中央空调水系统设计运行最佳节能方式

空调工程的能耗占建筑物总能耗比比较大。空调工程设计、运行中的节能已成为暖通空调与建筑专业设计工程师和运行管理人员的迫切任务。 中央空调水系统最佳节能方式.不仅要考虑满负待运行的能耗指标。还应特别注惫在部分负苟下运行的节能问题。空调制冷系统的冷冻水、冷却水变流量系统可使冷水机组在部分负苟下运行带来显著的节能效果。单环路交流通冷冻水系统优于一、二次环路变流量系统。

在当今世界上充满着“能源紧缺”的时刻，“节能”问题已成为世界各国最关心的首要问题，也是我国政府和研究部门广大科学工作者探计中最注重的一环。各国政府都积极地颁布“节能”的法令、法规，已把节能问题列入考察监定和衡量一个建筑工程优劣的首要标准之一。一些发达国家空调工程的能耗，已占据建筑物总能耗的6O~70%。我国也占据50~60%。

所以，如何在空调工程设计与运行中节能，已成为广大暖通空调与建筑专业设计工程师和运行管理人员的迫切任务。我国能源方针是“节能，与能源开发并重，并把节约能源放大优先的地位。空调工程的节能主要包括:节电、节水、节省冷量和热量.而空调制冷系统的能耗据考核已占空调工程能耗的一半以上。

在电信枢纽楼工程中由于工艺设备发热量大，空调负荷比较大，且要求空调系统连续运行，空调制冷系统的能耗占据整个空调工程能耗的65%以上。因此，空调对制冷系统采取最佳的节能方案是至关重要的向题。

1、目前制冷系统节能指标

制冷系统的节能指标，意指在规定的参数，如：冷水机组冷冻水进、出水温度，冷却水进、出水温度，室内外环境空气的温度、湿度……，在这些条件下，每生产1kw的制冷量所耗用能量应为最小，按目前的节能指标：每生产lkW制冷量的耗电量不得大于0.213kW,或每产生一美国冷吨制冷量的耗电不得大于0.75kw。用以上这个能耗指标来控制空调工程设计。

然而，空调的制冷系统仅仅考虑在设计工况下，即在满负荷条件下运行时的能耗指标是不够的，还应考虑空调制冷系统在部分负荷下运行的节能问题。

2、空调制冷系统在部分负荷下运行的概率

一般空调制冷系统的设计都是以最大负荷为设计工况，但在实际运行中，所有的因素综合与设计工况相符合的情况是比较少的，因此空调制冷系统常常会在部分负荷下运行。据统计，空调制冷系统在满负荷情况下运行只占20~30%，在70~80%的时间是在部分负待下运行。这就给空调设计工程师们提出了一个新问题，在部分负荷运行情况下如何设计才能使空调制冷系统符合节能的原则。这比在设计工况下提出能耗指标更为重要。

3、离心式冷水机组运行时的节能特性

离心式冷水机缎的工作效率，除了考虑离心式压缩机本身的效率外，还与冷凝器和蒸发器的换热效率有关，所以判断离心式冷水组的效率应该判断离心式压缩机及冷凝器和燕发器的综合效率，这就为离心式冷水机组在部分负荷情况下的运行如何节能创造了条件。从各厂家离心式冷水机组运行特性曲线看，发现各种系列冷水机组特性曲线基本相同，差别很小。以美国约克公司生产制冷量650Rt/h的离心式冷水机组特性曲线为例，在部分负荷运行，节能情况列人表1。

从表1数据可以看出负荷在100%~40%之间随着负荷的下降，每产生1kw冷量的耗电比满负荷时少，而负荷在10%~40%时，随着负荷的下降每产生1kw冷量的耗电均比满负荷大，因此，为了“节能”必须将冷水机组控制在100%~40%之间运行。

4、在部分负荷下运行时离式冷水机组的节能状况

对于制冷机组侧来说，冷水机组在部分负荷下运行就是通过改变人口导向翼的启闭调节制冷剂的循环量，也就是当负荷下降时在蒸发器中需要蒸发吸热的制冷剂量减少了，则意味着增大了蒸发器的热交换面积，即降低了蒸发器单位面积上的蒸发强度，这就大大提高了蒸发器的热效率。

离心式冷水机组在水一侧的负荷为:

Q=G*Δt*C (1)

式中:Q—离心式冷水机组的负荷w/h或kcal/h,

G—流经蒸发器的冷冻水量kg/h,

C—冷冻水的比热，清水C=1

Δt—T2-T1，由负荷要求决定的，一般空调用冷冻水Δt =5℃，

T1—蒸发器出水温度，℃，一般T1=7C，

T2—为蒸收器进水温度，℃，一般T2=120C。

由上面式(1)中可知，如负荷Q发生变化，则式(1)中的唯一变量是冷冻水量G，只有一台冷水机组的冷冻水系统，当负荷Q增大时，冷冻水量G增大，当负荷降低时冷冻水量G也随之减少，由此可知，冷冻水量应随负荷的变化而变化，因为冷冻水量G的变化会使冷水机组在部分负荷下运行带来显著的节能效果。这一论点就是离心式冷水机“节能”的理论依据。

目前冷水机组各设备厂，控制系统均能保证离心式冷水机组的负荷在100%一10%间随空调末端负荷的变化而变化，冷水机组的耗电量也随负荷变化而变化，以达到“节能”的要求。对于设备厂家最关心是，用最快最简便的方法测出冷水机组耗电量随负荷的变化的精确结果，而对于冷冻水循环泵，冷却水循环泵的耗电量大小并不关心。对于设计者来讲最关心的应是冷冻水量G的变化。因为G的变化可以给冷冻水制冷系统带来显著的“节能”效果。

空调冷冻水变水气系统形式。

(1)传统的变流量冷冻水系统，一般都采用一、二次双环路方式如图1。

图1 一/二次冷冻水环路

这种变水量系统包括各自带有独立泵一次和二次环路。通常一次环路中与冷水机一一对应的低扬程一次泵保持恒定的冷冻水流量，而一台或多台高扬程的变流量二次泵对二次环路冷冻水量进行调节以满足实际制冷需要，一、二次环路间流量的不平衡引起旁通管道内冷冻水流动，显然这种系统达到了保持恒定冷冻水流量通过冷水机的目的，但它不能在部分负荷时获得最高的冷水机效率，并且由于大多数运行工况下两个环路的流量不相等而限制了冷水机的能力，同时由于设两套泵不仅增加设备投资而且增加泵房面积。

(2)过去在空调冷冻水变流量系统中经常采用方法

在空调供回水总管上设差压旁通装置，虽然既可以满足末端空调，负荷变化，冷冻水量也随之变化，又保证了冷水机组正常运行，但系统的电耗没有变化所以不节能，只能说这种方式是制冷系统安全运行的一种措施。

(3)单环路变流量冷冻水系统见图2

图2 单环路变流量冷冻水系统

目前的自动控制、系统和变频技术都已经很完善，通过完善的一体化控制系统可以在冷冻水流量太低而不能有效的供冷或者可能引起，冷水机的运行接近极限时，准确的作出判断调节整个系统的运行。如图2单环路冷冻水变流量系统，冷水机组本身能量调节在100%一10%内调节，它在制冷负荷减少时体现出高调节比和增大的性能系数(COP)。冷水机所需的流量是由制冷负荷的大小决定的。因为负荷端接有两通电动调节阀使负荷侧的流量随负荷变化而变化。采取这种方案，冷冻水流量和冷水机的容量都可以有效配合各种负荷情况，制冷量极限值的定义和目前冷水机系统一样，是低于它时系统不能运行的数值。图2所示单环路变流量冷冻水系统的潜在优点是：

1)初投资和维修费较低。

2)冷水机设备的总运行效率较高。

3)在高峰负荷时利用冷水机的全部容量有较大的灵活性。

4)此系统在部分负荷时有显著的节能效果。

5)系统的控制精度高。

6)简单的设备配置节省了泵房的面积。

5、空调制冷系统冷却水变流量运行的“节能”特性

冷却水循环系统也同冷冻水循环系统一样可以随冷负荷的变化，用变水量，运行的方法来达到“节省能耗”的目的，这里不在详细分析。

6、空调冷冻水和冷却水单环路变流量系统在工程设计中的应用

杭州第二长途电信枢纽楼建筑面积约80000m2,空调冷冻水系统分为低区、中区、高区三个系统，冷水机组共8台，冷冻站总制冷量为4300Rt/h,冷冻水总循环气2610m3/h冷却水总循环量3260m3/h，冷冻水系统，冷却水系统均设计为单环路变流量系统。冷水机冷冻水和冷却水流量可调范围都有一定限制，超出这个范围会影响主机的运行或发生意外，一般的冷水机组，目前设备厂家提供可调范围为100%~50%，所以变频的范围仅为100%~70%，耗电指标范围为100%~34.3%，耗电可节约65%左右，具体如何灵活地在空调水系统运用变流量系统，以达到更大范围的节能，需要广大设计者共同不断深人探讨。