中央空调定流量和变流量水系统工作情况及发展趋势

◎刘子叶

中央空调定流量和变流量水系统工作情况及发展趋势

◎刘子叶

通过对普通中央空调水系统存在的工作缺陷的总结，发现定流量水系统存在能源利用率低下、空调控制系统不具备随季节、昼夜和用户负荷的动态变化调整系统功率的特性，从而提出变流量系统可以解决定流量系统存在的问题，可以节约冷量输送动力、冷源和运行费用，可以提高水泵运行效率等优势。

普通中央空调存在的缺陷

冷却/冻水系统存在的缺陷。冷却水泵电机是按照最大热交换量的情景下，然后取设定的安全系数。但是大多数情况下，由于昼夜温差的差异和季节的变换、开机等因素，实际上交换的热量远远小于设计值， 所以，存在大马拉小车的现象。冷冻水泵的作用是把通过制冷机降了温的冷冻水通过输送管送至中央空调各个出风口处的风机盘管组件，对环境起到降温作用。冷冻水泵的转速n与流量Q满足正比例函数关系。如果冷冻水泵转速增加时、冷冻水的流量也增大、流速也增快，因此冷冻水流经风机盘管组件在短时间内不能完成冷量的完全释放，又被送回主机。故此冷冻水泵的电机做了许多无用功、而这些都是不必要产生的能耗。

冷却风机系统存在的缺陷。冷却塔是冷冻机组中冷却水最重要的热交换设备之一，一般冷却塔的储存容量是依据最热天和最大热负荷的情况下设定的，然而在实际设备工作中，由于季节、气候、工作负荷的等效热负载等许多因素都使得设备通常都是处于较低热负载的情况下工作，因此设备的能耗往往是不必要的及浪费的，而且控制性能很差、在维护管理、检修调整方面工作量大、费用高、还需专人负责。

定流量水系统存在的问题

定流量水循环系统通常是根据最大的热量交换和设定安全系数来工作的，但是由于昼夜温度差异较大和季节的变化以及空调的数量的不同，实际需要的热量远小于设计值，而且要随着外界环境的变化过于频繁的调整。流量早期是通过改变阀门开度来控制的，电动机在这种情况下运行状态总是在全速状态下，如果负载减少，相应的调整节流阀改变管道的横截面积致使流量随之发生变化，节流阀能产生抗水作用，导致严重的截流损失，引起机械振动和噪声。而且当循环水泵转速高时，会缩短冷冻水通过风机盘管组件返回制冷机需要的时间，往往会导致其携带的热量未释放完， 因此电机再次将能源浪费掉，还有泵如果长时间工频运行，设备的老化会加重，维护费用和次数会增加。

在我国不同地域温度差距是很大的，比如 1月份黑龙江最北部平均气温为-28℃，海南省一月份平均气温为16℃，南北温差接近50℃，7月份全国各地普遍高温，南北温差也接近15℃。一月份东部区域气温普遍低于平均温度-8℃以下，7月份从东到西温差达10℃左右。而且热天整个东部地区温度普遍偏高，冷天东南地区却仍维持高湿度。因此，夏天偏热，冬天偏潮，使人非常难受。比如，日平均气温低于10℃的北京冬季有158天；夏季平均温度高于22℃有98天，而气候宜人的春天和秋天，共计不到110天。由此可见，我国冬冷夏热的问题是相当突出的，人民生活越是改善，越不堪忍受寒冬暑夏的折腾。冬天需要采暖，夏天想要空调，这都需要能源的支持，原有的空调控制系统不具备随季节、昼夜和用户负荷的动态变化调整系统功率的特性，不能满足用户实际需求及国家节能减排的号召。

变水量空调系统优势

变水量是指伴随空调机组或风机盘管负荷的变化，在系统相应的控制方法下，通过调节冷冻水系统的流量，从而影响到换热器的传热特性，导致冷冻水系统的总体特性发生改变，达到一方面降低主机总能耗，另一方面也减少了水泵的能耗。

变水量空调系统的控制原理。变水量的主要目的是想让冷源输出设备的冷流携带的能量和所需的末端经常变化冷量相适应，减少冷能源和冷源的传动功率运行的成本。定流量系统中用户终端盘管管道使用三通阀调整，泵大部分时间工作效率较低，耗能非常严重。在变流量系统中，用户终端盘管是一个双向阀调整。真正的变流系统是沿着管道特性曲线的水泵工作点，使其工作在最高效率点的，达到最大的节能效果。

变水量空调系统发展及趋势。在50年代，变流量的调整是使用手动控制风机的打开、停止、改变齿轮调整风机的空气输出和三通阀调整盘管通过室内恒温器控制水量实现，但是仍然是恒流量的。

60年代中期首次登场的变频泵是以美国辛辛那提大学首次在水循环系统采用变速泵为标志。但设备的初始投资很大，对于低速状态下能源消耗是非常大的。

在70年代中期，出现机械控制被模拟控制技术取代，水泵速度也由固定变可调。后来随着电子变速器的出现，空调末端装置的三通阀被二通阀所替代。这种通过使用温度检测监管模式，具有良好的调节功能，但是房间仍然存在温度和湿度的波动。

在80年代初，变流量系统控制精度通过使用数字控制器的得到大大提高，水泵和风机的集成系统被看作一个整体。作为一个整体，设备系统的总体性能大幅提高。

21世纪初，建筑自动控制管理系统被越来越广泛的应用在大型中央空调系统，控制器之间的信息交换也越来越方便，多种控制算法发展非常快速，从该阶段起将迎来变流量空调系统发展的一个崭新历史。

（作者单位：陕西省商业学校）