空調水系統節能設計探討

苗建松

【摘要】在中央空調系統中耗能較大的部件為冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔，這些部件均集中在中央空調水系統中，本文主要討論了在設計階段如何實現中央空調水系統四大耗能部件的節能問題。

【關鍵詞】中央空調；水系統；冷水機組；冷凍水泵；冷卻水泵；冷卻塔；節能

一、引言

在能源不足困擾著世界的今天，節能已經成為我國的基本國策。節能要我們每位公民首先具有節能意識，而且節能首先要從我做起。作為一個中央空調設計者，我們要做的就是在中央空調設計中踐行國家的節能政策，設計出更加舒適、實用且更加節能的系統。

在中央空調系統能耗中最大的是冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵以及冷卻塔等設備，大概占到了空調的總體耗能的百分七十至八十。由此可見，空調水系統的節能設計是整個中央空調系統節能設計的重中之重。本文就從空調水系統的四大能耗部件開始進行空調水系統的節能分析，望同行探討。

二、空調水系統中各部件能耗分析

筆者所設計的X高層辦公樓為例，該辦公樓水系統的主要設備數量及功率如下表

由上表可知，整個水系統的輸入功率為1870.5KW，其中，冷水機組輸入功率為1406KW，占整個水系統輸入功率75.17%；冷凍水泵輸入功率為210KW，占整個水系統輸入功率11.23%；冷卻水泵輸入功率為202KW，占整個水系統輸入功率10.80%；冷卻水塔輸入功率為52.5KW，占整個水系統輸入功率2.81%。知道了整個水系統中各個部件的能耗比我們才能更有針對性的去做節能設計。下面筆者就從此展開來談談中央空調水系統的節能設計。

三、冷水機組的節能設計

從上面的例子不難看出在整個水系統中冷水機組的能耗占比最大，達到75.17%。要想降低整個水系統的能耗，首先就要從降低冷水機組的能耗入手。如何降低冷水機組的能耗呢，隨著科技的發展，冷水機組制造廠家已經能生產出制冷性能非常優異的冷水機組。冷水機組本身的節能問題我們在這里不做深入討論，在這里主要談談如何選擇冷水機組，以使其能更好的跟整個空調系統相匹配，進而使冷水機組在滿負荷運行及部分負荷運行時均能發揮出優異的制冷性能。下面就從冷水機組臺數的選擇方面討論一下，不同臺數組合情況下的耗能情況。

這里以X工程為例，該工程冷負荷為1200KW。選冷水機組時有如下三種組合方式：（當然還有更多的組合方式，筆者只以這三種典型的方式為例）

方案一：選一臺制冷量為1200KW的主機；

方案二：選兩臺制冷量為600KW的主機；

方案三：選兩臺制冷量為500KW加一臺制冷量為200KW的主機；下面三

張圖是對應以上這三種方案冷水機組輸入功率隨著冷負荷變化而變化的示意圖。圖中陰影部分為后兩種方案相對于第一種方案的節能效果。從圖中我們可以很容易的看出這三種組合方式在耗能方面的表現。進而確定第三種方案是比較節能的，因此建議在設計中應該盡量選用。

正如筆者之前所強調的，在實際設計中有很多種方案，不同的方案有不同的特點，同時也有不同的節能效果。在實際工程中，我們要經過計算比較來選擇合適的機組及其組合方式，而不能拘于形式。力求使冷水機組的功率輸入與負荷成線性關系，筆者認為這樣更有利于節能。

四、冷凍水泵及冷卻水泵的節能設計

水泵的能耗占整個水系統能耗的20.03%，其能耗比例也相當的客觀。要減少水泵的能耗，根據水泵能耗計算公式，筆者認為除了水泵本身要采用節能產品外還應該從以下兩個方面入手，第一，減少水系統的輸送水量，即減少水泵的流量；如何減少水泵的輸送水量呢？可以采用提高冷凍水供回水溫差的方法來減少水系統的水量。傳統的中央空調冷凍水系統供回水溫度分別為7℃和12℃，供回水溫差為5℃。實際工程中可以考慮把供回水溫差提高到10℃，即供回水溫度分別為7℃和17℃，這種系統也就是所謂的大溫差供冷系統。該系統在實際工程中已經屢有應用，實際使用情況良好，節能效果十分明顯，值得推廣。

第二，減少整個水系統的阻力，即減少水泵的揚程。首先，在設計過程中，水泵選型計算時應適當放大管徑，筆者建議在選擇管道水流速度時按規范規定的較小值選擇，這樣會使整個系統的管道阻力大為減小。其次選擇閥件時，要選擇局部阻力小的閥件比如說盡量選用閘閥，而不選用截止閥；選擇止回閥時不選用阻力較高的升降式止回閥等。再次，選擇控制閥時有些設計師過分強調閥權度，使系統中控制閥全開時的阻力等于甚至大于所控制末端的阻力，這無形中增加了是泵的揚程，因此建議控制閥全開的阻力為所控制的末端阻力的50%左右。的這樣可以使整個水系統阻力減小，從而使選擇的水泵揚程減小。筆者認為這種做法也有一定的節能效果。

冷卻水泵的選擇，首先，要選擇適當的位置布置冷卻塔，放置位置不能太高以減少冷卻水泵的揚程；其次，避免選擇塔體揚程太高的冷卻塔。這樣均能有效的減少冷卻水泵的揚程，對冷卻水泵的節能運行很有益處。

五、冷卻水塔的節能設計

冷卻塔是制冷系統中冷卻水與空氣熱進行熱交換的地方，其任務是通過熱交換降低冷卻水溫度，而這一熱交換過程非常復雜，影響因素眾多。在冷卻塔中的水與空氣交換熱量，主要是水蒸發吸熱，進而降低冷卻水的水溫。因此空氣的濕球溫度是影響冷卻塔冷卻效能的一個重要因素。

實際上，影響冷卻效果的因素多種多樣，有研究表明，冷卻塔水量、風量都會影響冷卻塔出水溫度，兩者對冷卻塔出水溫度的影響存在一定的不同。其中水量的影響較大。但風量卻與冷卻塔本身的能耗息息相關，要合理控制冷卻水塔的風機風量，以利于節能。必要時可以關閉冷卻塔風機。

五、結語

綜上，從當前情況分析，中央空調水系統的耗能情況非常嚴重，因此空調設計人員一定要在設計之初就對整個系統的節能加以重視。也只有在源頭上開始考慮節能、實施相關節能措施，才能在以后的運行中實現節能。以上的觀點純屬一家之言，希望廣大同行批評指正。

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