暖通空调中的水系统调节与主机节能的控制

1、暖通空调中的水系统调节与主机节能的控制    摘要 以我国当前建筑暖通空调的水系统运行状况来看，经常出现水力失调问题，造成系统流量分配不均匀，而造成区域流量过剩或者区域流量不足的两极分化现象。本文结合笔者实际工作经验，对暖通空调中应用变流量水系统调节的相关问题进行分析与阐述，以实现暖通空调的主机节能目标。 关键词 暖通空调；水系统；变流量；主机节能 中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)122-0158-01 随着我国社会经济发展的加速以及人们生活水平的提高，空调用电负荷量与日俱增，空调用电高峰负荷已经给我国电力系统

2、造成极大压力。尤其在高层商业建筑中，集中暖通空调水系统多采用传统的定水量系统，并遵循最大负荷量进行设计，因此，系统大多数时间以65%的最大负荷量开展工作，时常出现“大流量、小温差”问题，造成了能源浪费，不利于城市供配电的优化控制。 在暖通空调系统中，主要能耗来自水泵风机与制冷机，且制冷机能耗约占总能耗的60%。随着科学技术的不断完善与发展，制冷机能效比的提高速度越来越快，已由原本4 w/w提高到7 w/w，但是水泵的效率变化不大。若想降低输送系统的能耗量，最简单最直接的方法就是应用变流量水系统。通过使用变流量水系统，水泵供水量会随着负荷的变化而变化，由于水泵功率和水泵流量的三次方成正比。因此，

3、通过实行变流量空调水系统，存在较大节能空间。全面推广变流量水系统，对实现主机节能、缓解我国电力压力具有重要的现实意义。 1 变流量对暖通空调水系统COP的影响 1.1 冷水机组能量 冷机是否节能，主要由部分负荷的能量调节效果来决定，也就是控制制冷量与冷负荷之间的平衡调节能力。由于能量调节技术有所区别，尤其是热气体旁通调节，如果压缩机的吸气压力低于下限值，那么能量调节阀将按照比例自动打开，排气口的部分高压、高温冷媒气体就会旁通至吸气管，体外循环不再经过蒸发器与冷凝器，可避免吸气压力的下降，保持压缩机产冷量。假设制冷工况不改变的情况下，在部分负荷状态下，制冷机中指示功耗会随着负荷率的降低而减少，但

4、是摩擦耗能与能量损失不会随着降低，因此，可以说压缩机的轴功率没有随着冷负荷的减少而出现线性降低。如果制冷量减速率大于功耗的减速率，则COP有所下降，反之上升；在冷却水温恒定的状态下，机组COP约为80%左右产生拐点；而在ARI工况下，机组COP约为50%左右产生拐点，证明在不同的测试条件下，COP变现的特征也有所不同，处于非线性变化。因此，单纯降低蒸发器的制冷量，无法保证冷水机中COP有所提高，针对冷水机组不同的能量调节技术，性能表象也存在差异。 1.2 冷水机组匹配性 所谓冷水机系统的匹配性主要指蒸发器、冷凝器、压缩机、自控、节流等系统的相互匹配。系统中的冷负荷变化可能对不同机型的COP产生

5、不同影响。以特灵中央空调的CDHG系列为例，采用了独立冷媒双引路制造技术、实行双机头。在加载过程中，如果A机运行的电流量在80%以上，5分钟后，B机启动；此时A机与B机均衡分担负荷量，直到满负荷为止；在减载状态下，双机共同卸载，如果单机的运行电流量处于35%以下，则停止B机运行，由A机承担全部负荷量，直到处于最低负荷并自动保护停机。 1.3 水系统的热传递 同定流量小温差的工况相比，如果提高回水温度，同时引发蒸发器中的平均温度提高；在蒸发温度保持不变的情况下，平均传热温差会有所增加，对提高机组COP发挥积极作用。但是也应认识到，蒸发器的冷水进出口温差提高，就会带来流量的降低。而水侧传热系数则与

6、流速成正比，如果减少流量就会带来水侧传热系数的降低，造成机组COP下降。在COP较低的区域，虽然系统的冷负荷率比较低，但是冷水机组的运行电流负荷率与能耗不会降低，制冷量的降低不会对节能产生作用。如果水中含有盐分或者有机物，那么当水流速度低于1 mPs时，可能给管壁造成腐蚀；另外，水泵的冷却风扇转速过低也会影响水泵电机的冷却效果，提高电机烧毁隐患。 2 变流量系统的实现形式 一直以来，我国暖通空调的变流量系统主要采取一次泵定流量及二次泵变流量形式。采用这种设计方式，一方面缓解了设备承受压力，一次泵定流量，承担了冷源侧阻力，二次泵变流量，承担了负荷侧阻力；另一方面解决了末端流量的变化不会产生流量变

7、化，造成制冷机蒸发器产生冻结、机组COP降低等问题，进而对水泵变频调节的能耗实现了抵消，无法发挥系统的节能效果。 随着城市化进程的加快以及人们生活水平的提高，高层建筑与超高层建筑越来越多，如果采取二次泵或者多次泵系统，既可缓解设备的承压问题，也可实现主机节能目标。但是我国已有的空调水系统中，近一半采用一次泵系统，如果单纯依赖变流量的运行方式，而全部改变一次泵定流量为二次泵变流量，将会增大占地面积与初投资量，增加了控制工作的难度与复杂性，获得的节能水平与支出的成本不平衡，甚至得不偿失，能耗系统高于一次泵系统。 由于控制技术进一步改善，逐渐放松了对一次泵定流量和二次泵变流量水系统的设计前提条件，目

8、前一些冷水机组已经具备自动控制的调节设备，并可随着负荷的变化而自动调节，实现高效、经济运行。以下将对几种常用冷水机组进行分析。 1）溴化锂吸收式冷水机组，可以根据负荷的实际变化而对蒸汽供给量进行优化调节，以变频方式控制溶液泵，对溶液循环量进行调节。 2）离心式冷水机组可以对进口导叶的转速进行变频调节，改善大量吸入气体的形式，确保在一定范围内进行无级调节制冷。 3）螺杆式冷水机组可以在机体中利用滑阀来改变螺杆长度，减少吸入气体量，实现制冷量的有效调节。 4）活塞压缩冷水机组，可对压缩机的汽缸数量进行优化调节，以适应负荷变化情况。 3 结束语 总之，有关暖通空调的水系统调节方式，应该根据工程的投资水平、系统精确度要求等，科学、合理地选择水系统平衡设备，通过安装水力平衡阀，采取变流量调节方式，实现系统联调与资源优化配置，改善系统的供水特性，实现系统水平衡，既可确保水系统的优化运行，又顺利实现节能目标，提高系统运行的稳定性、安全性、经济性。 参考文献 1吕明阳,陈庆华.关于暖通空调水力平衡的调节问题探讨J.城市建设理论研究(电子版),2011,21. 2孔凡中,赵忠丽.谈暖通空调变流量水系统的平衡J.中国科技博览,2010,27. 3刘新民,穆彤,邓有智.暖通空调系统中影响水泵相似定律的因素J.暖通空调, 2008,8. 4李宜浩,梁启双