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冷热源与水系统联合模拟的研究 0 冷热源与水系统方案的节能方法二 冷源系统是整个中央空调系统的核心，决定了该系统是否能够保证用户的冷需求。这不仅是投资的主要部分，也是能源消耗的主要部分。同时冷热源产生的冷热量主要依靠水系统输配到各末端用户中去。因此如何节能、安全、可靠地对空调冷热源和水系统进行设计,使两者能够相互协调地运行,并且能够保障用户的冷热需求,一直是空调系统设计中的主要工作。 通过对国内近30家商业建筑空调系统的测试,发现国内多数的冷水系统由于存在各种各样的设计和运行问题,使得冷水泵的全年电耗往往达到制冷机全年电耗的30%～50%。以其中一家星级酒店为例,制冷机电耗占空调系统总电耗的25.3%,冷水泵占11.2%,冷却塔和冷却水泵分别占1.1%和 5.3%。从上述数据可以看出,冷水泵的全年电耗达到了制冷机全年电耗的45%左右。水系统方案设计的好坏直接影响到整个空调系统的能源消耗状况和运行效果,同时也影响到冷热源设备的运行状况及效率,因此冷热源与水系统的联合优化设计是整个空调系统设计过程中至关重要的环节。 在进行冷热源与水系统方案设计时,设计者通常需要确定以下问题: a) 确定冷源的形式,例如,冷源是电动离心式制冷机,还是直燃式溴化锂吸收机组,或是风冷机组等等。 b) 确定水系统管网的形式,例如,是一次泵系统,还是二次泵系统。 c) 确定热源的形式,例如,热源是燃气锅炉,还是燃油锅炉,或是城市市政外网热水等等。 d) 确定上述各设备的台数和具体容量,如冷热源设备的台数、额定制冷量、额定COP等性能参数。 e) 确定水系统输配设备,即水泵运行的控制方式,例如,是台数控制,还是一机对一泵控制,或是变频控制;如冷源为水冷机组,还需确定冷却塔的运行控制方式是台数控制或是一机对一塔控制;如热源部分设有换热站,还需要确定换热器运行的控制方式。 目前冷热源与水系统设计主要是针对典型工况进行的单工况点设计,按照典型工况下(设计日冬夏两天)的最大负荷来选择冷热源设备;根据典型工况的设计流量来进行管网水力设计,水泵选择则通过计算水系统管网的各段水管尺寸、压力损失,确定最不利支路,然后按照最不利支路的总压力损失来确定其扬程。这种单点设计方法存在着以下局限性: a) 无法获知冷热源设备以及水系统、水泵在全年各种工况下是否能够满足设计需要。按单点设计的方案只保证了设计工况满足要求。实际运行时,由于室内外参数等因素随时间变化,冷热源设备和输配设备绝大部分时间不是运行在设计工况下,而是运行在部分负荷工况下。因此不经过全工况的校核,无法确保冷热源设备和水泵的大部分时间工作在高效的工作点上,也无法获知设计中的控制方式能否满足系统全年的需要。 b) 无法获知冷热源设备和输配设备的全年运行能耗情况。依据单点设计选取的工况点,计算出的能耗无法代表冷热源设备和输配设备的全年运行能耗,因此单点设计方法无法进行全年能耗分析,从而无法对设计方案的经济性进行合理的评估。 然而,冷热源设备以及水输配设备在全年各种工况下是否能满足需要和其全年的能耗状况是对冷热源及水系统方案进行评价的两个主要考察点。由于单点设计存在上述的局限性,对选择的方案无法给出其全年运行状况和能耗情况,缺少选择方案的依据,也就无法保证设计方案的质量。因此需要对冷热源与水系统方案进行全年全工况逐时的模拟分析。 对冷热源与水系统方案进行模拟分析,即是对给定的方案进行全工况的逐时模拟分析,获得设计方案的运行效果(能否满足空气处理设备逐时要求的冷(热)水温度和冷(热)水流量)和运行能耗。模拟的已知条件包括: a) 空调处理设备逐时要求的冷(热)水温度和冷(热)水流量; b) 水系统的方式及其管网分布,如二次泵系统; c) 冷热源的方式,如电动离心式制冷机+燃气锅炉; d) 已选冷热源设备和水泵的相关额定参数,如制冷机的额定制冷量等; e) 已选冷热源设备和水泵在部分负荷下的工作性能; f) 设备的运行控制方式,如水泵的运行控制方式为台数控制,制冷机的出口温度维持恒定,等。 进行冷热源与水系统方案全工况的逐时模拟分析后,我们可以得出以下模拟结果: a) 冷热源设备和水系统、水泵能否满足空气处理设备逐时要求的冷(热)水温度和冷(热)水流量,即满意率情况; b) 各个水管路逐时的流量和温度; c) 冷热源设备逐时的运行状态、效率和能耗; d) 水泵逐时的运行状态、效率和能耗。 通过以上的模拟结果,可以清楚地了解到设计方案全年的运行状况和能耗情况,从而可为方案选择提供可靠的依据。 本讲的上半部分已经详尽阐述了DeST模拟软件中制冷设备的半经验模型以及冷源模拟分析方法。下半部分将着重论述冷热源与水系统相互耦合的模拟计算方法。首先简要介绍目前冷热源与水系统方案联合模拟的研究现状,然后详细阐述DeST在冷热源与水系统方案联