建筑中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造分析

摘要：中央空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗占了建筑能耗的相當一部分，結(jié)合實際情況對其進行改造能達到明顯的節(jié)能效果。本文結(jié)合某建筑中央空調(diào)水系統(tǒng)為例，說明了某商廈中央空調(diào)水系統(tǒng)概況，闡述了水系統(tǒng)能效的相關(guān)分析，提出了中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改進方案，分析了水系統(tǒng)節(jié)能改造方案節(jié)能效果和項目節(jié)能改造后的節(jié)電效益。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；水系統(tǒng)；節(jié)能改造；分析

引言

城市化進程加快的今天，中央空調(diào)水系統(tǒng)運行能耗占到了建筑能耗的相當一部分。但是由于一些建筑在建造時沒有注重實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗設(shè)計，導(dǎo)致了建筑能耗大大提高的現(xiàn)象。因此如何對中央空調(diào)水系統(tǒng)進行節(jié)能改造成為了工作人員需要解決的問題。下面就此進行討論分析。

1中央空調(diào)水系統(tǒng)概況

某商廈中央空調(diào)水系統(tǒng)如圖1所示。商廈建筑物地上5層、地下2層，空調(diào)總面積約為20000m2，中央空調(diào)機房位于地下2層?？照{(diào)系統(tǒng)配備功率為339萬kJ/h溴化鋰吸收式冷水機組2臺、314萬kJ/h螺桿式冷水機組（30HXC250A）1臺、采暖用換熱站、水泵及膨脹水箱等。膨脹水箱位于地上5層頂部。基于節(jié)能和系統(tǒng)運行可靠性考慮，設(shè)置3臺離心式水泵，型號為KQW150/400-45/4（流量為200m3/h，揚程為50m，功率為44.83kW，轉(zhuǎn)速為1480r/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(diào)水系統(tǒng)簡圖

水系統(tǒng)為閉式機械循環(huán)回路。在標準制冷工況下，水從回水箱由水泵送至冷水機組，被冷卻至7～12℃，然后從分水箱供應(yīng)給各個回路，流經(jīng)空調(diào)末端設(shè)備吸熱后，以18?21℃的回水溫度回至回水箱，循環(huán)往復(fù)。在制熱工況下，水從回水箱由水泵送至熱交換器換熱，加熱后從分水箱供應(yīng)給各個回路，流經(jīng)空調(diào)末端設(shè)備放熱后回至回水箱，循環(huán)往復(fù)。以下筆者主要以該空調(diào)系統(tǒng)在制冷工況時對水系統(tǒng)的能效進行分析討論。

2 水系統(tǒng)能效分析

2.1 水系統(tǒng)運行情況

該中央空調(diào)系統(tǒng)運行，若水泵出口閥全開，水流量太大會導(dǎo)致電機過載。因此，將水泵的出口閥部分關(guān)閉，調(diào)節(jié)合適的水流量。實際運行時泵出口閥開度較小，約全行程的25%，若再稍微調(diào)小出口閥則對水流量就有較大影響，難以準確控制流量。為保證空調(diào)系統(tǒng)在任何負荷下都能提供足夠的冷凍水，水泵流量總是調(diào)整到盡可能大，電機運行接近滿負荷狀態(tài)。此外，該系統(tǒng)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(tǒng)各處壓力、溫度等參數(shù)見圖1。

2.2 水系統(tǒng)能耗分析

圖2和圖3所示分別為離心泵揚程和輸出功率隨流量變化的特性曲線。原方案中，水泵進出口壓差為0.43MPa（0.78—0.35=0.43）（見圖1），此時泵的揚程約為43m，泵的工作點為圖2中A點。由圖2和圖3可知，此時單臺泵流量約為73L/s（263m3/h），電機功率將近額定功率（約44kW，實測為44.83kW）。根據(jù)水泵出口閥前后壓差及水泵出口閥后與進口間壓差，此時泵揚程43m中，有23m用于克服出口閥阻力，20m用于克服管路系統(tǒng)阻力。若將泵出口閥繼續(xù)開大，則閥的阻力減小，泵的工作點沿揚程特性曲線H1向右下方移動，泵流量增加，揚程減小，泵的輸出功率增加（見圖3），若流量太大，會導(dǎo)致電機過載；若將泵出口閥關(guān)小，則閥的阻力增大，泵的工作點沿揚程特性曲線H1向左上方移動，泵流量減小，揚程增大，泵的輸出功率減?。ㄒ妶D3）。

采用節(jié)流調(diào)節(jié)的方式，雖然在一定程度上能夠減小水泵功率的消耗，防止電機過載，但由于閥的阻力帶來壓頭損失和功率消耗，降低了系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

3 水系統(tǒng)節(jié)能改進方案

通過對該商廈中央空調(diào)水系統(tǒng)運行參數(shù)進行分析，發(fā)現(xiàn)水泵實際流量過大，供回水溫差偏小，系統(tǒng)運行時需要通過大幅度關(guān)小水泵出口閥調(diào)節(jié)流量以防止電機過載，但由于小流量調(diào)節(jié)時，出口閥的精度難以控制，造成水泵調(diào)節(jié)后的實際流量仍然超過循環(huán)系統(tǒng)的需要，究其原因是配備的水泵揚程過大。若采用滿足流量要求的較低揚程的離心泵代替原泵，可不進行節(jié)流調(diào)節(jié)或減小調(diào)節(jié)幅度，系統(tǒng)運行功耗可大大降低。

在閉式循環(huán)系統(tǒng)中，由于膨脹水箱的存在，水箱液位在泵進口產(chǎn)生約35m的靜壓力，而該系統(tǒng)的供水高度約30m，因而在計算泵的揚程時可以不考慮供水高度，只需根據(jù)管路水的流量需求和管路阻力特性選擇合適流量和揚程的泵。考慮到空調(diào)系統(tǒng)的各種運行工況，通過現(xiàn)場參數(shù)實測和原廠家該型號離心泵特性曲線分析計算，確定合適的水流量和管路阻力。計算得出水系統(tǒng)在2臺泵并聯(lián)工作時管路阻力約為23m，單臺泵的流量約為160m3/h。經(jīng)查詢，并考慮一定的流量和揚程儲備，可選用原廠家型號為KQW150/285-18.5/4的離心泵3臺（額定流量為173m3/h，額定揚程為24m，泵功率為18.5kW）取代原來的3臺離心泵。

圖2 離心泵揚程特性曲線

圖3 離心泵功率特性曲線

4 水系統(tǒng)節(jié)能改造方案節(jié)能效果分析

該商廈中央空調(diào)水系統(tǒng)運行的具體情況如下：

制冷運行工況：1月一10月，2臺水泵并聯(lián)運行，每年運行時間約2100h；

制熱運行工況：1月一次年3月，1臺水泵運行，每年運行時間約2000h。

若選擇型號為KQW150/285-18.5/4的離心泵取代原來3臺離心泵，對水系統(tǒng)進行節(jié)能改進，根據(jù)圖3中曲線P2可知，流量為160m3/h時的泵功率約為15kW。中央空調(diào)水系統(tǒng)改進前后能耗如表1所示。

表1 中央空調(diào)水系統(tǒng)改進前后能耗

根據(jù)上述分析，用低揚程的KQW150/285-18.5/4離心泵取代原來的泵，可取得可觀的經(jīng)濟效益，說明上述節(jié)能改進方案是可行的。

5 項目節(jié)能改造后的節(jié)電效益分析

按照上述方案改進水系統(tǒng)。由于采用原廠家產(chǎn)品，KQW150/285-18.5/4離心泵安裝尺寸除安裝高度比原泵低55mm，其余尺寸完全一致，因而只在泵的出口連接管上稍加改動即可。整個空調(diào)系統(tǒng)運行調(diào)試結(jié)果顯示，水系統(tǒng)的功耗與改進前分析結(jié)果基本相符。改造完成后，對水系統(tǒng)的運行節(jié)能效果進行為期一年（2009年5月10日一2010年5月10日）的跟蹤檢驗。3臺水泵運行時間分別為2466h，2130h和2144h，總計6740h，按節(jié)能改造前計算電機功率為6740hX45kW=303300kW·h，改造后實際用電量為98988kW·h，節(jié)電量為204312kW·h，節(jié)電費用為204312kW·hX0.8894元/（kW·h）=181715.1元，相比改造前節(jié)電率為67%。

6 結(jié)語

總而言之，水泵是水系統(tǒng)的核心組成部分，是建筑中央空調(diào)系統(tǒng)不可或缺的一部分，其能耗占到了建筑能耗的相當一部分。我們要結(jié)合實際的情況，設(shè)計科學合理的節(jié)能改造方案，不僅可以提高系統(tǒng)的運行效率，還能達到節(jié)能降耗的目的，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟和社會效益。

參考文獻：

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[2]劉慶瑜.中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能降耗改造分析[J].科技與創(chuàng)新，2014.