中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造的探討

林錦標(biāo)

摘 要：主要對(duì)中央空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能改造展開了探討，通過結(jié)合具體實(shí)例，分析了水系統(tǒng)的能效，并詳細(xì)闡述了中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造的方案和效果，以期為有關(guān)方面的需要提供有益的參考和借鑒。

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

中圖分類號(hào)：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.092

中央空調(diào)水系統(tǒng)的運(yùn)行能耗在建筑能耗中所占的比例較大，隨著環(huán)保型社會(huì)的發(fā)展，中央空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能改造已成為趨勢(shì)。因此，如何有效對(duì)中央空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造成為了相關(guān)工作人員需要解決的問題。本文就中央空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能改造進(jìn)行了探討，以期為有關(guān)方面提供一定的幫助。

1 中央空調(diào)水系統(tǒng)概況

某商業(yè)大廈的結(jié)構(gòu)為地下2層、地上5層，空調(diào)總面積約為20 000 m2，中央空調(diào)機(jī)房位于地下2層，該大廈的中央空調(diào)水系統(tǒng)如圖1所示。該空調(diào)系統(tǒng)配備了功率為3.4×106 kJ/h的離心式冷水機(jī)組2臺(tái)、3.14×106 kJ/h的螺桿式冷水機(jī)組（30HXC250A）1臺(tái)、采暖用換熱站、水泵和膨脹水箱等設(shè)備。膨脹水箱位于地上5層頂部。考慮到節(jié)能和系統(tǒng)運(yùn)行可靠性等方面，設(shè)置了3臺(tái)離心式水泵，型號(hào)為KQW150/400-45/4 （流量為200 m3/h，揚(yáng)程為50 m，功率為44.83 kW，轉(zhuǎn)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(diào)水系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

該水系統(tǒng)為閉式機(jī)械循環(huán)回路。在標(biāo)準(zhǔn)制冷工況下，水從回水箱經(jīng)由水泵送至冷水機(jī)組，被冷卻至7～12 ℃，然后從分水箱供應(yīng)給各個(gè)回路，流經(jīng)空調(diào)末端設(shè)備吸熱后，以18～21 ℃的回水溫度回流至回水箱，循環(huán)往復(fù)；在制熱工況下，水從回水箱經(jīng)由水泵送至熱交換器換熱，加熱后從分水箱供應(yīng)給各個(gè)回路，流經(jīng)空調(diào)末端設(shè)備放熱后回流至回水箱，循環(huán)往復(fù)。

2 水系統(tǒng)能效分析

2.1 水系統(tǒng)的運(yùn)行情況

在該中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中，如果水泵出口閥全開，則會(huì)因水流量過大會(huì)而導(dǎo)致電機(jī)過載。因此，關(guān)閉了部分水泵的出口閥，以調(diào)節(jié)水流量。實(shí)際運(yùn)行中，泵出口閥開度較小，約為全行程的25%，如果進(jìn)一步稍微調(diào)小出口閥，則會(huì)對(duì)水流量造成較大的影響，進(jìn)而難以準(zhǔn)確控制流量。為了保證空調(diào)系統(tǒng)在任何負(fù)荷狀態(tài)下都能提供足夠的冷凍水，就要將水泵流量調(diào)整到最大，從而使電機(jī)運(yùn)行接近滿負(fù)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(jìn)前，在制冷工況下水系統(tǒng)各處的壓力、溫度等參數(shù)見圖1.

2.2 水系統(tǒng)能耗分析

圖2為離心泵揚(yáng)程和輸出功率隨流量變化的特性曲線。在原方案中，水泵進(jìn)出口壓差為0.43 MPa。此時(shí)，泵的揚(yáng)程約為43 m，泵的工作點(diǎn)為A點(diǎn)。由圖2可知，單臺(tái)泵的流量約為73 L/s（263 m3/h），電機(jī)功率接近額定功率（約為44 kW，實(shí)測(cè)為44.83 kW）。根據(jù)水泵壓差可知，在泵43 m的揚(yáng)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(tǒng)的阻力。如果將泵出口閥繼續(xù)開大，則閥的阻力會(huì)減小，泵的工作點(diǎn)沿?fù)P程特性曲線P1向右下方移動(dòng)，泵流量增加，揚(yáng)程減小，泵的輸出功率提高，但如果流量太大，則會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過載；如果將泵出口閥關(guān)小，則閥的阻力會(huì)增大，泵的工作點(diǎn)沿?fù)P程特性曲線P1向左上方移動(dòng)，泵流量減小，揚(yáng)程增大，泵的輸出功率降低。

采用節(jié)流調(diào)節(jié)的方式后，雖然在一定程度上降低了消耗，可防止電機(jī)過載，但因閥的阻力造成了壓頭損失和功率消耗，進(jìn)而降低了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

圖2 離心泵功率特性曲線

3 水系統(tǒng)節(jié)能改進(jìn)方案

通過分析該商廈中央空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)發(fā)現(xiàn)，其水泵的實(shí)際流量過大、供回水溫差偏小，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)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(jī)過載，但因調(diào)節(jié)流量時(shí)難以控制出口閥的精度，進(jìn)而造成調(diào)節(jié)后的水泵的實(shí)際流量仍然超過循環(huán)系統(tǒng)的需要，其原因是配備的水泵揚(yáng)程過大。如果采用滿足流量要求的較低揚(yáng)程離心泵代替原泵，則可不進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)或縮小調(diào)節(jié)幅度，且系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)口會(huì)產(chǎn)生約35 m的靜壓力，而該系統(tǒng)的供水高度約為30 m，因此，在計(jì)算泵的揚(yáng)程時(shí)可不考慮供水高度，只根據(jù)管路水的流量需求和管路阻力特性選擇流量和揚(yáng)程合適的泵即可?？紤]到空調(diào)系統(tǒng)的各種運(yùn)行工況，通過分析現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)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(tái)泵并聯(lián)工作時(shí)的管路阻力約為23 m，單臺(tái)泵的流量約為160 m3/h。經(jīng)查詢，可選用3臺(tái)原廠家生產(chǎn)的型號(hào)為KQW150/285-18.5/4的離心泵（額定流量為173 m3/h，額定揚(yáng)程為24 m，泵功率為18.5 kW）取代原先的3臺(tái)離心泵。

4 節(jié)能效果分析

該商廈中央空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行的具體情況如下：①制冷運(yùn)行工況。2012-01—10，2臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行，每年運(yùn)行時(shí)間約為2 100 h。

②制熱運(yùn)行工況。2012-01—2013-03，1臺(tái)水泵運(yùn)行，每年運(yùn)行時(shí)間約為2 000 h。

如果選擇型號(hào)為KQW150/285-18.5/4的離心泵取代原先的離心泵，并改進(jìn)水系統(tǒng)，根據(jù)圖2中曲線P2可知，流量為160 m3/h時(shí)，泵功的率約為15 kW。中央空調(diào)水系統(tǒng)改進(jìn)前、后的能耗如表1所示。

表1 中央空調(diào)水系統(tǒng)改進(jìn)前、后的能耗

運(yùn)行工況 水泵數(shù)量/臺(tái) 水泵工況實(shí)耗功/kW 年用電量/（kW·h）

改進(jìn)前 制冷 2 89.6 188 160

制熱 1 44.6 93 660

改進(jìn)后 制冷 2 30 63 000

制熱 1 15 30 000

每年電量 188 820

根據(jù)上述分析，用低揚(yáng)程的KQW150/285-18.5/4離心泵取代原先的泵可取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。由此可見，上述節(jié)能改進(jìn)方案是可行的。

5 項(xiàng)目節(jié)能改造后的節(jié)電效益分析

按照上述方案改進(jìn)水系統(tǒng)后，由于采用的是原廠家產(chǎn)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(duì)泵的出口連接管上稍加改動(dòng)即可。整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試結(jié)果顯示，水系統(tǒng)的功耗與改進(jìn)前的分析結(jié)果基本相符。改造完成后，對(duì)水系統(tǒng)的運(yùn)行節(jié)能效果跟蹤檢驗(yàn)了一年：3臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間分別為2 466 h、2 130 h和2 144 h，總計(jì)6 740 h，按節(jié)能改造前的電機(jī)功率6 740 h×45 kW=303 300 kW·h計(jì)算，改造后實(shí)際用電量為98 988 kW·h，節(jié)電量為204 312 kW·h，節(jié)電費(fèi)用為204 312 kW·h×0.889 4元/（kW·h）=181 715.1元。相比改造前，節(jié)電率約為67%.

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水系統(tǒng)是建筑中央空調(diào)系統(tǒng)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(jié)能改造中必須具備科學(xué)、合理的改造方案，且按照實(shí)際情況采取有效措施保障改造質(zhì)量，以創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]呂慶昌.中央空調(diào)節(jié)能改造探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014（19）.

[2]徐鳳平，嚴(yán)良文，李文，等.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（09）.

〔編輯：張思楠〕