空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)探討

苗建松

【摘要】在中央空調(diào)系統(tǒng)中耗能較大的部件為冷水機(jī)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(diào)水系統(tǒng)中，本文主要討論了在設(shè)計(jì)階段如何實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)水系統(tǒng)四大耗能部件的節(jié)能問題。

【關(guān)鍵詞】中央空調(diào)；水系統(tǒng)；冷水機(jī)組；冷凍水泵；冷卻水泵；冷卻塔；節(jié)能

一、引言

在能源不足困擾著世界的今天，節(jié)能已經(jīng)成為我國的基本國策。節(jié)能要我們每位公民首先具有節(jié)能意識(shí)，而且節(jié)能首先要從我做起。作為一個(gè)中央空調(diào)設(shè)計(jì)者，我們要做的就是在中央空調(diào)設(shè)計(jì)中踐行國家的節(jié)能政策，設(shè)計(jì)出更加舒適、實(shí)用且更加節(jié)能的系統(tǒng)。

在中央空調(diào)系統(tǒng)能耗中最大的是冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵以及冷卻塔等設(shè)備，大概占到了空調(diào)的總體耗能的百分七十至八十。由此可見，空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)是整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的重中之重。本文就從空調(diào)水系統(tǒng)的四大能耗部件開始進(jìn)行空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能分析，望同行探討。

二、空調(diào)水系統(tǒng)中各部件能耗分析

筆者所設(shè)計(jì)的X高層辦公樓為例，該辦公樓水系統(tǒng)的主要設(shè)備數(shù)量及功率如下表

由上表可知，整個(gè)水系統(tǒng)的輸入功率為1870.5KW，其中，冷水機(jī)組輸入功率為1406KW，占整個(gè)水系統(tǒng)輸入功率75.17%；冷凍水泵輸入功率為210KW，占整個(gè)水系統(tǒng)輸入功率11.23%；冷卻水泵輸入功率為202KW，占整個(gè)水系統(tǒng)輸入功率10.80%；冷卻水塔輸入功率為52.5KW，占整個(gè)水系統(tǒng)輸入功率2.81%。知道了整個(gè)水系統(tǒng)中各個(gè)部件的能耗比我們才能更有針對(duì)性的去做節(jié)能設(shè)計(jì)。下面筆者就從此展開來談?wù)勚醒肟照{(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。

三、冷水機(jī)組的節(jié)能設(shè)計(jì)

從上面的例子不難看出在整個(gè)水系統(tǒng)中冷水機(jī)組的能耗占比最大，達(dá)到75.17%。要想降低整個(gè)水系統(tǒng)的能耗，首先就要從降低冷水機(jī)組的能耗入手。如何降低冷水機(jī)組的能耗呢，隨著科技的發(fā)展，冷水機(jī)組制造廠家已經(jīng)能生產(chǎn)出制冷性能非常優(yōu)異的冷水機(jī)組。冷水機(jī)組本身的節(jié)能問題我們?cè)谶@里不做深入討論，在這里主要談?wù)勅绾芜x擇冷水機(jī)組，以使其能更好的跟整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)相匹配，進(jìn)而使冷水機(jī)組在滿負(fù)荷運(yùn)行及部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)均能發(fā)揮出優(yōu)異的制冷性能。下面就從冷水機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇方面討論一下，不同臺(tái)數(shù)組合情況下的耗能情況。

這里以X工程為例，該工程冷負(fù)荷為1200KW。選冷水機(jī)組時(shí)有如下三種組合方式：（當(dāng)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(tái)制冷量為1200KW的主機(jī)；

方案二：選兩臺(tái)制冷量為600KW的主機(jī)；

方案三：選兩臺(tái)制冷量為500KW加一臺(tái)制冷量為200KW的主機(jī)；下面三

張圖是對(duì)應(yīng)以上這三種方案冷水機(jī)組輸入功率隨著冷負(fù)荷變化而變化的示意圖。圖中陰影部分為后兩種方案相對(duì)于第一種方案的節(jié)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(xiàn)。進(jìn)而確定第三種方案是比較節(jié)能的，因此建議在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量選用。

正如筆者之前所強(qiáng)調(diào)的，在實(shí)際設(shè)計(jì)中有很多種方案，不同的方案有不同的特點(diǎn)，同時(shí)也有不同的節(jié)能效果。在實(shí)際工程中，我們要經(jīng)過計(jì)算比較來選擇合適的機(jī)組及其組合方式，而不能拘于形式。力求使冷水機(jī)組的功率輸入與負(fù)荷成線性關(guān)系，筆者認(rèn)為這樣更有利于節(jié)能。

四、冷凍水泵及冷卻水泵的節(jié)能設(shè)計(jì)

水泵的能耗占整個(gè)水系統(tǒng)能耗的20.03%，其能耗比例也相當(dāng)?shù)目陀^。要減少水泵的能耗，根據(jù)水泵能耗計(jì)算公式，筆者認(rèn)為除了水泵本身要采用節(jié)能產(chǎn)品外還應(yīng)該從以下兩個(gè)方面入手，第一，減少水系統(tǒng)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(tǒng)的水量。傳統(tǒng)的中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)供回水溫度分別為7℃和12℃，供回水溫差為5℃。實(shí)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(tǒng)也就是所謂的大溫差供冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)在實(shí)際工程中已經(jīng)屢有應(yīng)用，實(shí)際使用情況良好，節(jié)能效果十分明顯，值得推廣。

第二，減少整個(gè)水系統(tǒng)的阻力，即減少水泵的揚(yáng)程。首先，在設(shè)計(jì)過程中，水泵選型計(jì)算時(shí)應(yīng)適當(dāng)放大管徑，筆者建議在選擇管道水流速度時(shí)按規(guī)范規(guī)定的較小值選擇，這樣會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的管道阻力大為減小。其次選擇閥件時(shí)，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(shí)不選用阻力較高的升降式止回閥等。再次，選擇控制閥時(shí)有些設(shè)計(jì)師過分強(qiáng)調(diào)閥權(quán)度，使系統(tǒng)中控制閥全開時(shí)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(yáng)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(gè)水系統(tǒng)阻力減小，從而使選擇的水泵揚(yáng)程減小。筆者認(rèn)為這種做法也有一定的節(jié)能效果。

冷卻水泵的選擇，首先，要選擇適當(dāng)?shù)奈恢貌贾美鋮s塔，放置位置不能太高以減少冷卻水泵的揚(yáng)程；其次，避免選擇塔體揚(yáng)程太高的冷卻塔。這樣均能有效的減少冷卻水泵的揚(yáng)程，對(duì)冷卻水泵的節(jié)能運(yùn)行很有益處。

五、冷卻水塔的節(jié)能設(shè)計(jì)

冷卻塔是制冷系統(tǒng)中冷卻水與空氣熱進(jìn)行熱交換的地方，其任務(wù)是通過熱交換降低冷卻水溫度，而這一熱交換過程非常復(fù)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(fā)吸熱，進(jìn)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(gè)重要因素。

實(shí)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(fēng)量都會(huì)影響冷卻塔出水溫度，兩者對(duì)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(fēng)量卻與冷卻塔本身的能耗息息相關(guān)，要合理控制冷卻水塔的風(fēng)機(jī)風(fēng)量，以利于節(jié)能。必要時(shí)可以關(guān)閉冷卻塔風(fēng)機(jī)。

五、結(jié)語

綜上，從當(dāng)前情況分析，中央空調(diào)水系統(tǒng)的耗能情況非常嚴(yán)重，因此空調(diào)設(shè)計(jì)人員一定要在設(shè)計(jì)之初就對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能加以重視。也只有在源頭上開始考慮節(jié)能、實(shí)施相關(guān)節(jié)能措施，才能在以后的運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)節(jié)能。以上的觀點(diǎn)純屬一家之言，希望廣大同行批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張謀雄.冷水機(jī)組變流量的性能[J].暖通空調(diào).2011，30（6）：56～58.

[2] 趙榮義.簡(jiǎn)明空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.2013

[3] 江億.用變速泵和變速風(fēng)機(jī)代替調(diào)節(jié)用風(fēng)閥和水閥[J].暖通空調(diào).2012，27（2）：66～71.

[4] 王玉峰 邵宗義.空調(diào)冷水機(jī)組的性能及經(jīng)濟(jì)性分析

[5] 胡晨炯 集中供冷系統(tǒng)淺談遠(yuǎn)距離大溫差供冷系統(tǒng)