一、中央空调系统中高效节能的含义
我们在中央空调系统中所做的所有事情的最终目标是在中央空调系统始终处在高效节能状态的条件下满足各个末端按需供水或按需供冷或按需供热，以取得最大的节能减排效果和最佳的暖通空调效果。为了达到此目的有必要弄清“高效节能”的确切含义。
如果用和中央空调非线性本质特性相匹配的系统论观、非线性思维以整体优化为目的的系统集成科学范式审视，节能的本质是：节能是以整体优化为目的整合组成要素达到“配置合理，运行协调”境界而具有内在健康结构的有机系统整体，系统便有能力在系统整体层面上涌现出的外在的优良健康属性之一。这种节能系统最主要的表现就是系统具有自适应和最小耗能两个生物基本生存智能。
二、超高效中央空调系统的精细化设计
1.全年负荷模拟
目前能耗高的公共建筑、工业建筑空调系统中，大部分是由于设计方案的“先天不足”所造成的，如冷热源方式选择不当，冷冻机和水泵等容量选型偏大，在设计方案中留下了一系列的隐患，导致空调系统在实际运行中能效较低，能耗增大。并且这些问题很难在建成使用后通过调节或简单改造就能解决，由此给空调系统节能运行和实现高能效带来极大的困难。因此，对设计方案阶段进行严格审查，并要求采用全工况，全过程的模拟分析辅助方法计算建筑冷负荷分析，减少和避免由于设计不当导致建筑高能耗。
根据建筑数据及暖通规范要求，通过运用空调系统模拟软件对建筑物负荷逐时、逐日、逐月的计算可获取全年8 760个小时的准确制冷总负荷、最小制冷负荷，详细的建筑物日负荷变化规律和年负荷变化规律。剔除设计选型余量、实现精细化设计、设备精细化选型、精确控制并针对整个空调系统及系统中各个部件提出改善及优化策略。
2.空调水系统优化设计
（1）空调设备优化选型
通过对全年逐时能耗进行详细计算、分析，结合不同负荷下的设备运行策略，选出最佳的设备选型。
①主机优化
根据设计院提供的设计负荷及业主提供的设备使用规律进行全年逐时冷负荷需求，模型进行分析，结合空调系统群控设备运行策略，选取综合能效最佳主机形式及组合。通常会选用大温差，三流程蒸发器的双一级能效变频直驱主机，冷凝器选用二流程并自带胶球清洗端盖，保证常年自清洁达到全周期能效保持的效果。
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图1 高能效变频直驱离心机组
②水泵优化
空调水系统输送动力能耗占整个空调系统能耗的20%左右，应尽量减少空调系统输送动力能耗。水泵优化可采取以下主要措施：1）优化水泵扬程选型：空调水系统最不利环路阻力加上机房各设备阻力之和作为确定水泵扬程的依据，故千方百计地缩小最不利环路的长度，选择低阻力阀门阀件或增大管径，能将水泵扬程缩小下来。2）降低冷却塔塔体扬程：冷却塔顶部进水管与集水盘液面高度之差即塔体扬程的大小，直接影响到水泵的扬程，因此尽量选用塔体扬程小的产品。
③冷却塔性能优化
根据测算，冷凝温度每增加 1 ℃，单位制冷量的耗功率约增加2%～3%。因此，降低冷却系统供回水温度，能显著提高冷水机组COP值。但为达到此目的，需采取以下措施：
1）提高冷凝器冷却水侧的放热系数：提高放热系数的有效途径是减小水侧的污垢热阻，对冷却水补水进行有效的处理。
2）增大冷却塔的型号：考虑一定量的富余系数，根据项目当地最不利适当增大冷却塔型号，力争将冷却塔设计工况逼近度降低至3 ℃以下。
（2）空调管网优化选型
首先，需要将具有相同使用时间和相同使用负荷规律的末端用同一组管网进行连接，尽量减少不同管道之间的相互影响。在此基础上，由于水泵功率与扬程成正比关系，因此降低水系统阻力是降低水输送动力的有效途径，建议采取以下主要措施。
①选择低阻力阀件
1）过滤器：市场上供应的Y型水过滤器过滤面积小，阻力较大，一般为1～3 m。应优先选用水阻小于0.3 m篮式过滤器。还可以选择直角式过滤器，安装在水泵入口，可以连接水平管和竖向管道，节省一个弯头及其阻力损失。
2）止回阀：目前市场常用的蝶式止回阀，阻力较大，一般为1～2 m，应优先选用水阻小于0.3 m的静音式止回阀。
② 管网低阻力优化
通过将水泵进出水口高度与主机进出口置平，可以减少管路弯头，将主机与水泵水平对接，直进直出，可以减少弯头。如将水泵入口处弯头改为直角式过滤器，或取消设计落地式分集水器则还可以减少弯头。机房内水管路设置弯头时应尽量设置顺水弯头，阻力可以降低50%。
③空调水系统仿真建模
暖通空调系统一般都是由许多的管路、设备等器件通过各种不同的连接方式组合在一起，形成一个网络。在整个网络中，各部分之间相互独立而又相互影响，它们各自的物理参数不能够单独求解得到，需要对整个网路中的所有物理量进行联立求解。通过管网建模仿真软件，对于较复杂的系统能够快速有效的建立精确的系统模型，并进行完备的分析。通过管道参数、阻力元件设定，主机、末端设备动态水阻曲线设定，在给定设计流量下，模拟该流量下的系统总压降，为水泵选型提供依据。在变流量工况下分别计算10%～100%工况下的水泵扬程，并输出系统所有设备的模拟参数，包括流量、流速、压降等。
三、中央空调高效机房的精细化管理
1.精细化设计
选用国家一级能效或以上的制冷主机；合理采用大、小主机搭配，以满足负荷变化的需求，避免负荷高效盲区；采用大面积、高效冷却塔，且选择相同型号，可不与主机一一对应，保证分水平衡，提高整体效率；主机、水泵采用一一对应的管路设计，避免共用集管，实现对流量的精确控制；选择低阻力设备及阀门；水泵、冷却塔风机变频运行；末端管路增加恒温差调节阀；主要管路设置能量计，便于统计冷量及流量，进而分析及调整系统的运行模式及参数；设置气象站，准确控制冷却塔供回水温度等。
2.精细化安装
正确安装设备、阀门、传感器、流量计等，保证各个部件能在正常状态下运行；避免90度弯头，减少阻力；竖向管道倾斜安装，减少阻力；施工BIM的应用，精准定位等。
3.精细化调试
采用合理控制策略，找出主机、水泵、冷却塔的最佳运行平衡点，使其保持在高效区间运行；保证冷却塔出水与室外湿球逼近度保持在3度左右，提高主机的COP；保证系统的水力平衡等。
4.精细化运营
所有设备均带有数据接口，实时能耗监测，不断优化运行参数；结合末端中央空调计费数据，辅助分析能耗及运行状况；发现问题，及时调整解决等。
参考文献：
[1]孙易.中央空调系统高效节能技术分析与应用[J].基层建设，2018（19）
[2]林庆豪试析BIM技术的高效制冷机房深化设计来源[J].电力设备，2019（3）
[3]范建伟.简谈央空调冷冻机房节能控制系统[J].防护工程，2016（10）
论文作者:邓小明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/13
标签：水泵论文; 阻力论文; 扬程论文; 冷却塔论文; 空调系统论文; 负荷论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第28期论文;