摘 要：據(jù)統(tǒng)計(jì)，中央空調(diào)水系統(tǒng)的能耗占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)總能耗的15%～20%.因此，中央空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能改造對(duì)實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)的整體節(jié)能具有重要意義。結(jié)合工程實(shí)例，分析了水系統(tǒng)的運(yùn)行和中央空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造所產(chǎn)生的節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益，以期為有關(guān)的節(jié)能工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；水系統(tǒng)；節(jié)能改造；改造方案

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

一、中央空調(diào)水系統(tǒng)概況

某商廈中央空調(diào)水系統(tǒng)如圖1所示。商廈建筑物地上5層、地下2層，空調(diào)總面積約為2×104 m2；中央空調(diào)機(jī)房位于地下2層，空調(diào)系統(tǒng)配備功率為3.39×106 kJ/h?？照{(diào)系統(tǒng)包含溴化鋰吸收式冷水機(jī)組2臺(tái)、3.14×106 kJ/h螺桿式冷水機(jī)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。基于節(jié)能和系統(tǒng)運(yùn)行可靠性考慮，設(shè)置了3臺(tái)離心式水泵，型號(hào)為KQW150/400-45/4，流量為200 m3/h，揚(yáng)程為50 m，功率為44.83 kW，轉(zhuǎn)速為1480 r/min，在制冷（2用1備）和采暖工況（1用2備）下共用。

水系統(tǒng)為閉式機(jī)械循環(huán)回路。在標(biāo)準(zhǔn)制冷工況下，水從回水箱由水泵送至冷水機(jī)組，被冷卻至7～12 ℃，然后從分水箱供應(yīng)給各個(gè)回路，流經(jīng)空調(diào)末端設(shè)備吸熱后，以18～21 ℃的回水溫度回至回水箱，以此循環(huán)往復(fù)；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(yīng)給各個(gè)回路，流經(jīng)空調(diào)末端設(shè)備放熱后回至回水箱，以此循環(huán)往復(fù)。下面筆者主要對(duì)該空調(diào)系統(tǒng)在制冷工況時(shí)的水系統(tǒng)能效進(jìn)行分析討論。

二、水系統(tǒng)能效分析

（一）水系統(tǒng)運(yùn)行情況

該中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，如果水泵出口閥全開，則水流量太大，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過載。因此，要將水泵的部分出口閥關(guān)閉，將水流量調(diào)節(jié)到合適的狀態(tài)。在實(shí)際運(yùn)行中，泵出口閥開度較小，約為全行程的25%，如果稍微調(diào)小，則會(huì)對(duì)水流量產(chǎn)生較大影響，難以準(zhǔn)確控制流量。為了保證空調(diào)系統(tǒng)在任何負(fù)荷下都能提供足夠的冷凍水，要將水泵流量調(diào)整到最大，使電機(jī)運(yùn)行接近滿負(fù)荷狀態(tài)。此外，該系統(tǒng)供回水溫差低于最佳供回水溫差（5 ℃）。改進(jìn)前，制冷工況下水系統(tǒng)各處壓力、溫度等參數(shù)如圖1所示。

（二）水系統(tǒng)能耗分析

圖2和圖3分別為離心泵揚(yáng)程和輸出功率隨流量變化的特性曲線。原方案中，水泵進(jìn)出口壓差為0.43 MPa（0.78-0.35=0.43），此時(shí)泵的揚(yáng)程約為43 m，泵的工作點(diǎn)為圖2中的A點(diǎn)。由圖2和圖3可知，此時(shí)單臺(tái)泵流量約為73 L/s（263 m3/h），電機(jī)功率接近額定功率（約44 kW，實(shí)測(cè)為44.83 kW）。根據(jù)水泵出口閥前后壓差以及水泵出口閥后與進(jìn)口間的壓差，此時(shí)在泵揚(yáng)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(tǒng)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(diǎn)沿?fù)P程特性曲線H1向右下方移動(dòng)，泵流量增大，揚(yáng)程減小，泵的輸出功率增加，如果流量太大，則會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過載；如果將泵出口閥關(guān)小，則閥的阻力增大，泵的工作點(diǎn)沿?fù)P程特性曲線H1向左上方移動(dòng)，泵流量減小，揚(yáng)程增大，泵的輸出功率減小，如圖3所示。

采用節(jié)流調(diào)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(jī)過載，但閥的阻力會(huì)帶來壓頭損失和功率消耗，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性降低。

三、水系統(tǒng)節(jié)能改進(jìn)方案

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

在閉式循環(huán)系統(tǒng)中，由于膨脹水箱的存在，水箱液位在泵進(jìn)口會(huì)產(chǎn)生約35 m的靜壓力，而該系統(tǒng)的供水高度約為30 m，所以在計(jì)算泵的揚(yáng)程時(shí)可以不考慮供水高度，只需根據(jù)管路水的流量需求和管路阻力特性選擇流量和揚(yáng)程合適的泵即可。考慮到空調(diào)系統(tǒng)的各種運(yùn)行工況，需通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)參數(shù)，并分析、計(jì)算原廠家該型號(hào)離心泵的特性曲線，確定合適的水流量和管路阻力。經(jīng)過計(jì)算得出，水系統(tǒng)在2臺(tái)泵并聯(lián)工作時(shí)的管路阻力約為23 m，單臺(tái)泵的流量約為160 m3/h。經(jīng)查詢，并考慮到一定的流量和揚(yáng)程儲(chǔ)備，可選用3臺(tái)原廠家型號(hào)為KQW150/285-18.5/4的離心泵（額定流量為173 m3/h，額定揚(yáng)程為24 m，泵功率為18.5 kW）取代原來的3臺(tái)離心泵。

四、水系統(tǒng)節(jié)能改造方案的節(jié)能效果分析

該商廈中央空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行的具體情況如下：

制冷運(yùn)行工況：1—10月，2臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行，每年運(yùn)行時(shí)間約2 100 h；

制熱運(yùn)行工況：1月至次年3月，1臺(tái)水泵運(yùn)行，每年運(yùn)行時(shí)間約2 000 h。

如果選擇型號(hào)為KQW150/285-18.5/4的離心泵取代原來的3臺(tái)離心泵，對(duì)水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，根據(jù)圖3中的曲線P2可知，流量為160 m3/h時(shí)的泵功率約為15 kW。中央空調(diào)水系統(tǒng)改進(jìn)前后的能耗對(duì)比如表1所示。

根據(jù)上述分析，用低揚(yáng)程的KQW150/285-18.5/4離心泵取代原來的泵，可取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，說明上述節(jié)能改進(jìn)方案是可行的。

五、項(xiàng)目節(jié)能改造后的節(jié)電效益分析

按照上述方案改進(jìn)水系統(tǒng)，由于采用的是原廠家產(chǎn)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(dòng)一下泵的出口連接管即可。整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試結(jié)果顯示，水系統(tǒng)的功耗與改進(jìn)前的分析結(jié)果基本相符。改造完成后，對(duì)水系統(tǒng)的運(yùn)行節(jié)能效果進(jìn)行了為期1年（2009-05-10—2010-05-10）的跟蹤檢驗(yàn)。3臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間分別為2 466 h、2 130 h和2 144 h，總計(jì)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(fèi)204 312 kW·h×0.889 4元/（kW·h）≈181 715.1元，節(jié)電率為67%.

六、結(jié)語(yǔ)

總之，水系統(tǒng)的節(jié)能改造對(duì)既有建筑中央空調(diào)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(xué)、合理的水系統(tǒng)節(jié)能改造方案，以獲得更多的中央空調(diào)節(jié)能效益和生態(tài)效益。

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