中央空調水系統節能檢測分析

徐文宇

（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司建筑節能研究所 廣東廣州 510500）

中央空調水系統節能檢測分析

徐文宇

（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司建筑節能研究所 廣東廣州 510500）

本文通過對中央空調水系統能耗分析，采用一次泵變頻調節泵流量的方式，根據冷凍水的回水溫度和冷卻水的出水溫度變化調節相應泵流量，大大降低了泵的功耗。

中央空調；水系統；節能；能耗分析

1 中央空調水系統簡介

1.1 中央空調系統的結構

中央空調系統的結構主要包括制冷機系統、冷凍水系統、冷卻水系統以及熱交換盤管系統等。其制冷原理是制冷機系統通過消耗電能對制冷劑進行壓縮和膨脹，當制冷劑經節流元件膨脹時，通過熱交換會吸收循環水的熱量；當制冷劑被壓縮時，會放出自身熱量給循環水。通過這一系列連續的壓縮和膨脹過程便實現將熱量從室內釋放到室外。

1.2 水系統的組成及任務

空調水系統包括冷凍水系統和冷卻水系統，兩者起著熱量載體的作用。從制冷原理上可以看出：在制冷劑膨脹過程中，冷凍水系統通過冷凍水泵使水循環與制冷劑進行熱交換，熱交換后的水被吸走熱量成為冷凍水，經冷凍水泵輸送到風口處盤管再與空氣進行熱交換以吸走室內熱量而實現降溫。在制冷劑壓縮過程中，冷卻水通過冷卻水泵使水循環與制冷劑進行熱交換，熱交換后的水被吸走熱量，經水冷卻塔將高溫的水冷卻至常溫。

2 中央空調水系統節能檢測及分析

為了避免能量損耗，大多空調水系統采用水泵變頻調流量系統，因此需對水系統中的一些參數進行檢測，如流量，水的回水溫度等，然后將信號傳輸給變頻器來控制泵流量。

2.1 冷凍水系統檢測及能耗分析

冷凍水系統主要對水的回水溫度進行檢測，防止出現大流量小溫差的現象，導致冷凍水泵不必要的大轉速運行所造成的能量損失，即當溫差較小時，減小冷水泵轉速以降低流量。另外，冷凍水作為室內冷源，其輸送管道結構復雜、管網遍布整棟建筑，不同位置環境不同并且冷凍水完成一次換熱循環可能需較長時間，因此綜合考慮以能耗最低的形式對冷凍水的回水溫度進行設定。

對于一次泵變頻調流量系統中冷凍水泵的能耗

其中Qmax是冷凍水泵最大流量；N1對大流量下對應的軸功率；LCHW是冷凍水流量率。

從上述公式可以看出，冷凍水泵的能耗是冷凍水流量率的函數，因此對冷凍水系統能耗的分析應從冷凍水流量率出發，在滿足空調負荷的情況下，應以低流量循環冷凍水。

2.2 冷卻水系統檢測及能耗分析

冷卻水系統包含冷卻水循環系統和冷卻塔系統。因此情況較為復雜，需要檢測的參數較多，如冷卻水出水溫度、水流量、冷卻塔風量、以及泵和風機的轉速等。在冷卻水系統中同樣會遇到大流量小溫差的現象，同樣需要監控冷卻水的出水溫度。

對于一次泵變頻調流量系統中冷卻水泵的能耗

其中Qmax是冷卻水泵最大流量；N1對大流量下對應的軸功率；LCHW是冷卻水流量率。

從上述公式可以看出，冷卻水泵的能耗是冷卻水流量率的函數，同樣對冷卻水系統能耗的分析應從冷卻水流量率出發，在滿足空調負荷的情況下，通過減小冷卻水泵和風機轉速，降低流量和減小風量達到節能的目的。

3 中央空調水系統節能優化措施

在大多數情況下，中央空調都不是以滿負荷狀態運行，一天之中大約有4h左右的時間是高負荷運行，因此如果以高負荷狀態下的水流量進行循環，那么低負荷狀態下都在進行能量損耗。隨著中央空調節能的研究，水系統的變頻調節是運用較多的方法之一。

3.1 優化冷凍水泵控制

為了實現冷水流量大小隨空調負荷的浮動而改變，避免出現負荷較小時冷凍水流量相對較大而造成能量損失的情況，可以對冷水泵采用恒溫差變頻控制來解決這個問題。即設定冷卻水的進水溫度和回水溫度之間差值，通過溫度傳感器對冷凍水的回水溫度進行監控，將信號反饋給變頻器以調節冷卻泵轉速控制流量。如果低于設定值，則說明空調負荷較小，需減小冷凍水泵的轉速以降低流量，滿足室內冷量的需求。

3.2 優化冷卻水泵控制

當環境溫度發生變化，冷卻水的進水溫度也會隨之變化，則會出現空調負荷較小，只需少量的冷卻水便可將熱量移走。在滿足空調負荷的情況下，若流量相對較大則會造成冷卻水泵的能耗增大。為了解決這個問題，采用冷凝溫度變頻控制法，即通過溫度傳感器監控冷卻水與冷凝器換熱后的出水溫度。如果溫度低于設定值，則說明換熱較少，需減小冷卻泵轉速以降低流量，便于充分換熱。

3.3 優化冷卻塔風機控制

冷卻塔是冷卻水系統的核心，是將與冷凝器換熱后的高溫冷卻水冷卻到常溫。除對風機采用變頻控制以隨溫度變化調節風量大小外，還采用多臺并聯方式，既可以充分利用冷卻塔冷卻面積，又可以防止冷卻水旁流，提高了冷卻塔的降溫效率。

4 結語

綜上所述，中央空調水系統采用一次泵變頻調流量的方式，根據空調負荷的大小做出適當流量的調節，降低了水泵和風機的功耗。由于中央空調水系統各個環節之間并非孤立運行的，彼此之間都是相互影響的，因此對于水系統的節能分析應綜合考慮，使各個環節部分或同時達到能耗最低的目的，最終實現水系統的節能。

[1]謝瓊慧.中央空調水系統變頻節能改造的探討[J].科技與創新, 2014(13):10-11.

[2]徐鳳平,嚴良文.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(32):54-56.

徐文宇（1987—），男 本科，學士，助理工程師。