中央空調冷卻水系統節能優化控制研究

王樹人

北京市第三建筑工程有限公司 北京 100044

1 中央空調系統水系統現狀

隨著現代生活物質水平的提高，中央空調已經被越來越多的用戶采用。但是由于人們追求享受的欲望影響，加上對中央空調運行規律不了解，空調的盲目使用情況非常普遍，大致有以下幾個方面的問題：

溫度的設置值與實際需求偏差太大。冬季取暖，溫度要設定比較高的度數，夏季納涼，溫度數值肯定會向下調，這是常識。但是也存在一個認知上的誤區，那就是并非冬季溫度越高或夏季溫度越低就感覺越舒服。事實上，根據熱力學原理和中央空調的運行規律，溫度的調整有一個合理的區間。而且從節能減排方面考慮，夏季每調高一度，冬季每調低一度，都會節約大約20%的能耗。從用戶的實際應用情況來看，冬季偏高，夏季偏低是常態，這是對中央空調一種不合理的使用方法。

風系統運行效率低。一個普遍存在的問題就是，無論用戶多少，系統負荷大小，中央空調都以不變方式運行，這是非常錯誤的。中央空調系統設計的缺陷，或系統變頻裝置不足，都會產生這種情況，直接導致整機風效低下，從而降低了中央空調整體系統的風效。

過渡季節新風利用率低下。一些用戶對中央空調的應用方法不當，在過渡季節不懂得利用新風，造成能源消耗偏高，中央空調系統效率低下等問題。

制冷機在低負荷狀態下維持旁路運行，能耗高。中央空調本身的技術特點，使中央空調在運行過程中通常為并聯機組運行狀態，在低負荷運行條件下，部分冷水機會暫停運行，但此時系統的旁路子系統依然處于運行狀態，并沒有降低能源的消耗[1]。

2 中央空調冷卻水泵、冷卻塔的節能分析

2.1 中央空調冷卻水泵的節能分析

冷卻水系統的能耗受到外部環境因素的直接影響，具體來說，這些外部環境因素主要包括出入口處的冷水溫度以及室外濕球溫度等因素。在扭轉泵的作用下，冷卻水泵能夠適應負荷變化，實現能耗降低。調整扭轉泵的工作狀態的方式包括以下兩種形式，一是閥門調節，在異常狀態下，個別閥門會處于封閉狀態，進而造成阻力和升力增大。但是，閥門的變動有一定的范圍，在水量較大的情況下，會加大水裝備的工作壓力，影響其使用壽命。二是調整泵葉輪的尺寸葉輪尺寸的變化受到流速和軸功率影響。所以，通過改變葉輪尺寸，可以達到改變環境的效果。但是，葉輪的尺寸變化只能在一定范圍之內，并不適用于所有的負載應用條件，適應能力相對較差。

2.2 中央空調冷卻塔節能分析

2.2.1 對中央空調冷卻塔出口溫度進行科學調節。由于出口溫度的設置對于冷卻塔風機及水泵運行效果影響較大，因此需要根據實際使用情況嚴格控制出口溫度，防止出現能源的不必要損耗。

2.2.2 循環水工藝改進。循環水工藝改進的前提是正確使用冷卻塔，并對出口溫度進行合理控制。必須根據冷卻塔運行模式進行循環水工藝的科學選擇，以此來提升水循環能效控制效果[2]。

3 中央空調節能優化控制措施

3.1 采用環保制冷劑

制冷劑的主要作用是幫助進行熱量傳遞，使熱能更好的散發，不同的制冷劑發揮的效能有較大的差異，直接影響到機組制冷的效果。對于制冷劑的基本要求是，能夠在常溫下保持氣態且不易被壓縮為液態，環保制冷劑還要滿足對人體和環境無害的基本要求，使用環保制冷劑已成為中央空調系統的一個基本使用條件。

3.2 制冷機組創新改造

通過相關數據分析，我們可以發現，空調內部結構對制冷效果有直接影響。因此，在空調設計時，要做好外觀與功能的權衡，盡量避免空調內部線路與管件之間交叉，因為這種布局會對空調的正常運轉造成不良影響。而且在空調維修過程中，這種布局方式也會給維修工作造成不便。所以說，在進行空調結構設計時，要盡量避免出現結構不合理的情況，優化管線設計，方便后續的使用和維護。在進行內部設計時，還需要設計人員對電子元件的布局進行綜合考慮，簡化外部線路，使用高效的電子元器件，達到節約能源的目的。

3.3 壓縮機控制

壓縮機是空調核心的組成原件，其功能好壞直接影響到空調制冷效果。當前空調系統使用的壓縮機主要有復式壓縮機和回旋式壓縮機兩種，兩種壓縮機各有優缺點，在空調設計時需根據實際使用目的進行選擇。

3.4 制冷系統的合理維護

空調系統的一個突出特點就是要頻繁的進行內外部環境交換，因此非常容易在空調內外積聚灰塵，長期積灰會對空調的正常運轉造成不良影響。因此，需要定期對制冷系統進行維護保養，確保其處于良好的工作狀態[3]。

4 中央空調冷卻水系統節能管理的具體應用

4.1 冷卻水水質控制

4.1.1 冷卻水水質帶來的問題。水是中央空調冷卻水系統正常運行的主要介質，水質標準對系統運行有很大影響作用。根據國家技術標準規定，冷凍站一般都會有自備水井，用來給冷卻塔或者說冷卻水系統補水。這種水的水質一般富含各種鹽離子或微量元素，長期運行過程中會逐漸使水中的溶解氧含量接近飽和，會在冷卻水系統構件上產生鹽析現象；另一方面，由于冷卻水系統是一個開放性的運行系統，而水溫正好適宜空氣中的微生物或藻類繁衍生息，長此以往會對系統構件產生腐蝕現象，兩種因素疊加在一起，會導致系統的熱交功能下降，危及系統的安全性能。

還有一個需要注意的負作用就是，各種因素會使系統的供水溫度不正常升高，機組散熱功能下降，從而導致整個系統能源利用效率下降，當系統過熱時會觸發停機保護機制，影響中央空調的正常運行。

4.1.2 控制冷卻水水質的措施。通常做法有兩種：

4.1.2.1 物理水處理法。這種處理方法通常采用各種電磁處理器，通過電磁器的作用破壞水分子的化學結構，迫使系統中水介質里面的鹽離子不能與CO3發生化學反應生成鹽垢，或者是破壞它們分子之間的結合力，使其不能穩定附著在構件上，實現水質改善。這種方法的優點是，簡單易行，用不著維護，且占用空間很少，有較大的推廣空間。

4.1.2.2 化學水處理法。這種方法可以采用加藥泵對冷卻水系統實施自動加藥作業，以脈沖形式向冷卻水系統加注滅藻劑，緩蝕劑等化學藥物，來達到殺菌滅藻，改善水質的目的，優點是濃度均勻，效果好，且節約人力成本。

4.2 冷卻塔的運行管理

4.2.1 冷卻塔的運行控制。通常情況下，一個冷水機組對應一個冷卻塔，二者協調聯動，相互配合，連鎖運行。對不同程度的負荷要求，可以通過冷卻塔數量的增減進行控制。由于中央空調的冷卻塔的風機機組分時段工作，冷卻塔進水管應安裝防水閥門。這樣做的技術依據是，防止冷卻水流入停工狀態的冷卻塔，避免出現未充分降溫的水和流經工作狀態下的冷卻塔出水產生合流現象，造成冷凝器的冷卻水溫度異常升高，使制冷機工作效率下降，從而增加了能源消耗，還會帶來一系列的連鎖反應和問題。而且還要注意將停工機組的冷卻塔進水閥及時關掉，避免上述情況的發生。

另外需要特別指出的是，關于用冷卻塔數量的增減控制負荷需求的做法，要注意這是一個不定期的動態處理方式，其工作性質是不連續的，會在特定時段出現冷卻水溫度的突然升高或降低，影響到中央空調系統運行狀態的穩定性，也會對機組的工作效率產生影響，需要采取適當措施加以應對。而且中央空調運行狀態下盡量減少開機和停機次數，以免對各項設備的使用壽命產生影響。

4.2.2 冷卻塔的布置及飄水控制。冷卻塔的設計和建造地點的分布要注意塔體的散熱功能。合理的設計建設方案是戶外場所或建筑物屋頂，要求塔體周圍環境開闊空曠，確保塔體的進風面積和進風風速符合技術標準。這樣做的目的是，利用塔體周圍的環境空間，給塔體造成一個熱交換功能良好的散熱器，保證冷卻塔的熱交換功能。冷卻塔的分布最好以單排形式建造，防止因互相遮擋造成進風和排風短路。塔體進風口一邊同鄰近建筑物的實際距離要大于塔體進風口高度的兩倍以上，塔間實際距離要在塔體進風高度的四倍以上。

冷卻塔的熱交換工作，會出現飄水現象。這不僅是塔內冷卻水分的損失，也會在一定程度上影響塔體外部環境。所以，在建設中央空調系統的冷卻系統時，盡量選用飄水率小的塔體設備，如果冷卻塔已經安裝就位，可以通過在塔體布水器上配備收水設施，最大限度地減小飄水率。

4.3 冷卻水管道系統維護

冬季到來時，為中央空調防凍作業的需要，安裝在戶外的冷卻水管道，會把管道里的水介質排空，排空后會進入大量空氣，從而誘使冷卻水管道內壁的銹蝕，而夏季來臨又需要給冷卻水管道加水，這時管道內部的銹塊容易對管道噴嘴等部位形成堵塞現象，要防止這種現象的出現，可以管道內部水體排空前對管道內部進行徹底清洗工作，或采取措施對管道內壁進行鈍化處理，使管道內壁產生一層保護膜，從而避免冷卻水管理內壁生銹腐蝕。

4.4 動態調整冷卻塔出水溫度

一般來講，控制冷卻塔的出水溫度使它降低，可以使冷卻塔內的冷水機組能效比提高，但凡事都有個度，對出水溫度的控制不能過低，一旦水溫低于技術要求，無論是電動壓縮式制冷系統還是吸收式冷水機組，都會出現停機保護現象，還會產生諸如系統運行不穩定或結晶事故，而且如果冷卻塔調整的出水溫度太低的話，也會使冷風機在技術要求以外的超能力狀態下運行，給機組效率造成了浪費，而且還在一定程度上增加了成本開支。

5 結束語

處在能源緊張問題越來越突出的時代背景下，中央空調使用率的持續提高促使能源不足問題更加尖銳，而科學性的采取中央空調冷卻水系統節能手段，能最大限度地降低空調系統運行對能源的消耗，冷卻水系統節能運行中應做好如下工作：

第一，有效控制冷卻水水質控制，降低水中雜質的能量消耗，為冷卻水系統節能運行提供基礎。第二，做好冷卻塔的運行管理工作，降低由于異常帶來的冷卻塔能耗。第三，對冷卻水管道系統進行全面維護，降低水流動過程中的熱量散失。第四，根據建筑運行需求進行冷卻塔出水溫度動態調整。