空调水系统优化方案与离心式冷水机组节能技术

空调水系统优化方案与离心式冷水机组节能技术摘

要:大温差小流量系统方案和一次泵变流量系统方案可以节省空调水系统的初投资或运行费，符合空调设计的发展趋势。先进的离心式冷水机组不仅具有制冷功能，而且具有热回收、冰蓄冷、免费取冷等多种功能，节能效果显著。关键词:节能

空调水系统

离心式冷水机组

热回收

冰蓄冷

免费取冷0

前言近年来中国许多大中城市电力短缺现象日趋严重，夏季空调设备的耗电量在高峰时甚至消耗约40%的城市电力供应，因此节约用电迫在眉睫。由于楼宇的空调电费取决于整个空调系统的能耗，因此不仅需要提高空调设备本身的效率，而且要优化空调系统设计，降低楼宇空调系统的整体能耗。楼宇空调的冷水系统一般包括冷水机组、冷却塔、冷水水泵及冷却水水泵等几个主要的耗能部件。在过去的30年内，冷水机组的效率几乎提高了一倍，冷水机组占整个系统能耗的比例已降低了20%，而冷却塔和水泵的能耗比例提高10%（图1）。需要优化空调系统的设计方案，调整各部件所占系统能耗的分配比例来降低整个系统的能耗。本文介绍的大温差小流量系统和一次泵变流量系统是主要通过减少水泵的能耗，达到降低空调系统能耗的目的。1

大温差小流量系统方案多年来冷水机组的冷水供、回水设计温差通常为5℃。冷水机组提供的冷量与冷水的供、回水温差和流量有关，计算公式如下：Q=m’CpDT

（1）

式（1）中假定比热Cp为常数，若所需的冷量Q不变，则既可采用增大流量m’而减小温差DT的方案（即增加水泵耗功而减少机组耗功），又可采用减少流量m’而增大温差DT的方案（即减少水泵耗功而增加机组耗功），这两种方案的系统总耗功可能并不相等。我们选择4种不同冷水/冷却水流量配比与相应的温差方案进行了计算。配比4.3/5.4l/s/kW

(2.4/3.0gpm/RT)为基准方案(ARI的标准额定工况)逐步减少水流量。[1]这4种方案的能耗对比见图2。可见，随着水流量的减小，整个系统的总能耗是逐渐减小的，冷却水水泵、冷水水泵及冷却塔的能耗也是逐渐降低的，而压缩机的能耗则反而增多。这个变化趋势是与水流量减小而水温差增大有关的。上文分析了空调系统全负荷下的系统总能耗。对于部分负荷，同样可以进行类似的计算分析，其结果如图3所示，大温差小流量系统在部分负荷下的节能趋势与常规的定流量系统的相似，但节能效果更为显著。旋因为在部分负矮荷下，当制冷勺量减小时，冷冲水机组的能耗烟随之降低，冷油却水水泵、冷通水水泵及冷却眨塔的能耗占冷蛇水系统的比例摔增大。因此采恨用于大温差小怎流量系统方案贩后，减小冷却谋水水泵、冷水旧水泵及冷却塔客的能耗，此能绒耗降低对整个沈水系统作用更涝明显。相比常尸规水系统，大制温差小流量系绸统方案节能效刷果更为显著。在在以上的能耗泊分析中，我们旱假设系统设备尊不变。实际上贼，大温差小流调量系统还可以绝减小水泵的尺卡寸、阀的大小雹、管道的直径渗及保温材料的基用量等等。某睡一实际项目中妈，冷水温差则由兰5.56拴o慢C狭屋增借至躺10硬o终C俭睡时实际成本减违小烈25灯%唤左右。级[2]赚由于水系统末总端设挨备拍(恭空调箱、风机弱盘管非等梳)残通常按照冷水治供、回份水木5宣℃五温差进行设计昌和制造，润故在常规的空艺调混风工况、体新风工况条件化下，通过电脑唉选型软件（如稳特灵公司息的前TOPS析S翼软件）得出结那论：冷水供、轨回水温差小赞于修8妙℃杜时，常规水盘活管排数基本不阴变。帜[3]摄另外，可在水栋盘管内部加装脊扰流器强化换牙热，如葛图峡4川所示，以达到夏减少水盘管排钱数的目的。亿采用与上文相诉同的方法，通油过电脑选型软附件得出的所需效水盘管排数列退在宏表限1记中。如[4]傻表金1高扰流器对盘管半排数的影响母

墓进风温度横出风温度仔盘管排都数秤(透有否扰流谢器盒)夕DB订WB狡DB厦WB炎△命T=立8狐℃胶△后T=1铲0隆℃骡℃扩℃定℃麦℃那有棕否衬有应否科混风头26.8吗20.2读15.0锋14.6产4每6耻4葛6神新风呆35.0米28.2种17.5巡16.8友4盛4折4袋6具备直注蜻:D蝇B社为干球温拖度胶W淡B煮为湿球温谣度毁蛮表中数据冈为垄℃蝇表员1淘中看出：在冷阵水供、回水温俯差鞠为凝8反℃耗时，在混风状兄态下，增加扰寨流器，可以减扩少仆2冤排盘管。在新好风工况下，增弹加扰流器，作移用不明显。樱在冷水供、回努水温差爱为秆1再0雄℃载时，在混风或穴新风状态下，接增加扰流器，晴可以减曲少橡2革排盘管。故冷请水供、回水温睁差越大，增加却扰流器的效果乡越明显。增故选择合适的私水系统末端设顾备，采用大温贯差小流量系统鹅方案，就可以宣降低水系统能械耗和初投资。森2盼一次泵变流量佣系统方案锁空调水系统是近按照满载设计萄的，在部分负胳荷时，冷水机梯组可以卸载而慎节能，可是常侦规冷水机组蒸丙发器侧的流量毁是固定的，冷屋水泵一直满载岂运行，水泵的蓬运行能耗不能叠减少。盈目前先进的冷济水机组可在一旗定范围内变流歼量运行，并保企持出水温度稳雕定。因此负荷卷变化时，可保屠持冷水机组的额供回水温度不限变，使冷水机钩组的蒸发器侧城流量随用户侧约流量的变化而待变化，从而节剥约蒸发器侧变验频水泵的能耗虎。上述一次泵难变流量系统与驻其他空调水系社统方案相比，季水泵能耗节约刃最多，见国表跳2斗。敲表轻2

蛋悠空调水系统方教案比较砖空调水系统方站案笑蒸发器侧克用户侧浇一次泵定流量的不节能兄不节能升二次泵变流量名不节能庸节能活一次泵变流量哀节能烧节能今一次泵变流量哗系统不但节省充冷水泵能耗，架还节省初投资写和机房面积，气因为与二次泵颜变流量系统相耻比，减少了一否次泵及配套的否电机、管线。绕但是它增加了谜系统控制的复鹿杂性，对设计始者和操作人员但提出更高的专绣业要求。盟下面讨论一次象泵变流量系统趴的关键问题，舅其原理图见逢图掩5蜜2.1傅脊实现一次泵变沟流量系统的条快件至首先，冷水系劈统是个变水流铸量的系统，末红端设备的冷水鞭流量由电动两睬通阀调节控制叨；其次，冷水才机组蒸发器侧狮要具备较宽的为流量范围，比密如授额定流量书的漏30%-13珍0刘%馅，流量的下限宇以小膀于接50竖%轧额定流量为妥沸；同时，压缩于机对流量的变建化反应足够快远，能承受每分预钟耽30-50控%厘的流量变化。舒[5]触2.2散诚旁通阀和流量俱传感器（或蒸慢发侧的压力传处感器）迈由于目前的冷敞水机组变流量恨的范围不是擦从捆0%-100既%向，有的挽在月30%-13沃0影%裁，有的螺杆式纵机组又婆在侍45%-12旗0赴%阳。当用户侧的折流量低于冷水抢机组变流范围链时，可以采用秒旁通调节控制推，保证蒸发器霉内的水流量不趋低于冷水机组忙的最低水流量压。这时旁通阀哲开始动作，系到统的流量传感携器（或蒸发器检侧的压力传感嚼器）代替末端泛设备的压差传蝶感器指挥旁通播阀，使得旁通技阀的流量加上薄末端的流量等本于冷水机组的决设定最小流量页，同时水泵以满最低频率定频罗运行。股[5]弄2.3睁蔑水泵的运行俊假设有三台冷味水机组，相应配配置三台一次狼侧变流量冷水贱泵。当系统启女动时，第一台年冷水泵先启动帅，逐步增频来厌加大流量，当考不能满足末端罩设备的压差设寨定值时，则第絮二台启动，然光后二台冷水泵幸以相同的频率失运行。当不能久满足末端设备饼的压差设定值腥时，则第三台虏冷水泵启动，腿三台水泵同频怜上升来加大流棵量，直笋到满足末端设桐备的压差设定泻值得为止。当握末端设备的负锁荷减少，流量泡过剩时，即末仇端设备的压差奖高于设定值时兼，三台泵同步如减频来维持压窜差设定值。当水开二台冷水泵胸能满足末端设鞠备的压差设定酿值要求时，则堵关闭一台冷水绑泵。当开一台煎冷水泵能满足远末端设备的压脾差设定值要求涛时，则再关闭组一台冷水泵。锐最后一台冷水姜泵逐步减频来紫减少流量，直孕至最终停止运讯行。忙2.4谷蜜冷水机组的加醉减机泻冷水机组启动碌后，当经过蒸傅发器的水流量声达到最低流量孕时，水流开关飞闭合（或压差驳开关闭合），辆冷水机组投入血运行。股随着末端设备疏负荷的增加，坡冷水机组的荷射载增加。当冷泽水机组运行电慢流达到满载电截流时，则再投始入一台冷水机厅组，直到机组醋全部投入运行锻。反之，当机屠组的电流到达浩少开一台冷水若机组而剩余的嘉冷水机组仍然享能提供相应的提冷量时，就可伯以关闭一台冷警水机组。随着廉负荷继续减少际，当运行的两塑台机组的电流缝达到少开一台向冷水机组谅时客，就停运其中拔一台机组。笼3

减扬热回收离心式子冷水机组起水冷冷水机组汤在提划供睁7神O低C提左右冷水时，沙又产生胖了劝37慨O凶C压左右的冷却水爬，通过冷却塔侮散热，把空调持系统中的热量裂传递到大气中删去，造成热量军散失。若回收住此散失的热量悟，用于空调水委或风的预热、我工业用水加热暑等，既可节约信能源，又可减描少设备投资和靠噪声（冷却塔牺容量减少和运勾行时间减少）菠，而且热回收鸽可减少其他热拖源的能耗（锅软炉等）。此热特回收技术非常续适用于同时需船要冷量和热量我的项目或建筑示。林3芬．唉1泪热回收离心冷仍水机组的原理始热回收冷水机汇组使用二个冷得凝器，利用从殿压缩机排出的鼻高温气态制冷选剂向低温处散削热的原理。提妖高标准冷凝器稳的水温，促使闸高温气态制制盲冷剂流向热回收收冷凝器，将幻热量散给热回药收冷凝器的水父流中。通过控哥制标准冷凝器搞的冷却水温度透或冷却塔供回喝水流量，可以扒调节热回收量浮的大小。值得喊注意的是热水而的出水温度越副高，冷水机组裤的效率就越低趁，制冷量也会米相应的衰减。案图响6际虾为某品牌热回斧收离心式冷水块机组的图示，牌二个冷凝器可饮以保证热回收赵水管路与冷却宣水管路彼此独楼立，避免热回咐收侧增加热交也换器，隔离受破冷却洗塔考“毫污燃染改”依的冷却水。托3汉．班2宇热回收离心冷艘水机组的关注势问题拉3紧．闷2栏．牺1帆．最大热回收班量富热回收冷水机营组的热回收量论在理论上是制冰冷量和压缩机欣做功量之和，帅某些机组最大戴热回收量可达厅总冷量谋的艇100剂%瞒。在部分负荷山下运行时，其液热回收量随冷折水机组的制冷养量减少而减少罪。汇3茂．乖2车．篮2漫．热水温度充由于热回收冷迎水机组的主要撤任务是制冷，限通过热回收方鸭式供热仅是制帽冷过程的副产孕品。热水温度率过高会影响冷荡水机组制冷效妙率，甚至造成咽机组运行不稳牵定。一般可通惯过辅助热源进氏一步提高热水租温度。脸3钟．纪2漂．起3铃．热水温跃度堤/煌热量的控制葡控制热水回水言温度方案的优雾点是：机组在沈部分负荷下运局行时，热回收奖量减少，热水歌的回水温度不钩变而出水温度私降低，使热水桶（冷却水）的圆平均温度降低该，减少冷凝器垦与蒸发器压差蝶，冷水机组制捞效率相对较高驱。若采用控制闻热水供水温度揪的方案，则效相果相反，可能侦导致冷水机组趣运行不稳定。拘4形“仁免费取悦冷话”园离心式冷水机惊组这“凉免费取罚冷谊”首是巧妙利用外置界环境温度，旅在不启动压缩求机的情况下进锐行供冷的一种攻方式，机组的堆能耗接缎近写0KW/t姿o云n绞，制冷效沾率全CO骑P续接近无穷大。驴一些工业应用泊场合、超市或肯者一些大建筑尝物的内区，即卵使在冬天仍然们需要机组提供拼制冷。当室外翼侧冷却水的温跃度低于冷水的康温度时，就可捎以启稍用磨“拦免费取灭冷些”古来提供冷水。疮根据制冷剂优选先流向温度较冤低处的原理，洞液态制冷剂因貌重力从贮液器育中流向蒸发器负，并充满管束悼。因为蒸发器悠中制冷剂温度鄙和压力都比冷匠凝器高（因为化此时冷水的温允度比冷却水更厉高），制冷剂倘就在蒸发器中谁蒸发后流回冷稍凝器。经由冷潮却塔出来的冷杏却水冷却制冷而剂，使其凝结阴为液体后，液财态制冷剂再次确流向蒸发器。阵只要冷凝器和园蒸发器中的水包温存响在辽“毛温度机差尽”蔬，该制冷剂循坛环模式就会一枪直进行。原理烧示意图见岔图他7悲。述“乏免费取鹊冷湖”旁离心式冷水机休组可提供高棵达机45鹿%识的名义制冷量炸而无需启动压铲缩机，既节约危电费，又可免田去相应的换热演器投资。如果怀室外湿球温度波超拘过答10企O言C热时涝,孟则返回到常规激制冷模式。窝“县免费取孩冷笑”蹦不能与热回收腔同时使用，因况为提供热回收拾热量的冷水机棋组同时正在机著械制冷，而免乌费取冷时压缩旺机不运转。吹“捞免费取雨冷恨”喷可避免户外冷酿却水结冰，不床仅提高冷却水染水温，而且保涉持冷却水流动饿。但建议采用音一些防冻措施匪：如户外冷却工水水管保温、伶冷却塔底部增闭加电加热器、晴低温时段开水熊泵等。捞5屿冰蓄冷离心式剥冷水机组利冰蓄冷系统利熔用峰谷电价差殿别，通螺过搜“握夜间制冰，白街天融据冰学”松方式，把不能近储存的电能转资化为冷量储存煤起来，满足空晕调制冷需求，析同时实现电力赏需求削峰填谷枯的目的。在目汪前的冰蓄冷市伤场中，螺杆式柔冷水机组用于们冰蓄冷的项目发最多。但是受及制于螺杆机组潜自身的特点，突它存在着制冷场量小，效率低幼的缺点，无法蜘满足冷量需求否较大客户的要唉求。产由于冰蓄冷时绳冷水（含乙二浑醇）的出水温牵度低禾于孝-5.5牺O婶C积,到比常规空调系蓄统的冷水出水轧温度书（贺7味O奇C汇）孩低守12.5杆O签C友左旺右遵,小因此冰蓄冷离婆心机制冷剂的丧蒸发压力比常皱规空调系统的纠离心机制冷剂雕的蒸发压力低给很庭多狭,晃需要压缩机提要供更多的压头夸克服制冷剂的末冷却压力与蒸睛发压力之间的眼压差。而在商医业销售的领域难内常规的离心单式冷水机组较趟难实现双工况清的自动转换。亚三级压缩离心系式冷水机组是激电机直接驱动堡压缩机，压缩聋机转速精约肌2950r血/mi盯n桶，通过加大叶箭轮直径和改变盐进气导流叶片曲角度，可实现福白天制冷、晚碧上制冰。通过折监控蒸发器进基液温住度孤,灾炉可顺利实