暖通空调中的水系统调节与水系统节能控制

2019-11-29李昌龙孙振鹏

商品与质量 2019年11期

李昌龙孙振鹏

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当前社会，人们对于暖通空调系统的使用越来越频繁，使得城市的空调用电量不断增加。而暖通空调系统中的水泵风机和制冷剂是主要的能耗因素，其能耗比例占到总能耗的60%。传统的暖通空调系统主要是按照最大负荷量进行设计，采用定水量的方式，但这种方法容易造成“大流量，小温差”的现象，极大的浪费了能源[1]。因此，本文所要阐述的就是采用变流量水系统来降低整个暖通空调的能耗。所谓变流量水系统就是在实际使用过程中，水泵供水量会根据整个空调系统的负荷量进行相应的调整来降低水泵功率，进而降低能耗。变流量水系统既能确保空调系统的舒适性，而且能够最大限度的实现节能，其节能效率可以达到40%。

1 暖通空调系统的水力失调概念

水力失调主要是指用户在实际使用过程中，空调系统的实际流量与设计要求流量之间存在不一致性，其两者之间的比值称之为水力失调度。而水力平衡则是指每个热用户在其他热用户的流量改变时保持自身流量不变的能力，其能力的高低主要通过热用户的水力稳定系数来表示[2]。暖通空调水系统的主要目的就在于实现整个系统范围内的水力平衡，尽可能的减少水力失调的现象。

2 变流量系统的实现形式

综合整个暖通空调系统的经济成本和节能降耗问题，大部分的空调系统采用一次泵定流量二次泵变流量的工作形式。这是因为如果全部采用变流量的方式，则会显著增加整个空调系统的投资成本，而且对于后期建设所需要的占地面积也会增加，加大系统的维护运行难度，导致节能降耗与经济成本之间的不协调，甚至起到反作用[3]。而一次泵定流量二次泵变流量的工作形式能够利用定流量的方式来分别分担缓解系统冷源侧和负荷侧的压力，利用变流量有效的实现了节能降耗的性能优势，避免了蒸发器在运行过程中出现冻结以及机组COP降低的问题。不同冷水机组具有自身相匹配的调节设备，以实现流量随负荷的自动调节。其中比较典型的几种调节方式有：离心式冷水机组主要是通过变频调节叶轮的转速以实现无级调节制冷；而活塞压缩冷水机组则是通过控制压缩机气缸的使用数量来匹配负荷变化量；螺杆式冷水机组中滑阀能够改变螺杆的长度，改变气体的吸入量，进而调节制冷量。

3 变流量对暖通空调水系统COP的影响

3.1 冷水机组能量

冷水机组的节能主要取决于制冷量和冷负荷之间的平衡调节效果。制冷机的功耗主要包括指示功耗、摩擦能耗和能量损失。在部分负荷的状态下，假设制冷工况不变，则指示功耗与负荷率成正比变化，负荷率降低，指示功耗降低。但是，摩擦耗能和能量损失与符合率无关，不会随之降低。所以，冷负荷的减少并不会直接降低压缩机的轴功率。将制冷量减速率和功耗的减速率作对比，当制冷量的减速率偏大时，则COP会随之下降；当功耗的减速率偏大时，则COP会出现上升[4]。对此进行试验验证可以发现，不同的测试条件，COP所呈现出来的特征也不一样，其主要特征就是拐点。例如：处于冷却水温恒定的状态下，通常在80%左右会出现拐点，而在ARI工况下，则在50%左右就会出现拐点。因此，制冷量的降低并不是提高冷水机组COP的有效手段，其调节结果与机组的调节技术等因素均有关系。

3.2 冷水机组匹配性

冷水机组匹配性主要是指蒸发器、冷凝器、压缩机、自控、节流等系统之间的匹配性。不同机型对于冷负荷的变化所呈现出来的性能表象各不相同，进而影响机组的COP。其中，蒸发温度是影响COP的重要因素。在冷机蒸发器内，当水侧流量发生变化时，蒸发器的传热系数与冷水流量具有直接关系，且一般成正比关系[5]。当相对流量大于设计流量的60%时，冷水流量的减少会导致蒸发温度和COP的降低，根据实验数据统计，蒸发温度下降1℃以内，COP下降可以达到10%左右。

3.3 水系统的热传递

以往的设计方案中，冷水机组的标称冷量不应该低于系统设计容量，但这种情况下机组基本上只有1%的时频运行在高COP区，因此，需要计算出空调负荷，设计出最大时频处于制冷剂高COP区间的机型。另外，当蒸发器的温度保持不变的情况下，回水温度升高，则蒸发器内水侧对数平均温度将提高，平均传热温差随之增加，这有利于机组COP的提高。而蒸发器冷水流量降低会使水侧的传热系数降低，虽然能够提高冷水进出口的温差但是机组的COP会相应的下降。在一定的低COP区间内，即使整个系统的冷负荷率偏低，但是其节能效果并不明显。同时，水系统的运行流速也是需要加以控制的。对于含有有机物或者盐分的水质，如果流速过低，则会很容易腐蚀管壁。但是，如果流速过低，则水泵冷却风扇的转速会非常低，不仅不会带来良好的制冷效果，而且很可能因为长时间空转而导致电机烧毁。