中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造的探討

江東凡

摘 要：據(jù)統(tǒng)計(jì)，中央空調(diào)水系統(tǒng)的能耗占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)總能耗的15%～20%.因此，中央空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能改造對(duì)實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)的整體節(jié)能具有重要意義。結(jié)合工程實(shí)例，分析了水系統(tǒng)的運(yùn)行和中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造所產(chǎn)生的節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益，以期為有關(guān)的節(jié)能工作提供借鑒。

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

中圖分類號(hào)：TU831.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.109

隨著世界能源的日益短缺，節(jié)能問題已成為人們廣泛關(guān)注的問題。研究表明，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能潛力很大，而降低空調(diào)能耗具有重要的節(jié)能意義?？照{(diào)水系統(tǒng)是空調(diào)系統(tǒng)中的重要組成部分，其運(yùn)行電耗大，所以降低循環(huán)水系統(tǒng)的能耗便成了空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗的關(guān)鍵。對(duì)此，本文詳細(xì)介紹了水系統(tǒng)的節(jié)能改造方法和措施。

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2×104 m2；中央空調(diào)機(jī)房位于地下2層，空調(diào)系統(tǒng)配備功率為3.39×106 kJ/h?？照{(diào)系統(tǒng)包含溴化鋰吸收式冷水機(jī)組2臺(tái)、3.14×106 kJ/h螺桿式冷水機(jī)組（30HXC250A）、采暖用換熱站、水泵和膨脹水箱等，其中，膨脹水箱位于地上5層頂部?；诠?jié)能和系統(tǒng)運(yùn)行可靠性考慮，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。

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 ℃的回水溫度回至回水箱，以此循環(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(gè)回路，流經(jīng)空調(diào)末端設(shè)備放熱后回至回水箱，以此循環(huán)往復(fù)。下面筆者主要對(duì)該空調(diào)系統(tǒng)在制冷工況時(shí)的水系統(tǒng)能效進(jìn)行分析討論。

2 水系統(tǒng)能效分析

2.1 水系統(tǒng)運(yùn)行情況

該中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，如果水泵出口閥全開，則水流量太大，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過載。因此，要將水泵的部分出口閥關(guān)閉，將水流量調(diào)節(jié)到合適的狀態(tài)。在實(shí)際運(yùn)行中，泵出口閥開度較小，約為全行程的25%，如果稍微調(diào)小，則會(huì)對(duì)水流量產(chǎn)生較大影響，難以準(zhǔn)確控制流量。為了保證空調(diào)系統(tǒng)在任何負(fù)荷下都能提供足夠的冷凍水，要將水泵流量調(diào)整到最大，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，制冷工況下水系統(tǒng)各處壓力、溫度等參數(shù)如圖1所示。

2.2 水系統(tǒng)能耗分析

圖2和圖3分別為離心泵揚(yáng)程和輸出功率隨流量變化的特性曲線。原方案中，水泵進(jìn)出口壓差為0.43 MPa（0.78-0.35=0.43），此時(shí)泵的揚(yáng)程約為43 m，泵的工作點(diǎn)為圖2中的A點(diǎn)。由圖2和圖3可知，此時(shí)單臺(tái)泵流量約為73 L/s（263 m3/h），電機(jī)功率接近額定功率（約44 kW，實(shí)測(cè)為44.83 kW）。根據(jù)水泵出口閥前后壓差以及水泵出口閥后與進(jìn)口間的壓差，此時(shí)在泵揚(yáng)程43 m中，有23 m用于克服出口閥阻力，20 m用于克服管路系統(tǒng)阻力。如果將泵出口閥繼續(xù)開大，則閥的阻力減小，泵的工作點(diǎn)沿?fù)P程特性曲線H1向右下方移動(dòng)，泵流量增大，揚(yáng)程減小，泵的輸出功率增加，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，則閥的阻力增大，泵的工作點(diǎn)沿?fù)P程特性曲線H1向左上方移動(dòng)，泵流量減小，揚(yáng)程增大，泵的輸出功率減小，如圖3所示。

采用節(jié)流調(diào)節(jié)的方式雖然能在一定程度上減小水泵功率的消耗，防止電機(jī)過載，但閥的阻力會(huì)帶來壓頭損失和功率消耗，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性降低。

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)的運(yùn)行參數(shù)，發(fā)現(xiàn)水泵實(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，以防電機(jī)過載。但由于小流量調(diào)節(jié)時(shí)，出口閥的精度難以控制，因此水泵調(diào)節(jié)后的實(shí)際流量仍超過了循環(huán)系統(tǒng)的需要。究其原因，是由于配備的水泵揚(yáng)程過大。如果采用滿足流量要求、揚(yáng)程較小的離心泵代替原泵，則可不通過節(jié)流調(diào)節(jié)或減小調(diào)節(jié)幅度，就能大大降低系統(tǒng)的運(yùn)行功耗。

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，所以在計(jì)算泵的揚(yáng)程時(shí)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流量和揚(yáng)程合適的泵即可。考慮到空調(diào)系統(tǒng)的各種運(yùn)行工況，需通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)參數(shù)，并分析、計(jì)算原廠家該型號(hào)離心泵的特性曲線，確定合適的水流量和管路阻力。經(jīng)過計(jì)算得出，水系統(tǒng)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，并考慮到一定的流量和揚(yáng)程儲(chǔ)備，可選用3臺(tái)原廠家型號(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）取代原來的3臺(tái)離心泵。

4 水系統(tǒng)節(jié)能改造方案的節(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：

制冷運(yùn)行工況：1—10月，2臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行，每年運(yùn)行時(shí)間約2 100 h；

制熱運(yùn)行工況：1月至次年3月，1臺(tái)水泵運(yùn)行，每年運(yùn)行時(shí)間約2 000 h。

如果選擇型號(hào)為KQW150/285-18.5/4的離心泵取代原來的3臺(tái)離心泵，對(duì)水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，根據(jù)圖3中的曲線P2可知，流量為160 m3/h時(shí)的泵功率約為15 kW。中央空調(diào)水系統(tǒng)改進(jìn)前后的能耗對(duì)比如表1所示。

根據(jù)上述分析，用低揚(yáng)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(jì)效益，說明上述節(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)，由于采用的是原廠家產(chǎn)品，KQW150/285-18.5/4離心泵安裝尺寸除安裝高度比原泵低55 mm外，其余尺寸完全一致，因而只改動(dòng)一下泵的出口連接管即可。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)能效果進(jìn)行了為期1年（2009-05-10—2010-05-10）的跟蹤檢驗(yàn)。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。改造前的用電量為6 740 h×45 kW=303 300 kW·h，改造后的用電量為98 988 kW·h，節(jié)約電能204 312 kW·h，節(jié)約電費(fèi)204 312 kW·h×0.889 4元/（kW·h）≈181 715.1元，節(jié)電率為67%.

6 結(jié)束語

總之，水系統(tǒng)的節(jié)能改造對(duì)既有建筑中央空調(diào)的整體節(jié)能改造具有重要意義，且其節(jié)能潛力很大。因此，我們必須制訂科學(xué)、合理的水系統(tǒng)節(jié)能改造方案，以獲得更多的中央空調(diào)節(jié)能效益和生態(tài)效益。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕

Abstract： According to statistics， the energy consumption of the central air-conditioning system accounts for 15% of the total energy consumption of the air-conditioning system to 20%. This paper analyzes the energy saving and economic benefits of the operation of the water system and the energy saving of the central air conditioning water system.

Key words： central air conditioning； water system； energy saving； reform plan