研究74-98
• 7.1 冷却水泵及冷却塔控制方式探讨74
• 7.1.1 冷却水泵控制方法74
• 7.1.2 冷却塔控制方法74
• 7.2 冷却水系统不同运行控制策略研究74-77
• 7.2.1 定冷却水进出水温差及冷却塔出水温度控制策略74-76
• 7.2.2 最佳冷却塔出水温度控制策略76-77
• 7.3 优化算法分析77-79
• 7.3.1 MTLAB 优化工具箱77
• 7.3.2 目标函数的简化77-78
• 7.3.3 优化变量及其它变量参数范围确定78-79
• 7.4 不同控制策略下运行能耗比较79-97
• 7.4.1 100%负荷率下，各种控制策略运行能耗比较80-82
• 7.4.2 90%负荷率下，各种控制策略运行能耗比较82-85
• 7.4.3 80%负荷率下，各种控制策略运行能耗比较85-87
• 7.4.4 70%负荷率下，各种控制策略运行能耗比较87-89
• 7.4.5 60%负荷率下，各种控制策略运行能耗比较89-91
• 7.4.6 一泵对一塔与一泵对两塔运行时节能量分析91-97
• 7.5 本章小结97-98
• 8 基于 IFIX 的 SCADA 能源监控系统实施98-106
• 8.1 SCADA（监测控制与数据采集）系统98
• 8.2 PLC 及IFIX 介绍98
• 8.3 系统监测平台98-99
• 8.4 中央操作站（上位机）99-105
• 8.5 本章小结105-106
• 9 改造前后空调系统能效情况对比106-112
• 9.1 建筑能源系统改造前情况106-107
• 9.2 管理制度存在的问题107-108
• 9.3 建筑能源系统改造后测试情况108-110
• 9.3.1 室外气象条件108
• 9.3.2 室内平均温湿度108-109
• 9.3.3 空调系统能效情况109-110
• 9.4 本章小结110-112
• 10 结论与展望112-116
• 10.1 结论112-114
• 10.2 不足和应做的改进114
• 10.3 展望114-116
• 致谢116-118
• 参考文献118-122
• 附录122
• 在攻读硕士学位期间发表论文的目录122

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