中央空调水系统节能改造的探讨

江东凡

摘 要：据统计，中央空调水系统的能耗占整个空调系统总能耗的15%～20%.因此，中央空调水系统的节能改造对实现中央空调的整体节能具有重要意义。结合工程实例，分析了水系统的运行和中央空调水系统节能改造所产生的节能效益和经济效益，以期为有关的节能工作提供借鉴。

关键词：中央空调；水系统；节能改造；改造方案

中图分类号：TU831.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.109

随着世界能源的日益短缺，节能问题已成为人们广泛关注的问题。研究表明，空调系统的节能潜力很大，而降低空调能耗具有重要的节能意义。空调水系统是空调系统中的重要组成部分，其运行电耗大，所以降低循环水系统的能耗便成了空调系统节能降耗的关键。对此，本文详细介绍了水系统的节能改造方法和措施。

1 中央空调水系统概况

某商厦中央空调水系统如图1所示。商厦建筑物地上5层、地下2层，空调总面积约为2×104 m2；中央空调机房位于地下2层，空调系统配备功率为3.39×106 kJ/h。空调系统包含溴化锂吸收式冷水机组2台、3.14×106 kJ/h螺杆式冷水机组（30HXC250A）、采暖用换热站、水泵和膨胀水箱等，其中，膨胀水箱位于地上5层顶部。基于节能和系统运行可靠性考虑，设置了3台离心式水泵，型号为KQW150/400-45/4，流量为200 m3/h，扬程为50 m，功率为44.83 kW，转速为1 480 r/min，在制冷（2用1备）和采暖工况（1用2备）下共用。

水系统为闭式机械循环回路。在标准制冷工况下，水从回水箱由水泵送至冷水机组，被冷却至7～12 ℃，然后从分水箱供应给各个回路，流经空调末端设备吸热后，以18～21 ℃的回水温度回至回水箱，以此循环往复；在制热工况下，水从回水箱由水泵送至热交换器换热，加热后从分水箱供应给各个回路，流经空调末端设备放热后回至回水箱，以此循环往复。下面笔者主要对该空调系统在制冷工况时的水系统能效进行分析讨论。

2 水系统能效分析

2.1 水系统运行情况

该中央空调系统运行时，如果水泵出口阀全开，则水流量太大，会导致电机过载。因此，要将水泵的部分出口阀关闭，将水流量调节到合适的状态。在实际运行中，泵出口阀开度较小，约为全行程的25%，如果稍微调小，则会对水流量产生较大影响，难以准确控制流量。为了保证空调系统在任何负荷下都能提供足够的冷冻水，要将水泵流量调整到最大，使电机运行接近满负荷状态。此外，该系统供回水温差低于最佳供回水温差（5 ℃）。改进前，制冷工况下水系统各处压力、温度等参数如图1所示。

2.2 水系统能耗分析

图2和图3分别为离心泵扬程和输出功率随流量变化的特性曲线。原方案中，水泵进出口压差为0.43 MPa（0.78-0.35=0.43），此时泵的扬程约为43 m，泵的工作点为图2中的A点。由图2和图3可知，此时单台泵流量约为73 L/s（263 m3/h），电机功率接近额定功率（约44 kW，实测为44.83 kW）。根据水泵出口阀前后压差以及水泵出口阀后与进口间的压差，此时在泵扬程43 m中，有23 m用于克服出口阀阻力，20 m用于克服管路系统阻力。如果将泵出口阀继续开大，则阀的阻力减小，泵的工作点沿扬程特性曲线H1向右下方移动，泵流量增大，扬程减小，泵的输出功率增加，如果流量太大，则会导致电机过载；如果将泵出口阀关小，则阀的阻力增大，泵的工作点沿扬程特性曲线H1向左上方移动，泵流量减小，扬程增大，泵的输出功率减小，如图3所示。

采用节流调节的方式虽然能在一定程度上减小水泵功率的消耗，防止电机过载，但阀的阻力会带来压头损失和功率消耗，导致系统运行的经济性降低。

3 水系统节能改进方案

通过分析该商厦中央空调水系统的运行参数，发现水泵实际流量过大，供回水温差偏小，系统运行时需要通过大幅度关小水泵出口阀调节流量，以防电机过载。但由于小流量调节时，出口阀的精度难以控制，因此水泵调节后的实际流量仍超过了循环系统的需要。究其原因，是由于配备的水泵扬程过大。如果采用满足流量要求、扬程较小的离心泵代替原泵，则可不通过节流调节或减小调节幅度，就能大大降低系统的运行功耗。

在闭式循环系统中，由于膨胀水箱的存在，水箱液位在泵进口会产生约35 m的静压力，而该系统的供水高度约为30 m，所以在计算泵的扬程时可以不考虑供水高度，只需根据管路水的流量需求和管路阻力特性选择流量和扬程合适的泵即可。考虑到空调系统的各种运行工况，需通过现场实测参数，并分析、计算原厂家该型号离心泵的特性曲线，确定合适的水流量和管路阻力。经过计算得出，水系统在2台泵并联工作时的管路阻力约为23 m，单台泵的流量约为160 m3/h。经查询，并考虑到一定的流量和扬程储备，可选用3台原厂家型号为KQW150/285-18.5/4的离心泵（额定流量为173 m3/h，额定扬程为24 m，泵功率为18.5 kW）取代原来的3台离心泵。

4 水系统节能改造方案的节能效果分析

该商厦中央空调水系统运行的具体情况如下：

制冷运行工况：1—10月，2台水泵并联运行，每年运行时间约2 100 h；

制热运行工况：1月至次年3月，1台水泵运行，每年运行时间约2 000 h。

如果选择型号为KQW150/285-18.5/4的离心泵取代原来的3台离心泵，对水系统进行节能改造，根据图3中的曲线P2可知，流量为160 m3/h时的泵功率约为15 kW。中央空调水系统改进前后的能耗对比如表1所示。

根据上述分析，用低扬程的KQW150/285-18.5/4离心泵取代原来的泵，可取得可观的经济效益，说明上述节能改进方案是可行的。

5 项目节能改造后的节电效益分析

按照上述方案改进水系统，由于采用的是原厂家产品，KQW150/285-18.5/4离心泵安装尺寸除安装高度比原泵低55 mm外，其余尺寸完全一致，因而只改动一下泵的出口连接管即可。整个空调系统运行调试结果显示，水系统的功耗与改进前的分析结果基本相符。改造完成后，对水系统的运行节能效果进行了为期1年（2009-05-10—2010-05-10）的跟踪检验。3台水泵的运行时间分别为2 466 h、2 130 h和2 144 h，总计6 740 h。改造前的用电量为6 740 h×45 kW=303 300 kW·h，改造后的用电量为98 988 kW·h，节约电能204 312 kW·h，节约电费204 312 kW·h×0.889 4元/（kW·h）≈181 715.1元，节电率为67%.

6 结束语

总之，水系统的节能改造对既有建筑中央空调的整体节能改造具有重要意义，且其节能潜力很大。因此，我们必须制订科学、合理的水系统节能改造方案，以获得更多的中央空调节能效益和生态效益。

参考文献

[1]刘金平，刘磊，刘雪峰，等.办公建筑空调制冷系统节能改造分析[J].建筑科学，2012（02）.

[2]陈珊珊，韩家甜.中央空调水系统节能设计[J].现代建筑电气，2012（07）.

〔编辑：王霞〕

Abstract： According to statistics， the energy consumption of the central air-conditioning system accounts for 15% of the total energy consumption of the air-conditioning system to 20%. This paper analyzes the energy saving and economic benefits of the operation of the water system and the energy saving of the central air conditioning water system.

Key words： central air conditioning； water system； energy saving； reform plan