摘要：当前建筑高能耗问题越来越受重视，而中央空调水系统能耗在建筑总耗能中占据较大的部分，对中央空调水系统进行节能改造十分必要。本文结合某中央空调水系统节能改造实例，对水系统进行了能效分析，并采用合理的改造方案进行了改造，取得良好的效果，可供类似中央空调节能改造参考借鉴。
关键词：中央空调；水系统；节能；改造
0 引言
随着人们环保节能意识的日益加深，建筑的高耗能问题越来越受人们的关注，而中央空调的耗能在建筑总耗能中占据了较大的部分，如果能有效的降低中央空调系统能耗，将能有效降低建筑的总耗能，从而取得巨大的经济效益和社会效益。基于此，笔者结合实例对中央空调系统的水系统、氟系统和风系统中的水系统节能改造进行了详细的介绍。
1 工程概况
某中央空调水系统如图1所示。该中央空调总面积约为两万平方米，中央空调机房位于地下2层。空调系统配备功率为339万kJ/h溴化锂吸收式冷水机组2台、314万kJ/h螺杆式冷水机组（30HXC250A）1台、采暖用换热站、水泵及膨胀水箱等。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3台离心式水泵，型号为KQW150/400－45/4（流量为200m3/h，扬程为50m，功率为44.83kW，转速为1480r/min），在制冷（2用1备）和采暖工况（1用2备）下共用。该中央空调水系统为闭式机械循环回路。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，循环往复。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13～16℃，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，循环往复。以下笔者主要以该空调系统在制冷工况时对水系统的能效进行分析讨论。
图1 中央空调水系统简图.png)
2 水系统能效分析
2.1 水系统运行情况
在该水系统运行时，若全开水泵出口阀，由于水流量太大，会导致电机过载。因此，将水泵的出口阀部分关闭，调节合适的水流量。实际运行时泵出口阀开度较小，约全行程的25％，若再稍微调小出口阀则对水流量就有较大影响，难以准确控制流量。为保证空调系统在任何负荷下都能提供足够的冷冻水，水泵流量总是调整到尽可能大，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℃）。
改进前在制冷工况下水系统各处压力、温度等参数见图1。
2.2 水系统能耗分析
图2和图3所示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0.43MPa（0.78－0.35＝0.43）（见图1），此时泵的扬程约为43m，泵的工作点为图2中A点。由图2和图3可知，此时单台泵流量约为73L/s（263m3/h），电机功率将近额定功率（约44kW，实测为44.83kW）。根据水泵出口阀前后压差及水泵出口阀后与进口间压差，此时泵扬程43m中，有23m用于克服出口阀阻力，20m用于克服管路系统阻力。若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，泵流量增加，扬程减小，泵的输出功率增加（见图3），若流量太大，会导致电机过载；若将泵出口阀关小，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（见图3）。
采用节流调节的方式，虽然在一定程度上能够减小水泵功率的消耗，防止电机过载，但由于阀的阻力带来压头损失和功率消耗，降低了系统运行的经济性。
图2 离心泵扬程特性曲线.png)
图3 离心泵功率特性曲线.png)
3 水系统节能改进方案
对该中央空调水系统运行参数进行分析，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止电机过载，但由于小流量调节时，出口阀的精度难以控制，造成水泵调节后的实际流量仍然超过循环系统的需要，究其原因是配备的水泵扬程过大。若采用满足流量要求的较低扬程的离心泵代替原泵，可不进行节流调节或减小调节幅度，系统运行功耗可大大降低。
在闭式循环系统中，由于膨胀水箱的存在，水箱液位在泵进口产生约35m的静压力，而该系统的供水高度约30m，因而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合适流量和扬程的泵。考虑到空调系统的各种运行工况，通过现场参数实测和原厂家该型号离心泵特性曲线分析计算，确定合适的水流量和管路阻力。计算得出水系统在2台泵并联工作时管路阻力约为23m，单台泵的流量约为160m3/h。经查询，并考虑一定的流量和扬程储备，可选用原厂家型号为KQW150/285－18.5/4的离心泵3台（额定流量为173m3/h，额定扬程为24m，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节能效果分析
该中央空调水系统运行的具体情况如下：
制冷运行工况：6月—10月，2台水泵并联运行，每年运行时间约2100h；
制热运行工况：11月—次年3月，1台水泵运行，每年运行时间约2000h。
若选择型号为KQW150/285－18.5/4的离心泵取代原来3台离心泵，对水系统进行节能改进，根据图3中曲线P2可知，流量为160m3/h时的泵功率约为15kW。中央空调水系统改进前后能耗如表1所示。
表1 中央空调水系统改进前后能耗.png)
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55mm，其余尺寸完全一致，因而只在泵的出口连接管上稍加改动即可。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为期一年（2009年5月10日—2010年5月10日）的跟踪检验。3台水泵运行时间分别为2466h，2130h和2144h，总计6740h，按节能改造前计算电机功率为6740h×45kW＝303300kW·h，改造后实际用电量为98 988kW·ｈ，节电量为204312kW·h，节电费用为204312kW·h×0.8894元/（kW·h）＝181715.1元。
6 结论
综上所述，中央空调水系统的节能潜力是很大，节能改造后的效益也是非常明显的，但是中央空调水系统的节能改造是一个涉及面广、影响因素多的复杂技术工作。因此，在设计节能改造方案时，要仔细地对水系统进行能效分析，对涉及的因素进行全面的考虑，使得最终改造取得的节能效果和节电效益最高，有效降低建筑的总耗能。
参考文献：
[1]李友莉.公共建筑中央空调水系统能效评价方法研究[D].天津大学.2014
[2]张磊.某中央空调系统节能改造研究[D].哈尔滨工业大学.2013
论文作者:魏超
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/10/20
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