一次泵变流量系统机房侧能耗动态模拟及节能研究

论文摘要

中央空调系统能耗在建筑能耗中占有很大比重,占建筑总能耗的65%左右。目前我国绝大多数中央空调水系统均为定流量系统,在运行过程中系统冷冻水流量不能跟随负荷变化,水泵始终按照设计负荷全速运行。然而空调系统在大部分时间都是在部分负荷下运行,因此会浪费大量水泵输送能源。近年来,随着国家对能源问题的重视和对节能工作的要求越来越高,作为目前最有效的节能措施之一,中央空调一次泵变流量系统的研究和应用逐渐受到人们的重视。本文阐述了一次泵变流量的一些基本理论和常用的检测控制系统,提出了一次泵变流量系统设计与应用的几个关键的技术问题。分析了冷冻水和冷却水变流量对冷水机组效率的影响,从而得出冷水机组的冷冻水和冷却水采用变流量是完全可行的,其综合节能效益显著。对一次泵变流量系统在不同控制方式下的水力工况进行了分析比较,探讨了变流量系统水力工况的稳定性,并用实例进行了验证,提出了系统水力失调的平衡措施。水泵的变频调速调节因有显著的节能效益,被认为是一次泵变流量系统最好的调节方式,但这种方式的节能效益与管路特性有着密切的关系。在考虑水泵效率、电机效率和变频器效率对水泵能耗的影响下,本文通过理论分析和实例计算,研究了变速节能效益与系统恒压值之间的关系。在水泵变频调节和变台数调节相结合的系统中,对于同一个目标流量,可以有多种组合方案,并且各种方案能耗是不相同的。本文以三台并联水泵为例,对水泵各种运行方案的能耗进行了比较分析,得出并联水泵的最佳（最低能耗）运行方案。所得结论对于优化变频水泵运行台数控制有一定的指导意义。最后结合工程实例,借助模拟软件DeST-c软件建立某建筑的能耗分析模型,模拟出该建筑的全年逐时动态负荷。根据所得的建筑逐时动态负荷,分别模拟了主机在几种不同的运行状态下的动态能耗。根据水泵运行时的最佳（最低能耗）运行方案,分别模拟了冷冻水泵在不同控制方式下的动态能耗,以及冷却水泵在变流量和定流量时的动态能耗。比较不同运行状态下的主机能耗、冷冻水泵能耗和冷却水泵能耗,得出中央空调系统采用不同控制方式的条件下一次泵变流量系统机房侧设备的总节能效益,为今后一次泵变流量系统设计作参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 一次泵变流量系统在国内外的研究现状
• 1.2.1 制冷主机变流量运行研究现状
• 1.2.2 变频水泵的控制方法研究现状
• 1.2.3 变流量系统水泵的节能研究现状
• 1.3 存在的问题及不足
• 1.4 本论文的研究内容、方法及意义
• 第二章 中央空调变流量系统
• 2.1 变流量节能的基本概念和理论
• 2.1.1 变流量节能的基本概念
• 2.1.2 变流量的基本理论
• 2.2 中央空调变流量系统
• 2.2.1 冷冻水变流量系统
• 2.2.2 冷却水变流量系统
• 2.3 一次泵变流量系统的监控系统
• 2.3.1 变流量节能控制系统的组成
• 2.3.2 冷冻水变流量系统的监控系统
• 2.3.3 冷却水变流量系统的监控系统
• 2.4 变流量对主机性能影响
• 2.5 一次泵变流量系统的关键问题
• 2.5.1 冷水机组的最小流量
• 2.5.2 冷水机组的流量变化率
• 2.5.3 旁通阀和旁通管选择及控制
• 2.5.4 冷水机组加减机控制
• 2.5.5 变频调速水泵的控制
• 2.5.6 变频水泵的最低转速与最小流量
• 2.5.7 系统的稳定性
• 2.6 本章小结
• 第三章 一次泵变流量系统水力工况分析
• 3.1 中央空调水系统阻力计算模型
• 3.1.1 空调水系统流动阻力的概念及计算公式
• 3.1.2 空调水系统综合阻力模型
• 3.1.3 管网水力特性曲线
• 3.2 水泵的性能曲线
• 3.2.1 循环水泵工作原理及性能参数
• 3.2.2 水泵与管网系统工况点的匹配
• 3.3 水泵的并联运行
• 3.3.1 相同性能水泵的并联
• 3.3.2 不同性能水泵的并联
• 3.4 水泵的变频调速时的相似工况曲线和等效率曲线
• 3.5 不同控制方式的水力工况分析
• 3.5.1 温差控制
• 3.5.2 压差控制
• 3.5.3 温差控制和压差控制的比较
• 3.6 变流量系统水力失调与平衡
• 3.6.1 水力失调的概念、分类
• 3.6.2 变流量系统水力失调的理论分析
• 3.6.3 实例分析
• 3.6.4 变流量系统水力平衡
• 3.7 本章小结
• 第四章 变频水泵在不同控制方式下的能耗分析
• 4.1 变频水泵的能耗计算
• 4.2 不同控制方式下水泵变频时的能耗及节能效率
• 4.2.1 水泵变频调速节能效益的计算方法
• 4.2.2 实例计算及分析
• 4.3 变频水泵并联运行的能耗分析
• 4.3.1 变频水泵并联运行的能耗计算方法及步骤
• 4.3.2 定速泵和变速泵联合运行的流量调节范围
• 4.3.3 不同流量区间内并联水泵的组合方案
• 4.3.4 不同控制方式下并联变频水泵组的能耗分析
• 4.4 变频调速并联水泵的最佳运行方案及其节能分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 一次泵变流量系统机房侧能耗动态模拟及节能分析
• 5.1 建筑负荷动态模拟的意义
• 5.2 基于DeST对建筑负荷的动态模拟
• 5.2.1 DeST简介
• 5.2.2 建筑全年动态负荷模型的建立
• 5.2.3 建筑动态负荷的模拟及分析
• 5.3 一次泵变流量系统机房侧能耗的动态模拟及分析
• 5.3.1 制冷主机能耗的动态模拟及分析
• 5.3.2 冷冻水泵能耗的动态模拟及分析
• 5.3.3 冷却水泵能耗的动态模拟及分析
• 5.4 一次泵变流量系统机房侧节能分析
• 5.5 不同地区采用变流量系统的节能效益
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录:作者在攻读硕士学位期间的学术成果