中央空调水系统节能技术措施的探讨

摘要：随着社会的发展与进步，重视中央空调水系统节能技术措施对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍中央空调水系统节能技术措施的有关内容。

关键词空调；耗能；工程；水系统；节能；措施；技术；

引言

随着空调的迅速普及，空调的用电负荷在逐年猛增，空调能耗已占全国耗电量的15%左右。由于空调用电时间集中，加重了高峰用电负荷。在夏季用电高峰时期，空调用电负荷甚至高达城镇总体用电负荷的40%左右。空调耗电量大，受气候影响大，使用集中，直接导致用电高峰时段电网压力大、电力供应严重不足，成为夏季电力紧张的一个主要原因。同时，在中央空调系统设计和运行管理中，缺乏必要的引导和管理，致使我国中央空调系统运行效率不高，浪费严重，我国空调产品的能效水平与发达国家相比还有相当大的差距，存在着巨大的节能潜力。

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一、中央空调水系统节能概述

随着地球能源的匾乏，有识之士在开辟新能源的同时也倾注了大量的精力研究节能技术，其中建筑的能耗大户一空调系统的节能控制技术也是人们研究的热点。一般中央空调系统能耗占整个建筑能耗的5060%左右，如果能有效地降低建筑空调能耗，那么将获得巨大的经济效益。空调设计中常采用最不利工况设计，可是空调系统在实际运行中，有90%左右的时间内建筑物是处于部分负荷状况下的，空气处理设备的能力有很大的富裕，因而，运行调节也具有很大的灵活性。如果能找出冷水机组的最优运行工况，并通过控制系统实现能量匹配的自动调节，将大幅度地降低中央空调系统能耗。由于中央空调系统是一个复杂的系统工程，要实现中央空调系统的最佳运行和节能，从局部去解决问题是不可能办到的，必须针对空调系统的各个环节(包括主机、冷冻水系统、冷却水系统等)统一考虑，全面控制，使整个系统协调运行，才能实现最佳综合节能。空调节能的目的是有效利用能源，以最小的能耗创造出一个适合人居住、工作的室内环境。空调水系统实现节能运行可以有效地减少空调系统能耗和建筑总能耗，提高能源利用率，对减少温室气体排放，减轻环境污染，实现人类社会的可持续发展有着积极的意义。

二、中央空调水系统的耗能与运行费用

2. 1 空调水系统用电负荷

调度大楼建筑面积 26822m2( 不含地下室) , 地层高 138m, 空调系统分上区和下区两个独立系统,水系统为双管同程式一级泵系统, 冬夏循环泵共用。综合楼由商场和写字楼组成, 建筑面积 109000m2,层高 229m, 空调水系统为双管同

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一、二次混合式系统, 分为四个环路: 左裙房商场、右裙房商场、主楼上区( 28~ 58 层) 和主楼下区( 10~ 27 层) , 商场和主楼下区由一次泵直接供水, 主楼上区( 28~ 58 层)由二次泵供水, 制冷机房布置在地下二层, 锅炉布置在10 层。两栋大楼的中央空调系统功率见表 1。

从表1 可看出, 空调用水泵功率大于 13. 8%, 泵和主机的功率大于23. 2% 。

2. 2 空调水系统的耗能与运行费用

根据现场测试与调研, 调度大楼与综合楼制冷机组在制冷季节的最大负荷率分别为 69% 与 50%。空调系统6~ 10 月的运行费用、耗电量见表2。如果按制冷机组的最大负荷率、水泵及风机的耗电量与用电负荷成正比考虑, 则可分别计算出空调用水泵、空调用风机、制冷机组的耗电量和费用, 计算结果见表 2。从表中可看出, 空调水系统的费用占空调系统的费用达 16. 83% ~ 22. 75% , 仅 6~ 10 月费用高达 15. 58~ 58. 10 万元, 所以研究空调水系统的节能与经济措施是非常必要的。

三、节能技术措施

3. 1 负荷计算

由于空调冷冻水系统的管路特性曲线为 h=SQ2( 无背压系统) , 式中 h 为阻力损失; S 为阻抗; Q为流量。管路流量由系统的冷负荷确定, 因此, 准确计算空调负荷是正确选择主机和水泵的基础。多功能大楼原设计的冷负荷为 13688kW, 流量为 2351m3/h, 热负荷为 6397kW(写字楼部分),流量为 2351m3/h。笔者对空调冷热负荷按照空调规范设计计算,多功能大楼的计算负荷与流量见表 3。从表中可看出, 总冷负荷是热负荷的 1. 7 倍, 冷水流量是热水流量的 3. 4倍, 热负荷占冷负荷的58. 4% .冷、热水负荷分别占原设计的 67. 5% 和 84%。忽略其它因素的影响, 9239kW 冷负荷对应的水系统+ 主机的电机功率为 N1= (9239/13688) ×4970= 3354. 6kW。在原设计中, 一台主机及对应的冷冻水泵、冷却水泵功率为N2= 790+ 2×160= 1110kW, 所以, 制冷季节减少的用电负荷约为 N 1 = (4970- 3354. 6) ×1110=505. 4kW。5400kW 热负荷对应的水系统 + 主机的电机功率为N3= (5400/6397) ×469. 5= 396kW, 则采暖季节减少的负荷约为 N2= (469. 5- 396) =7315kW。全年共减少用电负荷 617. 7kW, 占总负荷的11. 4% 。

3. 2 冷水机组

机组选型应根据机组的效率、冷负荷特性及运行调节性能等方面进行选择。空调水系统常用的形式有一次泵、二次泵和一二次混合系统, 这些形式都是基于通过制冷机组的冷冻水流量不变, 以保证制冷机组高效率运行。目前, 不同类型机组均具备随负荷变化自动调节的能力, 且冷冻水流量变化对冷水机组效率的影响非常小。因此, 使冷水机组变流量工况运行成为可能, 这为水系统变流量运行创造了条件。但要避免冷冻水流量变化率过大而水流量过小, 引起蒸发器盘管冻裂或者机组喘震故障的发生。

3. 3 循环水泵

( 1) 水力计算。综合楼, 一次冷水系统阻力 h冷= 冷水机组+ 机房管路+ 供回水立管+ 27 层水平支路阻力; 一次热水系统管路阻力 h热= 热交换器+ 机房管路+ 供回水立管+ 27 层水平支路阻力( 不含锅炉房系统阻力) ; 二次冷热水管路阻力= 交换器+ 机房管路+ 供回水立管+ 58 层水平支路阻力。计算结果见表

4。从表中可计算出, 冷水泵电机功率是热水泵的 1. 9倍。冷热水共用一套管路时, 冷水阻力大约是热水阻力的 1. 6~ 1. 9倍, 如果仅考虑管路, 则上区冷水管路阻力是热水管路阻力的 5.5 倍。如果末端装置和主机, 在冬夏工况管路特性相同的条件下, 系统阻力按:

简化计算。

由于末端装置和主机的原因, 供冷、供热时水路特性相差很大, 冷热水系统阻力不能按上式计算。实际工程中, 冷水泵的扬程、流量很难与供热工况吻合, 所以冷热水循环泵设置应根据具体系统,通过流量、阻力计算确定。

( 2) 循环水泵。根据多功能大楼二次水系统的流量、阻力及规范要求, 所选择的二次循环水泵性能参数见表 5。在采暖季节计算负荷下减少的耗电量为Na= 22×648×( 0. 74+ 0. 13) = 12403kWh,减少的电费为 Y= 12403×0. 907= 11249. 0 元。值得注意的是,该方案泵的台数多, 占地面积大,不能满足同工况, 空调变负荷下的节能; 如果采暖季节与制冷季节合用一套循环水泵, 以制冷季节的需求选择水泵, 则采暖季节工作点为 273m3/h、13mH2O, 超流量运行严重, 电机过载, 无法工作。