中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能措施探討

梁廣輝

廣州市住宅建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510623

中央空調(diào)工程在建筑物中的耗能約占建筑物耗能的6成以上。同時(shí)大多數(shù)中央空調(diào)工程中存在浪費(fèi)很多能源的情況，一般空調(diào)水系統(tǒng)的輸配用電，在冬季供暖期間約占整個(gè)建筑動(dòng)力用電的20%～25%；夏季供冷期間約占12%～24%，因此水系統(tǒng)節(jié)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(shè)計(jì)負(fù)荷選定的，水泵揚(yáng)程由系統(tǒng)最不利環(huán)路沿程阻力和局部阻力之和確定。實(shí)際工程因系統(tǒng)管路復(fù)雜，阻力計(jì)算往往只是粗略計(jì)算，而考慮很高的安全系數(shù)，這樣水泵揚(yáng)程選擇往往偏大，用閥門消耗了大部分揚(yáng)程的電能，對(duì)水泵的節(jié)能是極為不利。如果完全打開(kāi)水閥，減小閥門的阻力，水泵的運(yùn)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(huì)比水泵電機(jī)的額定功率大很多，這樣，就很可能會(huì)將水泵電機(jī)燒毀。水泵的選擇計(jì)算，應(yīng)貫徹執(zhí)行國(guó)家節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水系統(tǒng)“水輸送系數(shù)”的要求：空調(diào)供冷的水輸送系數(shù)不得小于30。同時(shí)對(duì)系統(tǒng)最不利環(huán)路阻力的計(jì)算應(yīng)該力求準(zhǔn)確以選擇適當(dāng)水泵揚(yáng)程使水泵達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。另外，泵的設(shè)置，經(jīng)常未考慮冬夏季空調(diào)水量的差別，冬夏共用l臺(tái)水泵，冬季大流量小溫差，低效運(yùn)行，電能浪費(fèi)很大。為此建議冬夏季的冷水循環(huán)泵和熱水循環(huán)泵分別設(shè)置。

2 空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能措施

目前空調(diào)冷水系統(tǒng)大都采用 1 級(jí)泵定流量系統(tǒng)。水泵容量是按冷水機(jī)組最大負(fù)荷時(shí)選定的，且全年在固定的水流量下工作。當(dāng)一些空調(diào)末端停機(jī)時(shí)，水閥不能關(guān)閉，回水溫度隨著降低，使得供回水間溫差減小。由于季節(jié)晝夜和建筑物使用功能的不同，實(shí)際空調(diào)負(fù)荷在一年絕大部分時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)負(fù)荷低（前面也談到過(guò)），全年有60%的時(shí)間實(shí)際負(fù)荷是在設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%～70%以下運(yùn)行，而冷水流量不變情況下，供回水間溫差由設(shè)計(jì)的5℃～7℃降為0.5℃～1.0℃，即系統(tǒng)在大流量小溫差的情況下工作，從而浪費(fèi)了水泵運(yùn)行的輸送能量，且增大了管路系統(tǒng)的冷熱量損失。為了較好實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，慮空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為變流量系統(tǒng)。在空調(diào)末端設(shè)二通閥，依據(jù)室內(nèi)恒溫器的信號(hào)或送風(fēng)溫度信號(hào)，控制二通閥門的開(kāi)度，改變負(fù)荷側(cè)的水流量達(dá)到變流量的目的。但在冷源側(cè)，通過(guò)冷水機(jī)組蒸發(fā)器的水流量是不能低于所需水量的額定值的，否則導(dǎo)致冷水溫度過(guò)低，甚至有結(jié)冰危險(xiǎn)，所以在供回水干管之間須設(shè)置帶調(diào)節(jié)閥的旁通管以保證通過(guò)冷水機(jī)組蒸發(fā)器的水流量的恒定一次泵變流量系統(tǒng)冷源側(cè)常采用多臺(tái)冷水機(jī)組和多臺(tái)冷水泵（每臺(tái)冷水泵對(duì)應(yīng)1臺(tái)冷水機(jī)組）的方式。此時(shí)，每臺(tái)水泵水流量不變，冷水泵和相應(yīng)的冷水機(jī)組進(jìn)行臺(tái)數(shù)控制，以使冷水機(jī)組在部分負(fù)荷下進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行。對(duì)于一次泵變流量系統(tǒng)臺(tái)數(shù)控制方法，很多資料上介紹為壓差旁通控制水泵再聯(lián)鎖冷水機(jī)組，壓差控制即定壓控制，根據(jù)設(shè)定供回水壓差上下限來(lái)控制水泵的減增。這一傳統(tǒng)的控制模式只適用于具有陡降型特性曲線的水泵，這時(shí)減泵運(yùn)行時(shí)也存在水泵低效運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。

2.1 負(fù)荷控制法

如今，由于水泵制造技術(shù)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(duì)管道壓力變化反應(yīng)遲鈍，影響調(diào)節(jié)質(zhì)量。多臺(tái)水泵并聯(lián)工作，情況更為嚴(yán)重。因此，壓差控制就難以滿足要求。針對(duì)這一情況，出現(xiàn)流量控制法。而一次泵變流量系統(tǒng)的負(fù)荷控制法是較為成熟的控制模式，冷水機(jī)組與一次水泵是分別控制的。冷水機(jī)組負(fù)荷控制原理是：在一次泵的供水干管上安裝一個(gè)流量檢測(cè)器，在供回水干管上各安裝一個(gè)溫度檢測(cè)器，通過(guò)測(cè)得一次泵環(huán)路的供回水溫差與供水流量而計(jì)算出需冷量。當(dāng)末端冷量減少時(shí)，一次泵環(huán)路供回水間的溫差隨需冷量的減少而減少，經(jīng)熱量計(jì)算器計(jì)算減少的冷量為l臺(tái)冷水機(jī) 組的容量時(shí)，即停開(kāi)1臺(tái)冷水機(jī)組。反之，當(dāng)末端需冷量增加，系統(tǒng)所增加的 冷量為1臺(tái)冷水機(jī)組的容量時(shí)，即開(kāi)啟l臺(tái)冷水機(jī)組。此時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的水泵 必須提前運(yùn)轉(zhuǎn)，即冷水機(jī)組必須有水流過(guò)才能啟動(dòng)。一次水泵的臺(tái)數(shù)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(cè)器測(cè)得的實(shí)際水量，通過(guò)變送器將流量信號(hào)變成脈沖信號(hào)送到臺(tái)數(shù)控制器，控制器按各臺(tái)水泵預(yù)設(shè)定的流量范圍和變送器送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行比較，如果實(shí)際用水量小于1臺(tái)水泵的容量時(shí)，則停止1臺(tái)水泵運(yùn)行；當(dāng)實(shí)際用水量增加時(shí)，水泵的加泵過(guò)程與此相反。為了保證一次泵流量和冷水機(jī)水量恒定，采用負(fù)荷控制時(shí)，要求在一次泵供回水干管間設(shè)置帶調(diào)節(jié)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(guò)供回水壓差調(diào)節(jié)旁通閥的開(kāi)啟度以控制旁通水量，并不能直接控制水泵的停啟。當(dāng)然，亦可采集旁通水量大小信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)水泵的流量臺(tái)數(shù)控制。一次泵臺(tái)數(shù)控制變流量水系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，選擇多臺(tái)冷水機(jī)組可滿足全年空調(diào)冷負(fù)荷的變化要求，又能達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的；且能大幅度減少每臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間，延長(zhǎng)使用壽命。只是機(jī)組和水泵臺(tái)數(shù)較多，增加機(jī)房面積和初投資，對(duì)于溫控二通閥及旁通控制裝置也有很高質(zhì)量要求，確保系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能夠有效動(dòng)作。

2.2 水泵變頻調(diào)速控制法

隨著控制技術(shù)的發(fā)展，不同類型冷水機(jī)組都配置有完善的控制裝置，能根據(jù)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸發(fā)器和冷凝器中冷媒循環(huán)流量，為水系統(tǒng)的變流量運(yùn)行提供了基礎(chǔ)條件。冷水系統(tǒng)變流量的調(diào)節(jié)范圍可控制在70%（或60%）～100%之間。當(dāng)實(shí)際用戶負(fù)荷變化時(shí)，供水量隨之變化，可直接通過(guò)水泵的變頻調(diào)速控制達(dá)到節(jié)能目的。而對(duì)于冷水機(jī)組的冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行變流量運(yùn)行也是完全可行的，由于冷卻水量較冷水流量大20%～30%，其節(jié)能效果更加顯著。通過(guò)水泵的變頻調(diào)速控制，變頻器在1～2年內(nèi)即可回收投資。

空調(diào)水系統(tǒng)采用變流量運(yùn)行，使輸送能耗能隨流量的增減而增減，具有顯著的節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

中央空調(diào)在給人們提供舒適的生活和工作環(huán)境的同時(shí),又消耗掉了大量的能源，且不斷增大。我們必須在空調(diào)系統(tǒng)中考慮節(jié)能控制，針對(duì)不同的工程，提出相應(yīng)的控制措施，使空調(diào)系統(tǒng)發(fā)揮最佳的運(yùn)行效用，保證能源的合理利用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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