中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制研究

王樹人

北京市第三建筑工程有限公司 北京 100044

1 中央空調(diào)系統(tǒng)水系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代生活物質(zhì)水平的提高，中央空調(diào)已經(jīng)被越來越多的用戶采用。但是由于人們追求享受的欲望影響，加上對中央空調(diào)運行規(guī)律不了解，空調(diào)的盲目使用情況非常普遍，大致有以下幾個方面的問題：

溫度的設置值與實際需求偏差太大。冬季取暖，溫度要設定比較高的度數(shù)，夏季納涼，溫度數(shù)值肯定會向下調(diào)，這是常識。但是也存在一個認知上的誤區(qū)，那就是并非冬季溫度越高或夏季溫度越低就感覺越舒服。事實上，根據(jù)熱力學原理和中央空調(diào)的運行規(guī)律，溫度的調(diào)整有一個合理的區(qū)間。而且從節(jié)能減排方面考慮，夏季每調(diào)高一度，冬季每調(diào)低一度，都會節(jié)約大約20%的能耗。從用戶的實際應用情況來看，冬季偏高，夏季偏低是常態(tài)，這是對中央空調(diào)一種不合理的使用方法。

風系統(tǒng)運行效率低。一個普遍存在的問題就是，無論用戶多少，系統(tǒng)負荷大小，中央空調(diào)都以不變方式運行，這是非常錯誤的。中央空調(diào)系統(tǒng)設計的缺陷，或系統(tǒng)變頻裝置不足，都會產(chǎn)生這種情況，直接導致整機風效低下，從而降低了中央空調(diào)整體系統(tǒng)的風效。

過渡季節(jié)新風利用率低下。一些用戶對中央空調(diào)的應用方法不當，在過渡季節(jié)不懂得利用新風，造成能源消耗偏高，中央空調(diào)系統(tǒng)效率低下等問題。

制冷機在低負荷狀態(tài)下維持旁路運行，能耗高。中央空調(diào)本身的技術(shù)特點，使中央空調(diào)在運行過程中通常為并聯(lián)機組運行狀態(tài)，在低負荷運行條件下，部分冷水機會暫停運行，但此時系統(tǒng)的旁路子系統(tǒng)依然處于運行狀態(tài)，并沒有降低能源的消耗[1]。

2 中央空調(diào)冷卻水泵、冷卻塔的節(jié)能分析

2.1 中央空調(diào)冷卻水泵的節(jié)能分析

冷卻水系統(tǒng)的能耗受到外部環(huán)境因素的直接影響，具體來說，這些外部環(huán)境因素主要包括出入口處的冷水溫度以及室外濕球溫度等因素。在扭轉(zhuǎn)泵的作用下，冷卻水泵能夠適應負荷變化，實現(xiàn)能耗降低。調(diào)整扭轉(zhuǎn)泵的工作狀態(tài)的方式包括以下兩種形式，一是閥門調(diào)節(jié)，在異常狀態(tài)下，個別閥門會處于封閉狀態(tài)，進而造成阻力和升力增大。但是，閥門的變動有一定的范圍，在水量較大的情況下，會加大水裝備的工作壓力，影響其使用壽命。二是調(diào)整泵葉輪的尺寸葉輪尺寸的變化受到流速和軸功率影響。所以，通過改變?nèi)~輪尺寸，可以達到改變環(huán)境的效果。但是，葉輪的尺寸變化只能在一定范圍之內(nèi)，并不適用于所有的負載應用條件，適應能力相對較差。

2.2 中央空調(diào)冷卻塔節(jié)能分析

2.2.1 對中央空調(diào)冷卻塔出口溫度進行科學調(diào)節(jié)。由于出口溫度的設置對于冷卻塔風機及水泵運行效果影響較大，因此需要根據(jù)實際使用情況嚴格控制出口溫度，防止出現(xiàn)能源的不必要損耗。

2.2.2 循環(huán)水工藝改進。循環(huán)水工藝改進的前提是正確使用冷卻塔，并對出口溫度進行合理控制。必須根據(jù)冷卻塔運行模式進行循環(huán)水工藝的科學選擇，以此來提升水循環(huán)能效控制效果[2]。

3 中央空調(diào)節(jié)能優(yōu)化控制措施

3.1 采用環(huán)保制冷劑

制冷劑的主要作用是幫助進行熱量傳遞，使熱能更好的散發(fā)，不同的制冷劑發(fā)揮的效能有較大的差異，直接影響到機組制冷的效果。對于制冷劑的基本要求是，能夠在常溫下保持氣態(tài)且不易被壓縮為液態(tài)，環(huán)保制冷劑還要滿足對人體和環(huán)境無害的基本要求，使用環(huán)保制冷劑已成為中央空調(diào)系統(tǒng)的一個基本使用條件。

3.2 制冷機組創(chuàng)新改造

通過相關(guān)數(shù)據(jù)分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，空調(diào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對制冷效果有直接影響。因此，在空調(diào)設計時，要做好外觀與功能的權(quán)衡，盡量避免空調(diào)內(nèi)部線路與管件之間交叉，因為這種布局會對空調(diào)的正常運轉(zhuǎn)造成不良影響。而且在空調(diào)維修過程中，這種布局方式也會給維修工作造成不便。所以說，在進行空調(diào)結(jié)構(gòu)設計時，要盡量避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不合理的情況，優(yōu)化管線設計，方便后續(xù)的使用和維護。在進行內(nèi)部設計時，還需要設計人員對電子元件的布局進行綜合考慮，簡化外部線路，使用高效的電子元器件，達到節(jié)約能源的目的。

3.3 壓縮機控制

壓縮機是空調(diào)核心的組成原件，其功能好壞直接影響到空調(diào)制冷效果。當前空調(diào)系統(tǒng)使用的壓縮機主要有復式壓縮機和回旋式壓縮機兩種，兩種壓縮機各有優(yōu)缺點，在空調(diào)設計時需根據(jù)實際使用目的進行選擇。

3.4 制冷系統(tǒng)的合理維護

空調(diào)系統(tǒng)的一個突出特點就是要頻繁的進行內(nèi)外部環(huán)境交換，因此非常容易在空調(diào)內(nèi)外積聚灰塵，長期積灰會對空調(diào)的正常運轉(zhuǎn)造成不良影響。因此，需要定期對制冷系統(tǒng)進行維護保養(yǎng)，確保其處于良好的工作狀態(tài)[3]。

4 中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能管理的具體應用

4.1 冷卻水水質(zhì)控制

4.1.1 冷卻水水質(zhì)帶來的問題。水是中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)正常運行的主要介質(zhì)，水質(zhì)標準對系統(tǒng)運行有很大影響作用。根據(jù)國家技術(shù)標準規(guī)定，冷凍站一般都會有自備水井，用來給冷卻塔或者說冷卻水系統(tǒng)補水。這種水的水質(zhì)一般富含各種鹽離子或微量元素，長期運行過程中會逐漸使水中的溶解氧含量接近飽和，會在冷卻水系統(tǒng)構(gòu)件上產(chǎn)生鹽析現(xiàn)象；另一方面，由于冷卻水系統(tǒng)是一個開放性的運行系統(tǒng)，而水溫正好適宜空氣中的微生物或藻類繁衍生息，長此以往會對系統(tǒng)構(gòu)件產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，兩種因素疊加在一起，會導致系統(tǒng)的熱交功能下降，危及系統(tǒng)的安全性能。

還有一個需要注意的負作用就是，各種因素會使系統(tǒng)的供水溫度不正常升高，機組散熱功能下降，從而導致整個系統(tǒng)能源利用效率下降，當系統(tǒng)過熱時會觸發(fā)停機保護機制，影響中央空調(diào)的正常運行。

4.1.2 控制冷卻水水質(zhì)的措施。通常做法有兩種：

4.1.2.1 物理水處理法。這種處理方法通常采用各種電磁處理器，通過電磁器的作用破壞水分子的化學結(jié)構(gòu)，迫使系統(tǒng)中水介質(zhì)里面的鹽離子不能與CO3發(fā)生化學反應生成鹽垢，或者是破壞它們分子之間的結(jié)合力，使其不能穩(wěn)定附著在構(gòu)件上，實現(xiàn)水質(zhì)改善。這種方法的優(yōu)點是，簡單易行，用不著維護，且占用空間很少，有較大的推廣空間。

4.1.2.2 化學水處理法。這種方法可以采用加藥泵對冷卻水系統(tǒng)實施自動加藥作業(yè)，以脈沖形式向冷卻水系統(tǒng)加注滅藻劑，緩蝕劑等化學藥物，來達到殺菌滅藻，改善水質(zhì)的目的，優(yōu)點是濃度均勻，效果好，且節(jié)約人力成本。

4.2 冷卻塔的運行管理

4.2.1 冷卻塔的運行控制。通常情況下，一個冷水機組對應一個冷卻塔，二者協(xié)調(diào)聯(lián)動，相互配合，連鎖運行。對不同程度的負荷要求，可以通過冷卻塔數(shù)量的增減進行控制。由于中央空調(diào)的冷卻塔的風機機組分時段工作，冷卻塔進水管應安裝防水閥門。這樣做的技術(shù)依據(jù)是，防止冷卻水流入停工狀態(tài)的冷卻塔，避免出現(xiàn)未充分降溫的水和流經(jīng)工作狀態(tài)下的冷卻塔出水產(chǎn)生合流現(xiàn)象，造成冷凝器的冷卻水溫度異常升高，使制冷機工作效率下降，從而增加了能源消耗，還會帶來一系列的連鎖反應和問題。而且還要注意將停工機組的冷卻塔進水閥及時關(guān)掉，避免上述情況的發(fā)生。

另外需要特別指出的是，關(guān)于用冷卻塔數(shù)量的增減控制負荷需求的做法，要注意這是一個不定期的動態(tài)處理方式，其工作性質(zhì)是不連續(xù)的，會在特定時段出現(xiàn)冷卻水溫度的突然升高或降低，影響到中央空調(diào)系統(tǒng)運行狀態(tài)的穩(wěn)定性，也會對機組的工作效率產(chǎn)生影響，需要采取適當措施加以應對。而且中央空調(diào)運行狀態(tài)下盡量減少開機和停機次數(shù)，以免對各項設備的使用壽命產(chǎn)生影響。

4.2.2 冷卻塔的布置及飄水控制。冷卻塔的設計和建造地點的分布要注意塔體的散熱功能。合理的設計建設方案是戶外場所或建筑物屋頂，要求塔體周圍環(huán)境開闊空曠，確保塔體的進風面積和進風風速符合技術(shù)標準。這樣做的目的是，利用塔體周圍的環(huán)境空間，給塔體造成一個熱交換功能良好的散熱器，保證冷卻塔的熱交換功能。冷卻塔的分布最好以單排形式建造，防止因互相遮擋造成進風和排風短路。塔體進風口一邊同鄰近建筑物的實際距離要大于塔體進風口高度的兩倍以上，塔間實際距離要在塔體進風高度的四倍以上。

冷卻塔的熱交換工作，會出現(xiàn)飄水現(xiàn)象。這不僅是塔內(nèi)冷卻水分的損失，也會在一定程度上影響塔體外部環(huán)境。所以，在建設中央空調(diào)系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)時，盡量選用飄水率小的塔體設備，如果冷卻塔已經(jīng)安裝就位，可以通過在塔體布水器上配備收水設施，最大限度地減小飄水率。

4.3 冷卻水管道系統(tǒng)維護

冬季到來時，為中央空調(diào)防凍作業(yè)的需要，安裝在戶外的冷卻水管道，會把管道里的水介質(zhì)排空，排空后會進入大量空氣，從而誘使冷卻水管道內(nèi)壁的銹蝕，而夏季來臨又需要給冷卻水管道加水，這時管道內(nèi)部的銹塊容易對管道噴嘴等部位形成堵塞現(xiàn)象，要防止這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，可以管道內(nèi)部水體排空前對管道內(nèi)部進行徹底清洗工作，或采取措施對管道內(nèi)壁進行鈍化處理，使管道內(nèi)壁產(chǎn)生一層保護膜，從而避免冷卻水管理內(nèi)壁生銹腐蝕。

4.4 動態(tài)調(diào)整冷卻塔出水溫度

一般來講，控制冷卻塔的出水溫度使它降低，可以使冷卻塔內(nèi)的冷水機組能效比提高，但凡事都有個度，對出水溫度的控制不能過低，一旦水溫低于技術(shù)要求，無論是電動壓縮式制冷系統(tǒng)還是吸收式冷水機組，都會出現(xiàn)停機保護現(xiàn)象，還會產(chǎn)生諸如系統(tǒng)運行不穩(wěn)定或結(jié)晶事故，而且如果冷卻塔調(diào)整的出水溫度太低的話，也會使冷風機在技術(shù)要求以外的超能力狀態(tài)下運行，給機組效率造成了浪費，而且還在一定程度上增加了成本開支。

5 結(jié)束語

處在能源緊張問題越來越突出的時代背景下，中央空調(diào)使用率的持續(xù)提高促使能源不足問題更加尖銳，而科學性的采取中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能手段，能最大限度地降低空調(diào)系統(tǒng)運行對能源的消耗，冷卻水系統(tǒng)節(jié)能運行中應做好如下工作：

第一，有效控制冷卻水水質(zhì)控制，降低水中雜質(zhì)的能量消耗，為冷卻水系統(tǒng)節(jié)能運行提供基礎。第二，做好冷卻塔的運行管理工作，降低由于異常帶來的冷卻塔能耗。第三，對冷卻水管道系統(tǒng)進行全面維護，降低水流動過程中的熱量散失。第四，根據(jù)建筑運行需求進行冷卻塔出水溫度動態(tài)調(diào)整。