某中央空調制冷系統的優化

文/ 吳學淵 廣東省電信規劃設計院有限公司 建筑設計研究院 廣東廣州 510630

某中央空調制冷系統的優化

文/ 吳學淵 廣東省電信規劃設計院有限公司 建筑設計研究院 廣東廣州 510630

定量分析了冷水機組在不同負荷、不同冷卻水進水溫度條件下冷水機組的性能曲線，獲得冷水機組的運行策略，實現冷水機組節能。分析得出水泵的運行工況是否偏離設計要求，通過方案對比得出水泵的最佳改造方案；利用類似方法得出冷卻塔風機的優化運行方案。并計算其效益比。

制冷機房；系統能效比；冷凍水變流量

1、系統現狀

本建筑是一棟大型專科保健醫院。該醫院占地面積27620m2，總建筑面積82500m2，其中空調制冷面積為60000m2，約占總建筑面積的73%。醫院建筑分為地下室一層和裙樓五層及塔樓十五層，頂標高74m；其中1-5層為門、急診、潔凈區域（手術室、PICU、NICU）等公共服務區域，6-15層為病房、行政辦公等。

制冷機房系統的能耗計算主要是依據機房各設備的歷史運行數據，冷源側設備主要包括冷水機組、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔等，計算結果如表1-3所示。

表1-3 中央空調系統年電耗計算表

該中央空調系統運行至今，由于設計、運行、管理等原因使得系統出現一系列不合理的現象，總結如下：

（1）離心式冷水機組全年都無法將冷卻水出水溫度處理到設定工況：即冷卻水出水溫度無法達到37℃，且出水溫度超過35℃，機組出現喘振。

（2）系統冷卻能力下降：由設備歷史運行數據計算可得，冷卻水進出水溫差年平均

值為3℃，夏季負荷最大時為3.2℃，遠低于規范設定最低值5℃，導致系統的制冷能力下降。

（3）系統的自控能力下降：系統的冷凍水供回水總管路的（旁通管）閥門不能按照之前設計的理念（部分負荷下，多余的冷凍水會通過旁通管路回到冷水機組）來執行開啟能力。

2、各主要設備測試結果

本次測試的對象分別為：冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔。測試儀器為：超聲波流量測試儀、電能質量分析儀、溫濕度計等儀器設備。

表1-4 測試室外環境溫度

圖1-1 冷水機組冷量衰減比較

圖1-2 不同制冷系統的COP日平均值

圖1-3 冷凍水泵效率對比

圖1-4 冷卻水泵效率對比

冷水機組由于與水泵間的流量不匹配、冷凝器的冷凝能力下降會導致其制冷能力下降、效率降低、能耗增大。

冷凍水泵由于與系統管網阻力不匹配，導致水泵的實際流量大于其額定流量，冷凍水系統的實際運行偏離設計要求，使得系統運行效率下降，冷卻水泵由于常年處于高負荷條件下運行，且冷卻水系統很少得到維護導致其運行效率均有所下降。

冷卻塔效率低下的原因有很多：冷凝器處理能力下降、水質變差、冷卻水補水不夠均

圖1-5 冷卻塔實際運行效率

勻會導致其效率下降。其中最主要原因是冷卻塔填料缺失與系統控制能力下降。

通過對空調系統冷源側進行綜合評價，得出冷水機組在各自系統的運行過程中的COP值以及兩種系統綜合作用的結果，數據顯示：四組制冷系統及兩種搭配形式的系統COP均未達到節能標準。

3、優化方案

1）主機系統的優化

經過計算，得到圖1-6所示的結果，橫坐標為冷量的變化，即建筑的當前冷負荷。縱坐標為該條件控制下的機組最小輸入功率，綜合即得出機組的最高COP。圖中列出了冷卻水進水溫度為30℃條件下的機組制冷量與輸入功率的關系。

圖1-6 冷卻水進水溫度30℃運行模式

如圖1-6所示，制冷量與輸入功率基本成線性關系，但由于冷水機組之間的啟停存在冷量、功率突變，使得機組群在實際運行過程中，制冷量與輸入功率的關系應呈光滑階梯狀曲線。

目前冷水機組的控制完全按照管理人員根據相關參數來執行機組開啟模式，且兩組冷水機組