南昌市民用建筑空调工程调查与分析.doc

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1、南昌市民用建筑空调工程调查与分析一、调查数据统计1.工程基本概况(1)在被调查的37项空调工程中：工程竣工期在12年的有9个，35年的有13个，68年的有8个，10年以上6个，另有1项尚未完全竣工。(2)在被调查的37幢民用建筑中，有29幢为高层建筑。这些建筑的使用功能及空调建筑面积规模分布情况见下表。(表一) 建筑用途空调建筑面积规模办公类宾馆酒店机场车站商场超市医院剧院博物馆后勤服务合计10000以下63211210000-200005721111720000-30000311530000以上213合计1115233111372.空调冷负荷指标(1) 办公建筑。(共统计10个工程，其中2个

2、开机容量不详。) 其夏季空调单位建筑面积负荷指标范围分布见下表，单位为W/。（表二）指标范围8080100101120120150151200200装机容量指标分布数量212131开机容量指标分布数量314（2）宾馆、酒店建筑。（共统计11个工程）其夏季空调单位建筑面积负荷指标范围分布见下表，单位为W/。（表三） 指标范围8080100101120120150151200200装机容量指标分布数量24311开机容量指标分布数量3341注：以上两表统计时所用空调建筑面积部分为估算数据，另有部分工程因调查时缺原始数据未统计入表。表中“装机容量”是指设计总装机标称冷量，“开机容量”是指夏季最大负荷时

3、总机标称冷量。3夏季空调冷源基本情况。（1）各工程采用冷源设备分布情况，见下表。（表四） 建筑用途机组类型分布办公类宾馆酒店机场车站商场超市医院剧院博物馆后勤服务合计水冷压缩式冷水机组工程数51021119风冷热泵机组工程数213直燃型溴化锂冷水机组工程数42118蒸汽型溴化锂冷水机组工程数426冷媒管道机工程数11合计1115233111374冬季空调热源基本情况（1）采用风冷热泵、管道机、直燃型溴化锂机组的工程，均未专设冬季空调热源设备。（2）采用蒸汽型溴化锂机组的工程，均以国产燃煤蒸汽锅炉为冬季空调热源设备。（3）在采用水冷压缩式冷水机组的19项工程中，其冬季空调热源设备：有3项采用进口

4、燃油热水机组，5项采用国产燃油热水机组，5项采用国产燃煤蒸汽锅炉，1项采用进口燃油蒸汽锅炉，1项由外单位协作供蒸汽，1项采用电热设备，另有3项工程在设计时未考虑冬季空调。5冷（温）水泵选配参数。见下表，单位为Kw/Kw。（表五） 冷机标称冷量/水泵铭牌功率20202525.13030.13535.14040工程个数236738注：冷水机组标称冷量与水泵铭牌功率之比最大值58.1kw/kw，最小值18.6kw/kw。所有工程均设有备用水泵，计算水泵功率时不含备用水泵。现场实测了12个工程的冷冻水泵运行扬程，其中实际运行扬程比铭牌标称值明显偏小的工程有4个，接近的有8个（其中只有1个工程的冷冻水泵

5、实际运行扬程略高于铭牌标称值）。冷、温水泵分设的工程3个。部分工程由于调查数据不足，未统计入表。6冷却水泵选配参数。见下表，单位为KW/KW。（表六） 冷机标称冷量/水泵铭牌功率2020.12525.13030.13535.14040工程个数1034422注：冷机冷量与水泵功率之比最大值46.5kw/kw，最小值11.6kw/kw。所有工程均设有备用水泵，计算水泵功率时不含备用水泵。现场实测了7个工程的冷却水泵运行扬程，其中实际运行扬程比铭牌标称值明显偏小的工程有3个，接近的有4个。所有冷却水泵实际运行扬程均不高于铭牌标称值。仅有一个工程冷却水泵的铭牌功率小于冷冻水泵的铭牌功率。部分工程由于调

6、查数据不足，未统计入表。7水质处理水系统采用电子除垢仪的工程有9个（其中1个未用），采用场效应除垢仪和离子棒的工程各1个，采用化学方法处理的工程有3个。8空调风系统（1）绝大部分写字楼、宾馆、医院等建筑物标准层的标准间采用卧式暗装风机盘管加新风系统，利用二级吊顶侧面出风。有3个工程部分建筑物的风机盘管系统未设新风，仅有少数工程的新风为直入空调房间的形式。（2）公共场所（大厅、餐厅、会议室、商场、剧院、侯车室等）多采用一次回风全空气系统，少数餐厅、会议室采用高静压风机盘管加新风系统。其空气处理设备大部分是整体式空调柜机，有3个工程采用了分段组装空调柜机。（3）风管材料多采用镀锌钢板，少数采用镁璃

7、钢风管。保温材料多采用离心玻纤棉。9空调水系统（1）冷热媒水系统大部分为二管制、定流量、水平分支、同程、闭式系统。仅有一个工程实现了真正意义的变水流量，即末端设有电动二通阀，供回水主管之间设有自动控制的压差旁通阀，冷媒水泵和冷却水泵均设置了变频控制柜。冷媒水系统的补水及定压方式除3个工程采用闭式定压罐方式外，其余均为开式膨胀水箱方式。（2）水系统管材多为镀锌钢管，当管径规格DN125时多采用无缝钢管或电焊有缝钢管。较早期工程的水管保温国材料多采用岩棉、泡沫石棉等，近期工程则多采用离心玻纤棉、聚乙烯、闭孔合成像胶等。二、现场所闻及用户意见1早些年前安装的溴化锂吸收式冷水机组运行时的冷媒水出水温度

8、较难达到7，一般为910，个别工程为12，且冷量衰减较为明显。压缩式冷水机组除进口产品外，其它产品运行时的冷媒水出水温度也难以达到7，一般为89。2冷水机组的冷媒水进出水温降普遍不超过4，甚至23。3多数工程用户对空调冷气效果较为满意，只有23个工程用户稍嫌冷气不足。4冷媒水及冷却水系统水质普遍较差。大部分用户反应水处理设备效果不佳，有的即使安装了也弃之不用。多数工程每年需换水34次，少的12次。也有少数工程采用化学药剂清洗管道方法，但清洗费用较高，且23年需清理一次。5两台以上冷却塔并联时，每台冷却塔进水口普遍不设电动蝶阀。当系统部分停机停泵时由于操作人员懒于往返开关阀门，造成少量冷却水总是

9、流经所有冷却塔，或干脆让所有冷却水泵在部分负荷下仍投入运行。6一些用户停用新风机组，认为其运行费用高，且效果不理想。在现场甚至还见到部分新风机组的新风入口未接至室外。7许多工程的现场管理不理想，机房较脏乱，尤其是忽视对空调系统的工况参数调节及机房管理制度化，一般是不坏不理。凯莱大酒店的管理较好，机房干净、整洁，不仅有运行操作记录，而且对水、电、油的运行费用进行了统计计算，并定期列表公示。8用户单位的操作领班多为具有多年实践经验但缺乏专业知识的工人，而工程部（或设备处、后勤处等）负责人又多为非暖通空调或相关专业的大专院校毕业生。三、由调查结果所得出的一些启示1必须认真对待空调工程的负荷计算、管路

10、阻力计算、水泵扬程计算，避免增加不必要的工程投资及运行费用。从以上表二和表三可以看出，多数工程的开机容量小于其装机容量。再从以上表七及现场所见多数冷水机组的冷媒水温降不超过4的现象分析可得出，多数工程所选冷媒水泵的扬程均偏大或过大。这些现象反映出我市专业设计人员在减少工程投资及节约运行耗能方面尚不够重视。2从以上调查统计数据可以看出，目前我市空调工程的系统设计方案仍是比较落后的传统工艺方案。一些较为先进的工艺技术方案如蓄冷空调技术、复式泵水系统方案等在我市均未被采用，变水量系统也很少采用。这一现象反映出目前我市专业设计人员在创新技术应用方面尚不够重视。3空调冷媒水系统的保温问题仍没有得到较好地

11、解决。主要表现在以下两个方面：（1）岩棉、玻璃棉等不燃性保温材料的空隙中易形成凝结水。其防潮隔汽层不易做到既有效又美观。这一点应引起有磁设计和施工技术人员近重视。（2）聚乙烯、聚氨枉费、合成橡胶等闭孔保温材料无无原则设置防潮隔汽层，保温效果也较好。但由于这类材料均不是严格意义上的不燃材料，市场价格也较高，因此在高层民用建筑的使用上受到一定的限制。这一点应引起有关生产厂家的重视。4空调冷媒水和冷却水系统的水质处理问题仍未得到较好地解决。近年来较广泛采用的电子除垢仪或离子棒在用户心目中均持怀疑或否定的态度。这一点也应引起有关生产厂家的重视。5关于水系统管道的用材及连接方式，也未得到很好地解决。其一

12、是当公称通径大于DN150时，由于目前市场无镀锌钢管而必须采用非镀锌钢管，引起水系统锈蚀加剧；其二是当公称通DN40DN150时，虽可采用镀锌钢管，但连接方式又成问题，螺纹连接则密封性较差且当管材大于DN65时加工螺纹难度较大，焊接则不易保证焊缝质量且会破坏镀锌层。联系到上述关于水系统的水质问题，我们认为，要想真正解决这些问题，应从水系统新管材的选用着手，如采用公称压力为1.6Mpa的聚氯乙烯管，但目前市场上尚无较大规格通径的聚氯乙烯管材6对于建筑面积在5000以上的民有建筑，采用中央空调系统与采用分散式商用冷媒管道机或分体空调器相比，具有节能、室内空气品质好等优点，且不影响建筑物外形美观，因

13、此中央空调系统在民用建筑中仍具有广泛的应用前景。7空调工程使用单位的专业技术人员培养，应引起高职高专类院校相关专业在制订人才培养方案时高度重视。使用单位也应重视引进这方面专业技术人员，使空调工程系统的运行管理更加可靠、节能，管理制度更加科学。住宅小区集中供冷优化管理系统及其基于网络的实现1 引言建筑能耗在全球能源的消耗中占有相当大的比例，在一些发达国家，其比例有的已达到40%。我国作为一个发展中国家，近年来建筑能耗所占的比重也越来越大，业已占到全国总能耗的20%左右，这其中更有85%的是用于建筑的采暖和空调1。由于我国用于发电的一次能源在多为原煤（原煤发电约占总量的75%左右），而原煤属于不清

14、洁能源，其在开采、运输、使用过程中都会对环境造成极大的污染。因此，做好建筑能耗的优化管理就可达到节约能源和保护环境的双重目的。住宅小区集中供冷是指通过小区内的管网向用户输配供应冷源机房生产的冷水，以满足用户空气调节的需要。由于集中供冷的规模效应，使得它在防止大气污染、提高能源利用率、有效利用空间、全国各地和资金、美化城市形象等方面具有十分突出的优点，非常符合绿色建筑、健康住宅的健康、舒适、节能、环保的要求，因而有着重大的经济效益和社会效益，是现代化住宅小区建筑空调发展的必然趋势。由于住宅小区的集中供冷系统非常复杂，因此对其进行优化管理必须引进系统工程的概念，不能仅仅只从技术或经济的角度对其进行

15、考虑，而应该全面考虑技术、经济、环境、人文等多方面因素。基于以上这种理念，我们经过大量的工作后，提出了基于网络技术的集中供冷优化管理系统框架及其实现途径。该系统充分利用控制、计量、废热利用等多种手段，对住宅小区集中供冷系统的设计、建造、使用等过程进行全程优化管理。 2 集中供冷优化管理系统本文提出的住宅小区集中供冷优化管理系统包括以下几个部分：住宅小区集中供冷冷源决策系统、住宅小区集中供冷最优设计系统、集中供冷系统与人工景观相结合的技术、住宅小区集中供冷协调控制系统和住宅小区集中供冷自动计费系统。21 住宅小区集中供冷冷源决策系统2传统的集中供冷冷源决策往往只注重某个方面因素的分析，而不涉及复

16、杂因素的相互影响。由于住宅小区集中供冷是一个非常复杂的系统，其最优性受到技术、经济、环境、文化等多个方面的制约，因此，仅仅只从某个方面进行分析，肯定不能得出一个满意的结果。本文提出的住宅小区集中供冷冷源决策系统采用美国数学家T.L.Sady教授在20世纪70年代提出的层次分析法（Analytical Hierarchy Process，简称AHP）对住宅不区的集中供冷冷源进行决策。层次分析法是一种把数据、专家意见和分析人员的判断有效结合的方法，是一种定性分析和定量分析相结合的系统分析方法。它把一个复杂的问题分解成各组成因素，然后用两两比较的方法确定决策方案中各因素的相对重要性。由于住宅小区集中

17、供冷冷源决策中具有诸多因素不能明确化的特点，如系统对环境的影响以及系统的可靠性等，因此，层次分析法能很好地应用于集中供冷系统的冷源决策过程。22 住宅小区集中供冷最优设计系统3冷源形式确定后，利用住宅小区集中供冷最优设计系统可以对系统进行设计。该系统采用计算机模拟分析的方法，以整个集中供冷为其优化对象。它首先对住宅小区集中供冷的全年能耗按变基准温度度日法进行预测，然后采用寿命周期费用（Life Cycle Cost，简称LCC）分析法对整个集中供冷系统进行经济分析，从而得出冷源以及冷水输配系统的最佳配置、冷水的最优供回水温差等。23 集中供冷系统与人工景观相结合的技术3随着人们生活水平的提高，

18、人们对环境的要求也越来越高，在一些住宅小区中，喷泉和人造瀑布等人工景观随处可见。集中供冷系统的冷却塔通常会发出较大的噪声，且其形象与周围环境也极不协调。因此，我们特提出了一种利用喷泉或人造瀑布来代替冷却塔对循环冷却水进行冷却的方案（图1和图2）。采用这种方案后，可以达到美化环境、改善小区微气候，减少冷却塔的投资和消除冷却塔的运行噪声等目的，从而使得集中供冷系统对小区环境的影响降到最小。图1喷泉冷却方式 图2 人工瀑布冷却方式通过对该方案的热力分析和其它相关技术的研究表明，经过精心的设计、完善的运行管理、巧妙的布局，将循环冷却水应用于小区水景工程中是完全可行的。24 住宅小区集中供冷协调控制系统

19、4集中供冷系统可以分为四个部分：冷源、冷却水系统、冷水系统和末端用户。由于受计算机技术、通信技术、电子技术等科学的限制，传统的集中供冷系统一般采用和设备单体控制的方法，即系统中每个部分的控制都是各自为政，没有考虑集中集中供冷中各个部分之间的相互影响，每个部分都有着自己独立的控制方案，而不是从系统的整体出发，没有一个统一的最优控制方案。另外，其每个部分的控制方案都是一成不变的，都是建立在一些凭经验建立的数学模型上，而没有考虑到具体系统的不同。与传统的控制方案不同，集中供冷协调控制系统把整个集中供冷系统（除开末端用户部分）作为自己的优化控制目标，不再只是孤立地对各个部分进行控制，而是充分考虑到各个

20、部分之间的相互影响。在集中供冷协调控制系统中，它不仅利用最新的计算机通信技术把整个系统有机的联合起来，而且还利用人工智能新技术对整个系统的控制过程进行最优化的处理，最后，它利用节能效果极佳的变频技术使整个系统真正在最节能最高效的状况下运行。25 住宅小区集中供冷自动计费系统5在我国，由于各方面的原因，现有的对集中供冷的收费仍采用传统的按面积收费的方法，该方法存在着许多的弊端，造成了能源的大量浪费。由于集中供冷计费能够将用户的自身利益与其能量的消耗结合起来，这势必会增加用户的节能意识，推动节能工作的良性向前发展，并使得用户的生活水平环境不断地提高和改善。因此，在集中供冷的住宅小区中必须进行分户计

21、费。通过对现有集中供冷收费方法进行详细地分析后，我们提出了一个基于公平的集中供冷计费方法，该方法充分考虑到各用户围护结构的不同和用户之间热传递所带来的影响，因此可以大幅减少在计费中出现的一些纠纷，增加计费的公平性。在此基础上开发集中供冷计费系统可以自动对各用户消耗的冷量进行计量，并可根据积压用户的围护结构对其消耗的冷量进行自动调节。采用住宅小区集中供冷自动计费系统后，可以促进用户更加主动地节约能源，从根本上杜绝集中供冷能源的人为浪费。3 集中供冷优化管理系统的网络实现通过对住宅小区集中供冷系统和各种通信技术的综合分析，集中供冷优化管理系统采用LonTalk作为自己的通信协议来集成集中供冷系统内

22、的各类子系统：集中供冷协调控制系统、集中供冷自动计费系统以及其他控制或管理子系统。LonWorks现场总线拓扑结构灵活多变，可根据建筑物的结构特点采用不同的网络连接方式，具有高度的可靠性、较好的可维护性和扩充性。在LonWorks现场总线中，由于采用统一的数据结构-网络变量，各类设备采集的数据可以共享，因此能节约大量的设备费用。建立在LonWorks现场上的LonTalk是一种开放性通信协议，遵守协议的设备和系统可以直接互连，组成无主站点对点的分布式网络。由于LonTalk通信协议已被子世界上3000多家著名企业采用，使得其已成为事实上的行业标准。集中供冷优化管理系统可能通过Internet与

23、外界联系，这使得决策人员、操作人员和管理人员可以集中供冷系统进行远程监控。当系统出现故障时，维修人员可在千里之外对其进行处理，因而能节省大量的人力和物力。（图3）图3 集中供冷优化管理系统在集中供冷优化管理系统中，我们采用密套接字协议层（Security Socket Layer，简称SSL）技术来保证系统的安全性，允许客户/服务器应用程序之间的通信不会被偷听、篡改和伪造。协作管理环境（Cooperation Management Enviroment,简称CME）软件功能模块包括电子白板、基于Web的访问工具、多媒体数据存储、文本信息交流工具和传输工具，通过这些工具，监控人员即使在千里之外，

24、也会觉得自己跟被管理的设备近在咫尺。4 应用实例应深圳市某单位的要求，我们利用本文提出的住宅小区集中供冷优化管理系统对深圳市某住宅小区的集中供冷系统进行了方案设计。该住宅小区位于深圳市区，预计住户总数将达到31240户。根据该小区的规划，我们拟设立三个集中供冷系统对小区进行供冷，其中，系统A共有住户13337户，系统B共有住户8691户，系统C共有住户9212户。 以下是我们为该小区设计的集中供冷系统部分方案：（1）集中供冷冷源使用的能源，可以分为电力方式、热力方式和混合方式。其中热力方式包括燃气、燃油、燃煤、外部供汽四种情况，混合方式指电力与热力兼有的方式。与以上三种能耗方式对应，集中供冷系

25、统常用的冷源设备主要是离心式（或螺杆式）制冷机和吸收式制冷机（包括直燃吸收式制冷机和蒸汽型吸收式制冷机）。根据本文提出的集中供冷冷源决策系统和深圳当地的能源政策，考虑到设备的初投资（包括增容费）、运行费用（与当地的电价、燃油价、天然气价等密切相关）、工作可靠性、对环境的影响等几个方面的因素后认为：在该小区的集中供冷系统中采用燃油价、天然气价等密切相关）、工作可靠性、对环境影响等几个方面的因素后认为：在该小区的集中供冷系统中采用燃气型直燃机具有最佳的经济和环境效益。（2）由地该住宅小区集中供冷系统的供冷范围比较大，这就使得冷水输送系统的消耗的能量非常大，而且室外管网的初投资和管网的冷损失也随着增

26、大。通过对整个系统的优化分析，发现当维持冷水机组的供水温度不变而提高回水温度时，可以提高整个集中供冷系统的经济性。经过详细计算确定，该小区集中供冷系统的最佳供回水温差为T=89。（3）为了进一步美化该住宅小区的环境，我们设计了利用人工瀑布或喷泉代替冷却塔对循环冷却水进行冷却的方案。具体方案为：在喷泉、瀑布跌落的水池中堆放一定的淋水填料，在填料的下部安装有风机，这样就形成一个降低水温用的冷却构筑物。其中，风机用来加大通风量，而淋水填料可以将水滴变成更小的水滴或很薄的水膜，以增大水与空气的接触面积和延长两者的接触时间，从而加强水与空气的热湿交换。水的冷却过程主要是在淋水填料中进行。（4）小区集中供

27、冷协调控制系统分别采集集中供冷系统中的冷却水流量、冷冻水流量、冷却水入口温度、冷冻水出口温度、冷却水塔风机功率及开启台数、冷却水泵功率及开启台数、冷冻水泵功率及开启台数、机组的能耗量（燃料量或耗电量）等参数后，在中央控制计算机上运用人工智能方法对这些参数进行优化组合，以求出整个集中供冷系统在当前负荷下的最优状态设定点，然后将优化后的系统控制变量再传送到系统中各设备的现场执行器，从而达到最大限度地节约能耗的目的。（5）集中供冷冷水输送系统采用二次泵分散的变流量系统，对各个分散二级泵的控制采用开度法进行控制，即根据各自系统内各个控制阀的开度来对变速水泵进行控制。具体步骤如下：当本系统中所有末端设备

28、的控制阀没有一个处于全开时，且此时系统内所有的负荷都得到满足时，则水泵慢慢降低速度；当本系统内有负荷没有得到满足，且此时该末端设备的控制阀处于全开时，则慢慢加大水泵的转速；当本系统中末端设备的所有控制阀有一个或多个处于全开时，且此时系统内民有的负荷都得到满足时，则水泵速度维持不变。（6）集中供冷自动计费系统采用三级结构：计费管理主机、区域管理器和现场数据采集器。计费内部采用RS-485通讯总线。计费管理主机总共可管理32台区域管理器，每台区域管理器可以连接255个现场数据采集器，而每个现场数据采集器可对4位住户进行管理，即一个计费系统总共可对30000多个用户进行管理。考虑到具体的安装条件和小区建设规划，每个集中供冷系统准备分别安装一个计费系统，整个小区为三个计费系统。计费管理主机与小区管理中心之间采用LonWorks现场总线进行连接。5 结论住宅小区集中供冷系统的优化管理是一项系统工程。本文提出的集中供冷系统优化管理系统坚持系统工程的概念，从技术、经济、环境、人文等多方面进行考虑，充分利用控制、计量、废热利用等多种手段，对住宅小区集中供冷系统的设计、建造、使用等过程进行全程优化管理，从而达到节约能源和保护环境的双重目的。通过对深圳市一项实际工程的应用表明，该优化管理系统是切实可行的。参考文献