江東凡

摘 要：據統計，中央空調水系統的能耗占整個空調系統總能耗的15%～20%.因此，中央空調水系統的節(jié)能改造對實現中央空調的整體節(jié)能具有重要意義。結合工程實例，分析了水系統的運行和中央空調水系統節(jié)能改造所產生的節(jié)能效益和經濟效益，以期為有關的節(jié)能工作提供借鑒。

關鍵詞：中央空調；水系統；節(jié)能改造；改造方案

中圖分類號：TU831.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.109

隨著世界能源的日益短缺，節(jié)能問題已成為人們廣泛關注的問題。研究表明，空調系統的節(jié)能潛力很大，而降低空調能耗具有重要的節(jié)能意義?？照{水系統是空調系統中的重要組成部分，其運行電耗大，所以降低循環(huán)水系統的能耗便成了空調系統節(jié)能降耗的關鍵。對此，本文詳細介紹了水系統的節(jié)能改造方法和措施。

1 中央空調水系統概況

某商廈中央空調水系統如圖1所示。商廈建筑物地上5層、地下2層，空調總面積約為2×104 m2；中央空調機房位于地下2層，空調系統配備功率為3.39×106 kJ/h?？照{系統包含溴化鋰吸收式冷水機組2臺、3.14×106 kJ/h螺桿式冷水機組（30HXC250A）、采暖用換熱站、水泵和膨脹水箱等，其中，膨脹水箱位于地上5層頂部?；诠?jié)能和系統運行可靠性考慮，設置了3臺離心式水泵，型號為KQW150/400-45/4，流量為200 m3/h，揚程為50 m，功率為44.83 kW，轉速為1 480 r/min，在制冷（2用1備）和采暖工況（1用2備）下共用。

水系統為閉式機械循環(huán)回路。在標準制冷工況下，水從回水箱由水泵送至冷水機組，被冷卻至7～12 ℃，然后從分水箱供應給各個回路，流經空調末端設備吸熱后，以18～21 ℃的回水溫度回至回水箱，以此循環(huán)往復；在制熱工況下，水從回水箱由水泵送至熱交換器換熱，加熱后從分水箱供應給各個回路，流經空調末端設備放熱后回至回水箱，以此循環(huán)往復。下面筆者主要對該空調系統在制冷工況時的水系統能效進行分析討論。

2 水系統能效分析

2.1 水系統運行情況

該中央空調系統運行時，如果水泵出口閥全開，則水流量太大，會導致電機過載。因此，要將水泵的部分出口閥關閉，將水流量調節(jié)到合適的狀態(tài)。在實際運行中，泵出口閥開度較小，約為全行程的25%，如果稍微調小，則會對水流量產生較大影響，難以準確控制流量。為了保證空調系統在任何負荷下都能提供足夠的冷凍水，要將水泵流量調整到最大，使電機運行接近滿負荷狀態(tài)。此外，該系統供回水溫差低于最佳供回水溫差（5 ℃）。改進前，制冷工況下水系統各處壓力、溫度等參數如圖1所示。

2.2 水系統能耗分析

圖2和圖3分別為離心泵揚程和輸出功率隨流量變化的特性曲線。原方案中，水泵進出口壓差為0.43 MPa（0.78-0.35=0.43），此時泵的揚程約為43 m，泵的工作點為圖2中的A點。由圖2和圖3可知，此時單臺泵流量約為73 L/s（263 m3/h），電機功率接近額定功率（約44 kW，實測為44.83 kW）。根據水泵出口閥前后壓差以及水泵出口閥后與進口間的壓差，此時在泵揚程43 m中，有23 m用于克服出口閥阻力，20 m用于克服管路系統阻力。如果將泵出口閥繼續(xù)開大，則閥的阻力減小，泵的工作點沿揚程特性曲線H1向右下方移動，泵流量增大，揚程減小，泵的輸出功率增加，如果流量太大，則會導致電機過載；如果將泵出口閥關小，則閥的阻力增大，泵的工作點沿揚程特性曲線H1向左上方移動，泵流量減小，揚程增大，泵的輸出功率減小，如圖3所示。

采用節(jié)流調節(jié)的方式雖然能在一定程度上減小水泵功率的消耗，防止電機過載，但閥的阻力會帶來壓頭損失和功率消耗，導致系統運行的經濟性降低。

3 水系統節(jié)能改進方案

通過分析該商廈中央空調水系統的運行參數，發(fā)現水泵實際流量過大，供回水溫差偏小，系統運行時需要通過大幅度關小水泵出口閥調節(jié)流量，以防電機過載。但由于小流量調節(jié)時，出口閥的精度難以控制，因此水泵調節(jié)后的實際流量仍超過了循環(huán)系統的需要。究其原因，是由于配備的水泵揚程過大。如果采用滿足流量要求、揚程較小的離心泵代替原泵，則可不通過節(jié)流調節(jié)或減小調節(jié)幅度，就能大大降低系統的運行功耗。

在閉式循環(huán)系統中，由于膨脹水箱的存在，水箱液位在泵進口會產生約35 m的靜壓力，而該系統的供水高度約為30 m，所以在計算泵的揚程時可以不考慮供水高度，只需根據管路水的流量需求和管路阻力特性選擇流量和揚程合適的泵即可?？紤]到空調系統的各種運行工況，需通過現場實測參數，并分析、計算原廠家該型號離心泵的特性曲線，確定合適的水流量和管路阻力。經過計算得出，水系統在2臺泵并聯工作時的管路阻力約為23 m，單臺泵的流量約為160 m3/h。經查詢，并考慮到一定的流量和揚程儲備，可選用3臺原廠家型號為KQW150/285-18.5/4的離心泵（額定流量為173 m3/h，額定揚程為24 m，泵功率為18.5 kW）取代原來的3臺離心泵。

4 水系統節(jié)能改造方案的節(jié)能效果分析

該商廈中央空調水系統運行的具體情況如下：

制冷運行工況：1—10月，2臺水泵并聯運行，每年運行時間約2 100 h；

制熱運行工況：1月至次年3月，1臺水泵運行，每年運行時間約2 000 h。

如果選擇型號為KQW150/285-18.5/4的離心泵取代原來的3臺離心泵，對水系統進行節(jié)能改造，根據圖3中的曲線P2可知，流量為160 m3/h時的泵功率約為15 kW。中央空調水系統改進前后的能耗對比如表1所示。

根據上述分析，用低揚程的KQW150/285-18.5/4離心泵取代原來的泵，可取得可觀的經濟效益，說明上述節(jié)能改進方案是可行的。

5 項目節(jié)能改造后的節(jié)電效益分析

按照上述方案改進水系統，由于采用的是原廠家產品，KQW150/285-18.5/4離心泵安裝尺寸除安裝高度比原泵低55 mm外，其余尺寸完全一致，因而只改動一下泵的出口連接管即可。整個空調系統運行調試結果顯示，水系統的功耗與改進前的分析結果基本相符。改造完成后，對水系統的運行節(jié)能效果進行了為期1年（2009-05-10—2010-05-10）的跟蹤檢驗。3臺水泵的運行時間分別為2 466 h、2 130 h和2 144 h，總計6 740 h。改造前的用電量為6 740 h×45 kW=303 300 kW·h，改造后的用電量為98 988 kW·h，節(jié)約電能204 312 kW·h，節(jié)約電費204 312 kW·h×0.889 4元/（kW·h）≈181 715.1元，節(jié)電率為67%.

6 結束語

總之，水系統的節(jié)能改造對既有建筑中央空調的整體節(jié)能改造具有重要意義，且其節(jié)能潛力很大。因此，我們必須制訂科學、合理的水系統節(jié)能改造方案，以獲得更多的中央空調節(jié)能效益和生態(tài)效益。

參考文獻

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[2]陳珊珊，韓家甜.中央空調水系統節(jié)能設計[J].現代建筑電氣，2012（07）.

〔編輯：王霞〕

Abstract： According to statistics， the energy consumption of the central air-conditioning system accounts for 15% of the total energy consumption of the air-conditioning system to 20%. This paper analyzes the energy saving and economic benefits of the operation of the water system and the energy saving of the central air conditioning water system.

Key words： central air conditioning； water system； energy saving； reform plan