变风量耦合变水量系统能耗计算与分析

摘要：以苏州市某服务中心建筑的变风量耦合变水量空调系统为研究对象，建立建筑模型，应用空调系统能耗分析软件 DEST 进行了多种方案下的能耗模拟计算，得出了相应的能耗值，并进行分析，以此可作为系统设计选型的依据。变风量耦合变水量空调系统能在各种内部和外部不断变化的情况下，通过系统的动态调节，控制室内热环境，且具有明显的节能特征。

关键词：空调系统；变风量；耦合；变水量；节能

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：1672-3198（2015）25-0291-02

1 引言

随着我国现代建筑的迅勐增加，中央空调的大量使用，中央空调能耗问题也日趋突出。如何使用与节约能源不仅关系到能量资源的合理利用，而且关系到对地球环境的保护。因此我们有必要根据中央空调系统运行全程中各种因素的动态变化对水系统变流量和风系统变流量的调节等进行研究，以达到既满足用户的舒适性或工艺性要求又达到节能的目的。并从根本上扭转建筑用能严重浪费的状况，对降低能耗具有十分重要意义。

2 建筑模型的建立

DEST 软件是以 CAD 软件为基本运行环境，本文采用该软件作为计算模拟工具。

2.1 工程概述

本工程位于苏州市，项目为苏州市某服务中心，建筑为 2 层，每层约 3600m2，建筑总面积约为 7200m2。建筑负荷性质是人员多、电子设备多，空调供冷需求量大，时间长（全年供冷，尤其是内区），因此对空调系统节能降耗的要求高，故采用变风量（VAV 系统）、变水量（VWV 系统）、定风量（CAV 系统）及定水量（CWV 系统）相互耦合的能耗结果进行分析，相互比较后以决定采用哪种最优方案。

2.2 建筑模型的建立

在 DEST 软件中绘制相关建筑平面后，确定建筑的地理位置，对建筑添加系统，确定房间的功能，这里是办公建筑。通过设定开停机时间、控制温度的上下限、对系统进行分区包括内外区的设定、定义整体系统的属性包括全空气系统（包括定风量与变风量系统）、空气-水系统（包括定流量与变流量系统）等，在全空气系统中也要定义空调箱的相关参数、在水系统中也分别定义水泵为定频还是变频，添加冷热源并定义相关属性。最后，进行模拟计算，包括负荷的计算、水泵能耗的计算、制冷主机能耗的计算、制热能源的消耗、冷却塔能耗的计算以及风机能耗的计算等。

3 不同系统相互耦合的能耗结果与节能分析

本文中利用 DEST 软件计算 VAV 系统、VWV 系统、CAV 系统及 CWV 系统相互耦合的能耗，方案 1 为 CAV 系统 +CWV 系统，方案 2 为 CAV 系统 +VWV 系统，方案 3 为 VAV 系统 +CWV 系统，方案 4 为 VAV 系统 +VWV 系统，为了分析方便，我们将以上四种耦合系统简称为方案 1、2、3、4，以下同。

现对计算结果进行分析如下：

VAV 系统、VWV 系统、CAV 系统及 CWV 系统相互耦合的冷机全年总电耗的情况如图 1。从图中可以看出冷机的全年总电耗最大的是 CAV 系统 +CWV 系统，而冷机全年总电耗最小的是 VAV 系统 +VWV 系统。但方案 2、3、4 三者相差不大，因此针对冷机的节能我们可以尽量采用方案 2、3、4。

图 1 冷机全年总电耗

方案 1、2、3、4 的冷冻水泵全年总电耗的情况如图 2。从图中可以看出方案 1、方案 3 的全年总电耗大，而方案 2、方案 4 的全年总电耗小，是因为方案 1、方案 3 的冷冻水泵为定频系统，而方案 2、方案 4 的冷冻水泵为变频系统，同样系统变频水泵的能量消耗 < 定频水泵的能量消耗。

图 2 冷冻水泵全年总电耗

方案 1、2、3、4 的冷却塔全年总电耗的情况如图 3。从图中可以看出方案 1、方案 2 的全年总电耗比方案 3、方案 4 的全年总电耗略大，但相差不大。

图 3 冷却塔全年总电耗

方案 1、2、3、4 的冷却水泵全年总电耗的情况如图 4。从图中可以看出方案 1、方案 3 的全年总电耗大，而方案 2、方案 4 的全年总电耗小，跟冷冻水泵的全年总电耗的情况一致，也是因为方案 1、方案 3 的冷却水泵为定频泵，而方案 2、方案 4 的的冷却水泵为变频泵，这是因为变频水泵的能量消耗 < 定频水泵的能量消耗的缘故。

图 4 冷却水泵全年总电耗

方案 1、2、3、4 的热源水系统水泵全年总电耗的情况如图 5。从图中可以看出方案 1 的全年总电耗最大、方案 3 的全年总电耗次之，而方案 2、方案 4 的全年总电耗与方案 1、方案 3 相比较小，也是因为方案 1、方案 3 的热源水泵为定频泵，而方案 2、方案 4 的热源水泵为变频泵的缘故。

图 5 热源水系统水泵全年总电耗

方案 1、2、3、4 的系统风机全年总电耗的情况如图 6。从图中可以看出方案 1、方案 2 的系统风机全年总电耗大，而方案 3、方案 4 的系统风机全年总电耗小，是因为方案 1、方案 2 为定风量系统 CAV，其风机的电耗与风量均为固定值，而方案 3、方案 4 为变风量系统 VAV，其风机的电耗随风量的变化而变化非固定值，因此方案 3、方案 4 的能耗要比方案 1、方案 2 的电耗要小。

图 6 系统风机总电耗

方案 1、2、3、4 的系统全年总电耗情况如图 7。从图中可以看出方案 1 的全年总电耗数值最大，而方案 2 的全年总电耗数值次之、方案 3 的全年总电耗数值再次之但与方案 2 相差不大、方案 4 的全年总电耗数值最小，也意味着方案 4 系统最节能。

图 7 系统全年总电耗

方案 1、2、3、4 相比较的节能率情况如图 8。以方案 1：CAV+CWV 为比较对象，从图中可以看出方案 4：VAV+VWV 节能率最大，而方案 3：VAV+CWV 次之、方案 2：CAV+VWV 再次之，方案 1：CAV+CWV 最不节能。

图 8 与 CAV+CWV 相比较的节能率%

4 结论

本工程利用 DEST 软件模拟得出了苏州市某服务中心建筑中央空调系统在四种方案下中央空调系统各组成部分如主机、输配系统、冷却塔等的能耗变化情况。模拟计算的结果表明，在上述四种耦合系统方案中，VAV 系统 +VWV 系统能耗最低，CAV 系统 +CWV 系统能耗最大，前者与后者相比可节能 33.2%。而 CAV 系统 +VWV 系统以及 VAV 系统 +CWV 系统的能耗处于中间。VAV 系统耦合 VWV 系统与传统 CAV 系统及 CWV 系统的相比节能优势明显，节能效果显着，可达到 30% 左右，是一种高效节能环保的空调系统，适合在需要全空气系统的建筑使用。随着节能减排的大力提倡，只要我们不断地深入研究其系统设计、应用、管理等问题，VAV 系统耦合 VWV 系统技术还是值得推广应用的。

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作者杨胤保