单天红
中天伟业（北京）建筑设计事务所有限公司
【摘 要】随着社会经济的发展以及科学技术的进步，人们的生活水平得到了很大的提高，人们开始注重生活质量的提升，空调被广泛使用在人们的日常生活中。一般在设计空调水系统时，冷水供回水温差应达到5℃，温度应保持在7℃~12℃的范围内，而水温差超过5℃的冷水系统则称为大温差空调水系统。本文就对大温差空调水系统节能的影响因素加以分析，采取有效的节能评价标准和计算方法，保证大温差空调水系统的节能效果。
【关键词】大温差；空调水系统；节能评价
目前，空调水系统应用大温差技术的节能性已经得到肯定以及广泛的应用，但对于这项技术具体的节能效果以及对空调系统各个组成部分所产生的影响虽然有许多相关研究及参考文献，却没有一个普遍的衡量和评价的标准。本文就从大温差空调水系统节能的特性切入，利用节能算法对其节能效果进行分析，希望能够对广大同行起到参考与借鉴的作用。
一、大温差空调水系统节能特性研究
（一）大温差空调水系统概述
对于空调系统而言，其耗电设备可分为空调末端设备、定压水泵、水处理设备、冷却水泵、冷水泵和冷水机组。而大温差空调水系统则是以常规空调设备为基础，采用常规的空调末端设备、冷却水系统以及冷水机组，有效实现较大的供回水温差，其在建筑空调系统中的应用最为广泛。相较于常规空调系统而言，该系统具有较小的冷水循环流量以及较大的供回水温差，并且冷水泵和冷水机组的耗电量也存在一定的差异性[2]。因此在对不同供回水温差的空调系统加以使用时，必须要对冷水泵和冷水机组耗电量之和的差异性进行详细比较，选择具有良好节能效果的空调系统。
（二）节能特性
对于大温差空调水系统节能特性而言，其可以从空调水系统和冷水机组的节能特性这两个方面加以分析。首先在空调水系统方面。当空调水系统保持一致时，系统的供回水温差与水流量呈反比关系，水流量逐渐减小时则供回水温差会逐渐增大，这时空调系统的冷水循环泵流量也会不断减小。同时在冷水机组结构保持不变的情况下，其冷水流量和冷水侧阻力损失也不断变小；而空调水系统在设计管道过程中，多是采用控制流速法或控制比摩阻法，因此在这种情况下管道的阻力会基本保持不变[3]。此外，对于空调末端的水盘管而言，其为了与系统供回水温差的增加相适应，需要适当增加排数，因此会减小或增大空调末端的阻力。值得注意的是，对于空调水系统阻力而言，其在减小或增大的情况下，变化范围都基本没有较大的变化幅度，因此在工程设计中不会对水泵扬程的选择产生影响。
其次在冷水机组方面。如果使用同一冷水机组，一旦进出水的温度发生变化，则机组的制冷性能系数（COP）、制冷量以及耗电量也会出现变化。对于冷水机组而言，其进水的温度持续上升时，其耗电量基本保持不变，但是制冷性能系数和制冷量会有所增加；其出水温度持续下降时，其耗电量会有所增加，则制冷性能系数和制冷量有所降低。
二、大温差空调水系统节能计算研究
（一）冷水泵和冷水机组耗功率的计算
对于冷水泵而言，其耗功率的计算公式为N1=Lρgh/（3600×1000）=0.00234QH/η?t。其中?t表示机组供回水温差，η表示水泵效率，H表示水泵扬程，g表示自由落体加速度，ρ表示水的密度，L表示水泵流量，N1表示水泵耗功率。对于冷水机组而言，其耗功率的计算公式为N2=Q/COP。其中COP为机组制冷性能的系数，Q为机组的制冷量，N为机组耗功率。
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（二）空调水系统的节能性评估
一般而言，常规冷水系统中冷水泵和冷水机组的耗功率之和为：N?t=5=N1?t=5+N2?t=5，其中?t=5表示供回水温差为5℃。而大温差冷水系统中冷水泵和冷水机组的耗功率之和为：N?t=X=N1?t=X+N2?t=X，其中X表示供回水温差，?t=X表示冷水系统[4]。一般情况下，当N?t=5与 N?t=X相等时是划分空调水系统节能的临界点，这时临界制冷性能系数可表示为COPL（?t=X）=Q/（N?t=5-N2?t=5）。当COPL（?t=X）＜COP（?t=X）时，大温差空调水系统较为节能；当COPL（?t=X）=COP（?t=X）时，大温差空调水系统没有明显的节能效果；当COPL（?t=X）＞COP（?t=X）时，大温差空调水系统较为耗能。
要想对大温差空调水系统的节能性进行直观判断，可以将COP值的临界相对变化率（εL（?t=X））加以引入，其变化率公式为：εL（?t=X）=（COP ?t=5- COPL（?t=X））/COP ?t=5。在大温差工况下加以运行时，常规冷水机组的COP值会发生一定的变化，其相对变化率为：ε?t=X=（COP ?t=5- COPL（?t=X））/COP ?t=5。当εL（?t=X）＞ε?t=X时，大温差空调水系统具有节能效果；当εL（?t=X）=ε?t=X时，大温差空调水系统没有明显的节能效果；当εL（?t=X）＜ε?t=X时，大温差空调水系统较为耗能[5]。
（三）进出水温度对制冷性能系统的影响
在设计过程中，使用的冷水机组多是水冷螺杆式与水冷离心式的机组，其出水温度与进水温度分别保持在5~7℃与12~13℃的范围内。冷水机组在这种工况下加以运行时，如果出水温度保持不变，进水温度升高时，机组的COP值不会产生明显变化；如果进水温度保持不变，只有出水温度每下降1℃，则机组的COP值会降低约3%。在温差每增加1℃时，机组COP值临界相对变化率的数值则不会超过3%，因此采用常规冷水机组，并对其出水温度加以降低时，难以达到节能降耗的效果，相反会促进电能的消耗。只有保证大温差空调水系统中冷水机组具有较大的阻力和较高的额定COP值，才能达到良好的节能效果，否则将会更加耗费电能，难以实现经济效益[6]。此外，在对大温差空调水系统进行设计时，必须要从系统冷水泵的特性以及冷水机组的COP出发，对一定条件下的εL（?t=X）与ε?t=X之间的相对关系进行详细分析与比较，从而保证空调水系统的可行性与节能性。
结束语：
综上所述，大温差空调水系统对冷水泵和冷水机组的能耗会产生一定的影响，但是其运行的适用范围具有一定的条件，只有增加冷水机组的能耗，降低冷水泵的能耗，才能保证系统的节能性。本文就通过分析系统节能性的影响因素，系统节能的评价标准与计算方法加以判断，计算冷水机组制冷系统性能的临界相对变化率，得到相对变化率低于临界变化相对变化率时，大温差空调水系统才具有良好的节能效果，能够有效保证空调水系统的正常运行，实现经济效益。
参考文献：
[1]江连昌.大温差空调水系统的节能评价方法[J].暖通空调，2011，07：70-72+90.
[2]王懋琪，汪玺，蒲隽，邹秋生，刘正清，邹瑾.空调冷水大温差系统设计方法研究[J].制冷与空调（四川），2014，03：321-326.
[3]伍小亭.暖通空调系统节能设计思考[J].暖通空调，2012，07：1-11.
[4]乐有奋，邵宗义，潘云钢.集中空调水系统合理选用变频技术的几点探讨[J].暖通空调，2015，08：23-29.
[5]吕琨.变风量空调系统中水系统的能耗计量及节能控制研究[D].西安建筑科技大学，2010.
论文作者:单天红
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第20期
论文发表时间:2016/8/22
标签：温差论文; 系统论文; 节能论文; 水泵论文; 冷水机组论文; 回水论文; 冷水论文; 《低碳地产》2015年第20期论文;