制冷空調系統的冷卻水節能運行研究

吳叢 劉昭

摘要：近年來，隨著我國經濟發展，中央空調系統已廣泛應用于賓館、飯店、寫字樓、商場、醫院、地鐵站、文化娛樂設施等各類民用建筑，空調能耗增長很快，空調耗電占大型公共建筑總耗電量的50%以上，空調冷凍泵、冷卻泵耗電約占建筑空調耗電的20%左右，但國內建筑物單位面積的耗電量約為國外同等規模同檔次建筑物耗電量的兩倍，節能潛力很大，分析、研究空調冷卻水泵變頻節能智能控制，不僅有利于保障空調冷凍機正常運行工況，而且可以大大降低空調水泵自身的運行能耗和整個系統的綜合能耗，降低建筑空調能源消耗和運營。對整個社會的節能和環保都具有非常重要的現實意義。

關鍵詞：制冷空調;冷卻水;節能

目前，空調冷凍機一般都可以按照冷凍水出水溫度設定，根據負荷變化自動加載或減載，窄調冷凍水泵變頻調節也已廣泛應用，具有較為靈活的調節性能。但因涉及到空調冷凍機運行控制和冷凝器、蒸發器運行保護及冷卻塔運行要求，受以往技術和傳統設計觀念所限.冷凍機側的冷卻水泵變頻調節控制系統分析研究和應用較少，絕大部分仍采用傳統的定頻冷卻水泵，不能隨負荷和天氣變化相應調整運行工況，無論季節、天氣和負荷變化，都在工頻狀態下全速運行，能量的巨大浪費是顯而易見的，節能潛力很大，而且。當冷卻水溫較低時，還會影響冷凍機正常運行工況給系統運行安全帶來隱患。

一、慨 述

據有關資料，建筑能耗中的 2/3～3/4 是可以通過正確、合理的措施節省下來的，此舉將對建筑物整體能耗的大幅度降低，特別是使用能耗的降低起到決定性作用。在中央空調系統中如何進行節能，空調系統通常以流體（如水）為工作介質，通過電源啟動泵類在管道系統中循環，通過壓縮機、蒸發器、冷凝器、水泵、風機等進行各種形式的能量轉換，達到調節區域空氣的目的。水系統包括冷熱水系統、冷卻水系統和冷凝水系統等。在中央空調系統中水作為重要的媒介承擔的作用是：將冷熱源的冷熱量輸送到末端。整個過程就是通過消耗能源而達到空調的目的，水在運行過程中承擔著非常重要的作用。因此加強對中央空調水系統的管理對節能具有重要的意義。

作為一名參加過多次中央空調工程施工技術人員，從節能角度考慮，分析歸納水系統及其運行的規律，有針對性的作好對中央空調水系統的運行管理，熟悉了解正確掌握相關設備、閥門等的性能特點與操作規律，有效彌補設計和施工的缺陷和不足，確保系統運行符合規范要求，合理降低運行成本，有效節約能源。作為工程承包方有義務對建設方運行人員進行正確操作的理論闡釋;并指導運行管理人員正確操作。節能表現在以下方面：保持水泵等設備合理負荷運行;冷水機組的無級啟停;自動末端機組自動調節開停機;利用冷卻塔免費供冷;冷卻水系統合理補水，以便節水;科學控制冷卻水溫度，節能效果明顯。

二、制冷空調系統的冷卻水節能運行

1、中央空調冷熱水系統

（1）從節能角度，以價值工程觀點，重視設計工作在系統類型選擇上的重要作用。根據供回管路的連接情況，典型類型、特點。常見兩管制系統。對任一末端設備自身不帶冷熱源，只設一根供水管和一根回水管，夏季供冷，冬季供熱，冬夏季的工況切換在機房內進行。構造簡單，初始投資少。其缺點是過渡季節空調房間效果不能個性滿足。

根據水系統循環路徑是否向大氣開放，可將水系統劃分為閉式與開式。閉式系統冷熱水在系統內循環密閉，不與大氣相接觸。其優點：水泵揚程易于準確計算，故系統能耗小;水不易污染，對管路腐蝕程度低;不用投資設置開式水池。其缺點需要高處設膨脹水箱;系統本身不蓄冷。空調末端布置在各空調房間，按照并聯于供回管路循環路徑是否相等，分為同程式與異程式。高層建筑多采用同程式。變水量系統。保持供回水溫差不變，改變負荷側的水流量適應房間負荷變化。管路上安裝電動兩通調節閥。系統水泵輸水量隨負荷變化而變化，其能耗在負荷運行時隨負荷的減小而降低，降低了水泵的運行成本。在冷水機房分水器與集水器之間設置旁通管路。包括壓差控制器和電動二通閥。此裝置多數情況下與變水量系統配合使用。

（2）負荷側分區兩管制機房四管制水系統。大型空調系統往往根據建筑內負荷特性對水系統進行分區，當朝向對負荷影響較大時，按照朝向進行分區，各朝向內水系統仍未兩管制，但主環路均應設置獨立供冷供熱總管。這樣可保證不同朝向的房間各自分別進行供冷供熱。

（3）系統定壓補水。空調系統正常運行，必須動態維持一定的運行壓力。在閉式系統中必須設置定壓裝置。定壓裝置常用三種，高位膨脹水箱，隔膜式氣壓罐和變頻補水泵。

（4）水泵。水泵是中央空調系統中的重要輔助設備。水泵的耗電量約占整個系統耗電量的 23～30%。因此安裝操作人員應該了解掌握水泵性能特點，定期保養，正確及時排除故障，使其處于良性運行狀態。建議建設單位從設計角度有必要對水泵的自動控制設計成變頻控制，有規律的運行。

（5）管道及閥類。應嚴格按照設計圖紙要求進行管道的安裝與驗收。如材質選擇，內外壁的清潔防腐，管道坡度，系統的排空氣。閥門的作用———控制和開閉管路;對管路流量調節。平衡閥具有特殊功能的閥門，具有良好的流量調節功能，并非常有利于水系統的水力平衡，節能效果明顯。常用的閥門還有蝶閥、閘閥、截止閥、止回閥、電動調節閥等。這些閥門在系統所起作用各不相同，按照設計選型安裝，位置不得隨意調整，各自有安裝具體要求。

調試過程中應該將調試完成的各類閥門標定各自調節的標記，作好記錄，嚴格控制關閉或開啟的時間。設計要求安裝的計量裝置必須經過檢測與檢定。關于疏水閥。由于蒸汽流速較快，在蒸汽換熱系統安裝的疏水器管道必須保持設計坡度，以利凝結水及時排入凝結干管。系統良好的保溫是減少冷熱損失的重要保障。從節能角度講，合理的絕熱結構不但可以滿足系統運行的參數要求，還應符合系統技術經濟性能要求。實踐中對此重視的確不夠。比如，閥門和法蘭等直接接觸空氣的部分，夏季易結露，若此處保溫質量不合格，空氣就會浸入保溫材料中，產生的后果一是保溫效果明顯下降，二是管道設備容易腐蝕，大大減少投資壽命。

2、中央空調冷卻水系統常采用循環水系統。冷卻塔，冷卻水箱，冷卻水泵，冷水機組的冷凝器及其連接管路，控制閥門和儀表。常用系統形式：冷卻塔和冷水機組設置相同的臺數，共用供回水干管。并且與冷卻循環水泵電氣連鎖，且一一對應。注意冷卻塔處設置平衡干管，保持各支路水力平衡。冷卻塔免費供冷是一種節能降耗的空調供冷方式。在過渡季節，室外氣溫低于室溫時，適用于內室的供冷空間，如計算機房，又如大廈的內區。這種情況下，利用通過冷卻塔產生冷水，直接送入空調末端制冷，不啟動冷水機組或者減少冷水機組的運行時間。開式冷卻水需要定期補充冷卻水的原因：①蒸發損失;②飄逸損失;③排污損失。關于排污損失。隨著運行時間的延續，冷卻循環水里集聚雜物、水垢，需要定期及時排污，從而減少水量。水是不可再生能源。要盡可能減少補水量，采取下列減少的措施：（1）空調房間溫度不宜過高過低，減少冷水機的運行時間，或盡量處于非滿負荷運行狀態，需要冷卻塔降低的熱負荷隨之下降;（2）盡量采用軟化水作為循環水，排污損失大為減小。（3）嚴格控制冷卻水的溫度。從原理上講，冷水機組運行時，冷凝壓力與蒸發壓力之間必須形成一定的壓差。因此機組的冷卻水進出水溫度必須科學嚴格保證，不能過高也不能過低。溫度過低，即機組不需要或者非滿負荷運行。

基于空調水系統管理是可以有節能潛力定期檢查冷卻塔運行狀況，保證運行正常，保證冷卻水溫度質量。如流量是否正常，水質是否清潔，布水是否均勻。

對我國這樣一個資源利用率較低的國家意義巨大，建筑節能是一項節約資源、保護環境、促進經濟社會可持續發展的重要工作。

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