徐文宇

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

中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能檢測(cè)分析

徐文宇

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

本文通過對(duì)中央空調(diào)水系統(tǒng)能耗分析，采用一次泵變頻調(diào)節(jié)泵流量的方式，根據(jù)冷凍水的回水溫度和冷卻水的出水溫度變化調(diào)節(jié)相應(yīng)泵流量，大大降低了泵的功耗。

中央空調(diào)；水系統(tǒng)；節(jié)能；能耗分析

1 中央空調(diào)水系統(tǒng)簡介

1.1 中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括制冷機(jī)系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)以及熱交換盤管系統(tǒng)等。其制冷原理是制冷機(jī)系統(tǒng)通過消耗電能對(duì)制冷劑進(jìn)行壓縮和膨脹，當(dāng)制冷劑經(jīng)節(jié)流元件膨脹時(shí)，通過熱交換會(huì)吸收循環(huán)水的熱量；當(dāng)制冷劑被壓縮時(shí)，會(huì)放出自身熱量給循環(huán)水。通過這一系列連續(xù)的壓縮和膨脹過程便實(shí)現(xiàn)將熱量從室內(nèi)釋放到室外。

1.2 水系統(tǒng)的組成及任務(wù)

空調(diào)水系統(tǒng)包括冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)，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(tǒng)通過冷凍水泵使水循環(huán)與制冷劑進(jìn)行熱交換，熱交換后的水被吸走熱量成為冷凍水，經(jīng)冷凍水泵輸送到風(fēng)口處盤管再與空氣進(jìn)行熱交換以吸走室內(nèi)熱量而實(shí)現(xiàn)降溫。在制冷劑壓縮過程中，冷卻水通過冷卻水泵使水循環(huán)與制冷劑進(jìn)行熱交換，熱交換后的水被吸走熱量，經(jīng)水冷卻塔將高溫的水冷卻至常溫。

2 中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能檢測(cè)及分析

為了避免能量損耗，大多空調(diào)水系統(tǒng)采用水泵變頻調(diào)流量系統(tǒng)，因此需對(duì)水系統(tǒng)中的一些參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，如流量，水的回水溫度等，然后將信號(hào)傳輸給變頻器來控制泵流量。

2.1 冷凍水系統(tǒng)檢測(cè)及能耗分析

冷凍水系統(tǒng)主要對(duì)水的回水溫度進(jìn)行檢測(cè)，防止出現(xiàn)大流量小溫差的現(xiàn)象，導(dǎo)致冷凍水泵不必要的大轉(zhuǎn)速運(yùn)行所造成的能量損失，即當(dāng)溫差較小時(shí)，減小冷水泵轉(zhuǎn)速以降低流量。另外，冷凍水作為室內(nèi)冷源，其輸送管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管網(wǎng)遍布整棟建筑，不同位置環(huán)境不同并且冷凍水完成一次換熱循環(huán)可能需較長時(shí)間，因此綜合考慮以能耗最低的形式對(duì)冷凍水的回水溫度進(jìn)行設(shè)定。

對(duì)于一次泵變頻調(diào)流量系統(tǒng)中冷凍水泵的能耗

其中Qmax是冷凍水泵最大流量；N1對(duì)大流量下對(duì)應(yīng)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(shù)，因此對(duì)冷凍水系統(tǒng)能耗的分析應(yīng)從冷凍水流量率出發(fā)，在滿足空調(diào)負(fù)荷的情況下，應(yīng)以低流量循環(huán)冷凍水。

2.2 冷卻水系統(tǒng)檢測(cè)及能耗分析

冷卻水系統(tǒng)包含冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻塔系統(tǒng)。因此情況較為復(fù)雜，需要檢測(cè)的參數(shù)較多，如冷卻水出水溫度、水流量、冷卻塔風(fēng)量、以及泵和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等。在冷卻水系統(tǒng)中同樣會(huì)遇到大流量小溫差的現(xiàn)象，同樣需要監(jiān)控冷卻水的出水溫度。

對(duì)于一次泵變頻調(diào)流量系統(tǒng)中冷卻水泵的能耗

其中Qmax是冷卻水泵最大流量；N1對(duì)大流量下對(duì)應(yīng)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(shù)，同樣對(duì)冷卻水系統(tǒng)能耗的分析應(yīng)從冷卻水流量率出發(fā)，在滿足空調(diào)負(fù)荷的情況下，通過減小冷卻水泵和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，降低流量和減小風(fēng)量達(dá)到節(jié)能的目的。

3 中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化措施

在大多數(shù)情況下，中央空調(diào)都不是以滿負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行，一天之中大約有4h左右的時(shí)間是高負(fù)荷運(yùn)行，因此如果以高負(fù)荷狀態(tài)下的水流量進(jìn)行循環(huán)，那么低負(fù)荷狀態(tài)下都在進(jìn)行能量損耗。隨著中央空調(diào)節(jié)能的研究，水系統(tǒng)的變頻調(diào)節(jié)是運(yùn)用較多的方法之一。

3.1 優(yōu)化冷凍水泵控制

為了實(shí)現(xiàn)冷水流量大小隨空調(diào)負(fù)荷的浮動(dòng)而改變，避免出現(xiàn)負(fù)荷較小時(shí)冷凍水流量相對(duì)較大而造成能量損失的情況，可以對(duì)冷水泵采用恒溫差變頻控制來解決這個(gè)問題。即設(shè)定冷卻水的進(jìn)水溫度和回水溫度之間差值，通過溫度傳感器對(duì)冷凍水的回水溫度進(jìn)行監(jiān)控，將信號(hào)反饋給變頻器以調(diào)節(jié)冷卻泵轉(zhuǎn)速控制流量。如果低于設(shè)定值，則說明空調(diào)負(fù)荷較小，需減小冷凍水泵的轉(zhuǎn)速以降低流量，滿足室內(nèi)冷量的需求。

3.2 優(yōu)化冷卻水泵控制

當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化，冷卻水的進(jìn)水溫度也會(huì)隨之變化，則會(huì)出現(xiàn)空調(diào)負(fù)荷較小，只需少量的冷卻水便可將熱量移走。在滿足空調(diào)負(fù)荷的情況下，若流量相對(duì)較大則會(huì)造成冷卻水泵的能耗增大。為了解決這個(gè)問題，采用冷凝溫度變頻控制法，即通過溫度傳感器監(jiān)控冷卻水與冷凝器換熱后的出水溫度。如果溫度低于設(shè)定值，則說明換熱較少，需減小冷卻泵轉(zhuǎn)速以降低流量，便于充分換熱。

3.3 優(yōu)化冷卻塔風(fēng)機(jī)控制

冷卻塔是冷卻水系統(tǒng)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(duì)風(fēng)機(jī)采用變頻控制以隨溫度變化調(diào)節(jié)風(fēng)量大小外，還采用多臺(tái)并聯(lián)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(jié)語

綜上所述，中央空調(diào)水系統(tǒng)采用一次泵變頻調(diào)流量的方式，根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的大小做出適當(dāng)流量的調(diào)節(jié)，降低了水泵和風(fēng)機(jī)的功耗。由于中央空調(diào)水系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)之間并非孤立運(yùn)行的，彼此之間都是相互影響的，因此對(duì)于水系統(tǒng)的節(jié)能分析應(yīng)綜合考慮，使各個(gè)環(huán)節(jié)部分或同時(shí)達(dá)到能耗最低的目的，最終實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)的節(jié)能。

[1]謝瓊慧.中央空調(diào)水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造的探討[J].科技與創(chuàng)新, 2014(13):10-11.

[2]徐鳳平,嚴(yán)良文.中央空調(diào)水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造分析與實(shí)踐[J].自動(dòng)化儀表,2011(32):54-56.

徐文宇（1987—），男 本科，學(xué)士，助理工程師。