高效电制冷机组在溴化锂制冷系统改造中研究及应用

摘要

空调系统能耗占整个建筑能耗的1/3以上，节能改造意义重大。空调系统中，溴化锂制冷系统存在严重不合理用能现象，溴化锂机房能耗水平普遍较高，针对溴化锂机房改造节能潜力较大。高效电制冷系统是溴化锂系统改造中的一种高效节能方案。 本文基于TRNSYS软件建立电制冷系统仿真平台，包括融合厂家性能曲线的电制冷机组模块、融合厂家性能曲线的变频水泵模块、MATLAB实现的多参数控制模块以及其它辅助模块。本文基于制冷机房TRNSYS研究平台完成空调系统能耗仿真计算并深入研究空调系统节能策略。 本文以福泰广场溴化锂改造工程为例，对原溴化锂机房进行调研并进行能耗诊断，分析溴化锂机房“高能耗”根源。采用DeST软件对福泰广场进行动态负荷模拟，根据模拟结果指导改造方案中设备选型，同时为TRNSYS模拟提供负荷数据。本次改造使用高效螺杆机组替代原热水型溴化锂机组，淘汰原低效水泵、冷却塔等设备，更换合适的泵及冷却塔。施工过程采用BIM技术，提高施工效率并节约费用。同时为达到机房运行能耗最低的目标，实现供冷量与负荷相匹配，配置一套PLC群控系统。机房群控是实现设备高效运行的有效方式，本文结合工程实际以机房总能耗最低为目标研究空调系统节能策略，研究不同参数对冷机的能效影响，比较分析逐台启动法与负荷率优化分配法两种方式的能耗表现，优化不同负荷率下冷却塔风量与冷却水流量的参数，最后给出了PLC控制的硬件系统与软件系统的工程实现。 通过数据采集系统得到间隔5分钟的各用电设备能耗、水系统的温度、压力和流量数据。经过数据筛选得到真实可靠数据，基于此数据集进行数据处理分析，计算出建筑逐时负荷、各设备逐时耗电量、各设备逐时效率、冷站逐时能效。计算结果可用于原空调系统的诊断、分析改造后溴化锂机房改造效果，同时也为TRNSYS能耗模拟做对比验证。 与实测结果相比，福泰广场的TRNSYS制冷机房模型制冷季总能耗误差为9.7%。经改造，改造空调系统节能效果明显，改造后整个制冷季平均COP为6.91，平均EER为4.28。按照标准煤计算，福泰广场在制冷季的节能率高达77.6%。为真实反映溴化锂机房改造项目的成本与效益，本文采用全生命周期方法对福泰广场溴化锂改造项目进行计算，在能源合同期限内，节能服务公司共获益76.22万元，业主获益118.38万元；环境效益方面，共节约157.4万元。 综上，既有建筑的节能改造中，电制冷系统替代溴化锂系统是回报率较高的技术，具有大范围推广价值。本文中采用的研究方法和改造措施可以作为同类溴化锂机房改造项目的参照。

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摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.1.1 公共建筑空调系统节能意义

1.1.2 溴化锂机房改造意义

1.2 研究综述

1.2.1溴化锂与电制冷方案选型研究

1.2.2电制冷在溴化锂改造中实际工程应用

1.2.3空调系统节能策略研究

1.3 本文研究目的及研究方法

第2章 制冷机房数学模型

2.1 TRNSYS简介

2.2 电制冷机组TRNSYS模型

2.3 变频水泵TRNSYS模型

2.4 冷却塔TRNSYS模型

2.5 其他仿真模块介绍

2.6 制冷机房模型

2.7 本章小结

第3章 福泰广场溴化锂机房改造

3.1 福泰广场溴化锂机房调研

3.1.1 基本信息

3.1.2 原空调系统存在问题

3.1.3 改造前能耗调研

3.2 DeST软件仿真

3.2.1 DeST仿真

3.2.2 计算结果

3.3 改造方案

3.3.1 更换高效设备

3.3.2 BIM应用

3.3.3增设机房群控系统

3.4 本章小结

第4章 电制冷控制策略研究

4.1 数据采集与分析

4.1.1 数据采集方案

4.1.2 计算方法

4.1.3 k-means简介

4.1.4 数据清洗方案

4.2 机组能效影响因素分析

4.2.1 相关性分析

4.2.2 不同参数对机组效率影响

4.3 制冷机房控制优化

4.3.1 机组控制优化

4.3.2 冷却系统优化

4.4 机房群控工程实现

4.4.1 群控硬件系统

4.4.2 机房群控软件系统

4.5本章小结

第5章 溴化锂机房改造效果

5.1机组改造效果

5.2 水泵效率分析

5.3冷却塔效率分析

5.4 制冷机房能效分析

5.5 改造末端效果

5.6 模型验证

5.7 溴化锂改造项目全生命周期分析

5.7.1 成本分析

5.7.2 效益分析

5.7.3 净收益计算

5.7.4 项目全生命周期计算

5.8 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致 谢