中央空調水系統節能措施探討

梁廣輝

廣州市住宅建筑設計院有限公司，廣東 廣州 510623

中央空調工程在建筑物中的耗能約占建筑物耗能的6成以上。同時大多數中央空調工程中存在浪費很多能源的情況，一般空調水系統的輸配用電，在冬季供暖期間約占整個建筑動力用電的20%～25%；夏季供冷期間約占12%～24%，因此水系統節能具有重要意義。

1 水泵的選擇

冷水泵和冷卻水泵的容量是按建筑物最大的設計負荷選定的，水泵揚程由系統最不利環路沿程阻力和局部阻力之和確定。實際工程因系統管路復雜，阻力計算往往只是粗略計算，而考慮很高的安全系數，這樣水泵揚程選擇往往偏大，用閥門消耗了大部分揚程的電能，對水泵的節能是極為不利。如果完全打開水閥，減小閥門的阻力，水泵的運行工況不在性能曲線上最佳范圍，效率下降，電耗增加，而且可能會比水泵電機的額定功率大很多，這樣，就很可能會將水泵電機燒毀。水泵的選擇計算，應貫徹執行國家節能設計標準對水系統“水輸送系數”的要求：空調供冷的水輸送系數不得小于30。同時對系統最不利環路阻力的計算應該力求準確以選擇適當水泵揚程使水泵達到經濟運行的目的。另外，泵的設置，經常未考慮冬夏季空調水量的差別，冬夏共用l臺水泵，冬季大流量小溫差，低效運行，電能浪費很大。為此建議冬夏季的冷水循環泵和熱水循環泵分別設置。

2 空調水系統節能措施

目前空調冷水系統大都采用 1 級泵定流量系統。水泵容量是按冷水機組最大負荷時選定的，且全年在固定的水流量下工作。當一些空調末端停機時，水閥不能關閉，回水溫度隨著降低，使得供回水間溫差減小。由于季節晝夜和建筑物使用功能的不同，實際空調負荷在一年絕大部分時間內遠比設計負荷低（前面也談到過），全年有60%的時間實際負荷是在設計負荷的50%～70%以下運行，而冷水流量不變情況下，供回水間溫差由設計的5℃～7℃降為0.5℃～1.0℃，即系統在大流量小溫差的情況下工作，從而浪費了水泵運行的輸送能量，且增大了管路系統的冷熱量損失。為了較好實現節能目標，慮空調水系統設計為變流量系統。在空調末端設二通閥，依據室內恒溫器的信號或送風溫度信號，控制二通閥門的開度，改變負荷側的水流量達到變流量的目的。但在冷源側，通過冷水機組蒸發器的水流量是不能低于所需水量的額定值的，否則導致冷水溫度過低，甚至有結冰危險，所以在供回水干管之間須設置帶調節閥的旁通管以保證通過冷水機組蒸發器的水流量的恒定一次泵變流量系統冷源側常采用多臺冷水機組和多臺冷水泵（每臺冷水泵對應1臺冷水機組）的方式。此時，每臺水泵水流量不變，冷水泵和相應的冷水機組進行臺數控制，以使冷水機組在部分負荷下進行節能運行。對于一次泵變流量系統臺數控制方法，很多資料上介紹為壓差旁通控制水泵再聯鎖冷水機組，壓差控制即定壓控制，根據設定供回水壓差上下限來控制水泵的減增。這一傳統的控制模式只適用于具有陡降型特性曲線的水泵，這時減泵運行時也存在水泵低效運轉的問題。

2.1 負荷控制法

如今，由于水泵制造技術的提高，水泵在最高效率附近的特性曲線大多為平坦型。平坦型特性曲線水泵對管道壓力變化反應遲鈍，影響調節質量。多臺水泵并聯工作，情況更為嚴重。因此，壓差控制就難以滿足要求。針對這一情況，出現流量控制法。而一次泵變流量系統的負荷控制法是較為成熟的控制模式，冷水機組與一次水泵是分別控制的。冷水機組負荷控制原理是：在一次泵的供水干管上安裝一個流量檢測器，在供回水干管上各安裝一個溫度檢測器，通過測得一次泵環路的供回水溫差與供水流量而計算出需冷量。當末端冷量減少時，一次泵環路供回水間的溫差隨需冷量的減少而減少，經熱量計算器計算減少的冷量為l臺冷水機 組的容量時，即停開1臺冷水機組。反之，當末端需冷量增加，系統所增加的 冷量為1臺冷水機組的容量時，即開啟l臺冷水機組。此時，與之對應的水泵 必須提前運轉，即冷水機組必須有水流過才能啟動。一次水泵的臺數控制則采用流量控制法。其控制原理是：供水總管上流量檢測器測得的實際水量，通過變送器將流量信號變成脈沖信號送到臺數控制器，控制器按各臺水泵預設定的流量范圍和變送器送來的信號進行比較，如果實際用水量小于1臺水泵的容量時，則停止1臺水泵運行；當實際用水量增加時，水泵的加泵過程與此相反。為了保證一次泵流量和冷水機水量恒定，采用負荷控制時，要求在一次泵供回水干管間設置帶調節閥的旁通管，并采用固定供回水壓差的方法。此處的壓差控制只是通過供回水壓差調節旁通閥的開啟度以控制旁通水量，并不能直接控制水泵的停啟。當然，亦可采集旁通水量大小信號來實現水泵的流量臺數控制。一次泵臺數控制變流量水系統較為簡單，選擇多臺冷水機組可滿足全年空調冷負荷的變化要求，又能達到節能運行的目的；且能大幅度減少每臺水泵的運行時間，延長使用壽命。只是機組和水泵臺數較多，增加機房面積和初投資，對于溫控二通閥及旁通控制裝置也有很高質量要求，確保系統運行時能夠有效動作。

2.2 水泵變頻調速控制法

隨著控制技術的發展，不同類型冷水機組都配置有完善的控制裝置，能根據負荷變化自動調節蒸發器和冷凝器中冷媒循環流量，為水系統的變流量運行提供了基礎條件。冷水系統變流量的調節范圍可控制在70%（或60%）～100%之間。當實際用戶負荷變化時，供水量隨之變化，可直接通過水泵的變頻調速控制達到節能目的。而對于冷水機組的冷卻水系統進行變流量運行也是完全可行的，由于冷卻水量較冷水流量大20%～30%，其節能效果更加顯著。通過水泵的變頻調速控制，變頻器在1～2年內即可回收投資。

空調水系統采用變流量運行，使輸送能耗能隨流量的增減而增減，具有顯著的節能效益和經濟效益。

3 結論

中央空調在給人們提供舒適的生活和工作環境的同時,又消耗掉了大量的能源，且不斷增大。我們必須在空調系統中考慮節能控制，針對不同的工程，提出相應的控制措施，使空調系統發揮最佳的運行效用，保證能源的合理利用，實現可持續發展。

[1]樊越勝，郭慶剛，拓彩云.空調水系統節能現狀分析[J].建筑熱能通風空調，2010(4).

[2]王慧召，王慧敏，林偉.中央空調系統的節能分析[J].能源工程，2009(3).

[3]李玉云，高春雪，翁維安.中央空調水系統的節能改造技術與實踐[J].節能，2008(10).

[4]巫莉.中央空調水系統節能改造技術的研究與實現[J].機電工程技術，2008(5).

[5]馬最良，倪龍，唐青松.空調水系統的節能要點[J].中國建設信息供熱制冷，2008(10).