中央空調水系統節能改造的探討

林錦標

摘 要：主要對中央空調水系統的節能改造展開了探討，通過結合具體實例，分析了水系統的能效，并詳細闡述了中央空調水系統節能改造的方案和效果，以期為有關方面的需要提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：中央空調；水系統；節能改造；換熱站

中圖分類號：TU831 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.092

中央空調水系統的運行能耗在建筑能耗中所占的比例較大，隨著環保型社會的發展，中央空調水系統的節能改造已成為趨勢。因此，如何有效對中央空調水系統進行節能改造成為了相關工作人員需要解決的問題。本文就中央空調水系統的節能改造進行了探討，以期為有關方面提供一定的幫助。

1 中央空調水系統概況

某商業大廈的結構為地下2層、地上5層，空調總面積約為20 000 m2，中央空調機房位于地下2層，該大廈的中央空調水系統如圖1所示。該空調系統配備了功率為3.4×106 kJ/h的離心式冷水機組2臺、3.14×106 kJ/h的螺桿式冷水機組（30HXC250A）1臺、采暖用換熱站、水泵和膨脹水箱等設備。膨脹水箱位于地上5層頂部。考慮到節能和系統運行可靠性等方面，設置了3臺離心式水泵，型號為KQW150/400-45/4 （流量為200 m3/h，揚程為50 m，功率為44.83 kW，轉速為1 480 r/min），在制冷（2用1備）和采暖工況（1用2備）下共用。

圖1 中央空調水系統簡圖

該水系統為閉式機械循環回路。在標準制冷工況下，水從回水箱經由水泵送至冷水機組，被冷卻至7～12 ℃，然后從分水箱供應給各個回路，流經空調末端設備吸熱后，以18～21 ℃的回水溫度回流至回水箱，循環往復；在制熱工況下，水從回水箱經由水泵送至熱交換器換熱，加熱后從分水箱供應給各個回路，流經空調末端設備放熱后回流至回水箱，循環往復。

2 水系統能效分析

2.1 水系統的運行情況

在該中央空調系統運行中，如果水泵出口閥全開，則會因水流量過大會而導致電機過載。因此，關閉了部分水泵的出口閥，以調節水流量。實際運行中，泵出口閥開度較小，約為全行程的25%，如果進一步稍微調小出口閥，則會對水流量造成較大的影響，進而難以準確控制流量。為了保證空調系統在任何負荷狀態下都能提供足夠的冷凍水，就要將水泵流量調整到最大，從而使電機運行接近滿負荷狀態。此外，該系統供回水溫差低于最佳供回水溫差（5 ℃）。改進前，在制冷工況下水系統各處的壓力、溫度等參數見圖1.

2.2 水系統能耗分析

圖2為離心泵揚程和輸出功率隨流量變化的特性曲線。在原方案中，水泵進出口壓差為0.43 MPa。此時，泵的揚程約為43 m，泵的工作點為A點。由圖2可知，單臺泵的流量約為73 L/s（263 m3/h），電機功率接近額定功率（約為44 kW，實測為44.83 kW）。根據水泵壓差可知，在泵43 m的揚程中，有23 m用于克服出口閥的阻力，20 m用于克服管路系統的阻力。如果將泵出口閥繼續開大，則閥的阻力會減小，泵的工作點沿揚程特性曲線P1向右下方移動，泵流量增加，揚程減小，泵的輸出功率提高，但如果流量太大，則會導致電機過載；如果將泵出口閥關小，則閥的阻力會增大，泵的工作點沿揚程特性曲線P1向左上方移動，泵流量減小，揚程增大，泵的輸出功率降低。

采用節流調節的方式后，雖然在一定程度上降低了消耗，可防止電機過載，但因閥的阻力造成了壓頭損失和功率消耗，進而降低了系統運行的經濟性。

圖2 離心泵功率特性曲線

3 水系統節能改進方案

通過分析該商廈中央空調水系統運行參數發現，其水泵的實際流量過大、供回水溫差偏小，系統運行時需要通過大幅度關小水泵出口閥調節流量以防止電機過載，但因調節流量時難以控制出口閥的精度，進而造成調節后的水泵的實際流量仍然超過循環系統的需要，其原因是配備的水泵揚程過大。如果采用滿足流量要求的較低揚程離心泵代替原泵，則可不進行節流調節或縮小調節幅度，且系統運行功耗可大大降低。

在閉式循環系統中，由于膨脹水箱的存在，水箱液位在泵進口會產生約35 m的靜壓力，而該系統的供水高度約為30 m，因此，在計算泵的揚程時可不考慮供水高度，只根據管路水的流量需求和管路阻力特性選擇流量和揚程合適的泵即可。考慮到空調系統的各種運行工況，通過分析現場參數和離心泵特性曲線，確定了合適的水流量和管路阻力：在2臺泵并聯工作時的管路阻力約為23 m，單臺泵的流量約為160 m3/h。經查詢，可選用3臺原廠家生產的型號為KQW150/285-18.5/4的離心泵（額定流量為173 m3/h，額定揚程為24 m，泵功率為18.5 kW）取代原先的3臺離心泵。

4 節能效果分析

該商廈中央空調水系統運行的具體情況如下：①制冷運行工況。2012-01—10，2臺水泵并聯運行，每年運行時間約為2 100 h。

②制熱運行工況。2012-01—2013-03，1臺水泵運行，每年運行時間約為2 000 h。

如果選擇型號為KQW150/285-18.5/4的離心泵取代原先的離心泵，并改進水系統，根據圖2中曲線P2可知，流量為160 m3/h時，泵功的率約為15 kW。中央空調水系統改進前、后的能耗如表1所示。

表1 中央空調水系統改進前、后的能耗

運行工況 水泵數量/臺 水泵工況實耗功/kW 年用電量/（kW·h）

改進前 制冷 2 89.6 188 160

制熱 1 44.6 93 660

改進后 制冷 2 30 63 000

制熱 1 15 30 000

每年電量 188 820

根據上述分析，用低揚程的KQW150/285-18.5/4離心泵取代原先的泵可取得可觀的經濟效益。由此可見，上述節能改進方案是可行的。

5 項目節能改造后的節電效益分析

按照上述方案改進水系統后，由于采用的是原廠家產品，KQW150/285-18.5/4離心泵除安裝高度比原泵低55 mm外，其

余尺寸完全一致，因此，只需對泵的出口連接管上稍加改動即可。整個空調系統運行調試結果顯示，水系統的功耗與改進前的分析結果基本相符。改造完成后，對水系統的運行節能效果跟蹤檢驗了一年：3臺水泵的運行時間分別為2 466 h、2 130 h和2 144 h，總計6 740 h，按節能改造前的電機功率6 740 h×45 kW=303 300 kW·h計算，改造后實際用電量為98 988 kW·h，節電量為204 312 kW·h，節電費用為204 312 kW·h×0.889 4元/（kW·h）=181 715.1元。相比改造前，節電率約為67%.

6 結束語

綜上所述，水系統是建筑中央空調系統中不可或缺的一部分，也是建筑能耗最高的一部分。因此，在節能改造中必須具備科學、合理的改造方案，且按照實際情況采取有效措施保障改造質量，以創造更大的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]呂慶昌.中央空調節能改造探討[J].山東工業技術，2014（19）.

[2]徐鳳平，嚴良文，李文，等.中央空調水系統變頻節能改造分析與實踐[J].自動化儀表，2011（09）.

〔編輯：張思楠〕