中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍水的能耗分析及案例

中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷是一個(gè)逆向熱交換的過(guò)程。冷凍水在空調(diào)末端經(jīng)換熱吸收熱量后，經(jīng)過(guò)冷凍水泵的驅(qū)動(dòng)，將吸熱升溫后的冷凍水12°c輸送到冷水機(jī)組蒸發(fā)器內(nèi)，液態(tài)制冷劑經(jīng)蒸發(fā)吸收了熱量，冷凍水溫度降到7°c后再次進(jìn)入空調(diào)末端，如些循環(huán)往復(fù)。然而，在中央空調(diào)系統(tǒng)變流量調(diào)速控制技術(shù)問(wèn)世之前，一般為定流量系統(tǒng)，由于空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的不確定性，在空調(diào)系統(tǒng)熱交換的過(guò)程中，冷凍水循環(huán)系統(tǒng)常常運(yùn)行在大流量、小溫差的狀態(tài)，致使冷凍水泵效率低以及輸送能耗的白白浪費(fèi)。所以，實(shí)時(shí)依據(jù)空調(diào)系統(tǒng)末端熱交換的情況來(lái)節(jié)冷凍水流量，能夠有效的降低空調(diào)水系統(tǒng)的耗能，下面，我們從以下幾個(gè)方面來(lái)分析:

1 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析：

1.1 該部分由冷凍泵；室內(nèi)風(fēng)機(jī)及冷凍水管等組成。從主機(jī)蒸發(fā)器流出的冷凍水(7度)，由冷凍泵加壓送入冷凍水管路(出水)，進(jìn)入室內(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間內(nèi)的熱量，最后回到主機(jī)蒸發(fā)器內(nèi)(回水12°c)。室內(nèi)風(fēng)機(jī)用于降低空氣溫度，加速室內(nèi)熱交換。

1.2：冷凍水循環(huán)系統(tǒng)是中央空調(diào)系統(tǒng)的能量輸送與分配過(guò)程，由冷凍水泵、分水器、集水器、水處理裝置及管網(wǎng)等構(gòu)成。由于管網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，管網(wǎng)中各個(gè)末端負(fù)荷變化情況各異、分布不同，管路系統(tǒng)的揚(yáng)程損失大，使冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的容量延遲和管流阻力特性此時(shí)變化。

1.3：對(duì)于大型建筑物的中央空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)覆蓋面積大，冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的管網(wǎng)復(fù)雜、造成系統(tǒng)的熱容量及熱慣性比較大，并且系統(tǒng)管道路徑長(zhǎng)，冷凍水循環(huán)一次需要一個(gè)相應(yīng)的時(shí)間，從而，回水溫度無(wú)法控制。

總之。冷凍水系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中涉及到的變量有熱交換負(fù)荷、水流量、水壓力、供回水總管溫度、水泵能耗等，它們之間相互關(guān)聯(lián)。

 2 冷凍水變流量運(yùn)行的必要性與可行性分析：

2.1中央空調(diào)的實(shí)際負(fù)荷是隨著人流量和室外氣溫條件的變化而變化的，而冷凍水流量的變化很多時(shí)候只能根據(jù)水泵運(yùn)行的數(shù)量來(lái)控制，這樣就出很多時(shí)間內(nèi)冷凍水流量大于冷水機(jī)的制冷量的情況，且一次泵始終處于滿負(fù)荷運(yùn)行，致使冷凍水泵輸送能耗的白白浪費(fèi)。

2.2在空調(diào)水系統(tǒng)中考慮使用調(diào)速變流量的主要原因是空調(diào)負(fù)荷是隨著外界環(huán)境和系統(tǒng)使用功能的而改變的，而設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，往往是按最不利工況來(lái)選擇設(shè)備的，這樣在部分負(fù)荷時(shí)，定流量系統(tǒng)就會(huì)造成能耗的浪費(fèi)，而調(diào)速變流量水泵循環(huán)系統(tǒng)會(huì)隨著負(fù)荷的變化動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)冷凍水流量，使其與機(jī)組的制冷量相匹配，并不會(huì)引起蒸發(fā)器結(jié)凍的現(xiàn)象發(fā)生。

2.3變流量水系統(tǒng)的原理是利用變頻器調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)系統(tǒng)水流量，隨著科技的發(fā)展，變頻技術(shù)己比較成熟，在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越多，關(guān)于變流量的理論研究和工程實(shí)踐也己證明實(shí)現(xiàn)空調(diào)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)變流量是可行的，作為一種高效的調(diào)節(jié)手段，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能耗的降低提供了有力保障。冷水機(jī)組所允許的流量變化范圍越大，就越有利于冷凍水的流量調(diào)節(jié)；冷水機(jī)組所允許的流量變化率越大，則冷凍水循環(huán)系統(tǒng)變流量時(shí)冷水機(jī)組的出水溫度的波動(dòng)范圍就越小。

3. 實(shí)現(xiàn)冷凍水變流量的方法:

3.1 檢測(cè)出空調(diào)冷凍泵系統(tǒng)的管路特性曲線，定制一款具備寬廣效率區(qū)且適應(yīng)可調(diào)速的水泵，水泵的能耗隨轉(zhuǎn)速而三次方改變，節(jié)能效果顯著，在滿足系統(tǒng)需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

4 空調(diào)系統(tǒng)冷卻泵節(jié)能案例:

4.1無(wú)錫浩華節(jié)能公司在對(duì)中節(jié)能無(wú)錫空調(diào)系統(tǒng)冷卻泵運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)和對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析后，與業(yè)主就水泵節(jié)能改造協(xié)商后達(dá)成一致意向: 我公司針對(duì)該系統(tǒng)常態(tài)熱交換過(guò)程對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的客觀要求，利用先進(jìn)的系統(tǒng)水力學(xué)模型，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，同時(shí)，我方將檢測(cè)出原系統(tǒng)的實(shí)際能耗；各管路上的沿程水力損失；水循環(huán)系統(tǒng)的控制及冷水機(jī)的制冷量，從而計(jì)算出原系統(tǒng)及管路的特性，進(jìn)而選擇與管路特性吻合的高效泵組。使優(yōu)化后的循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)達(dá)到工況，

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該系統(tǒng)變頻45HZ運(yùn)行控制泵實(shí)際運(yùn)行參數(shù)如下：

原水泵形式為管道泵，45HZ變頻運(yùn)行

P1原水泵銘牌參數(shù)Q=791m3/h   H=23.5m   配套功率P=75KW

原水泵測(cè)試數(shù)據(jù)：變頻45HZ運(yùn)行，1臺(tái)泵Q=540m3/h   H=20m 

運(yùn)行時(shí)電流I=107A  U=407V  COSφ=0.87電機(jī)效率η電機(jī)=93.6%

水泵實(shí)際功率P1=1.732×407×107×0.87=65.62KW

變頻運(yùn)行時(shí)，水泵有功軸功率P2=65.62×93.6%=58.61KW

變頻運(yùn)行時(shí)，水泵總體實(shí)際效率：η=20×540/367/65.62=44.84%

當(dāng)前運(yùn)行工況明顯效率偏低，水泵長(zhǎng)期運(yùn)行在低效區(qū)造成大量能源浪費(fèi)；由上表可以看出：水泵工作點(diǎn)嚴(yán)重偏離標(biāo)稱工況，并且水泵均在較低效率點(diǎn)運(yùn)行。由于效率低下，系統(tǒng)中水泵均存在運(yùn)行成本偏高的問(wèn)題，長(zhǎng)期運(yùn)行將造成極大的能源浪費(fèi)及經(jīng)濟(jì)損失。

4.2改造方案：

在不改變現(xiàn)有水泵的運(yùn)行控制模式和現(xiàn)有管路安裝的前提下，我方將根據(jù)冷凍泵系統(tǒng)實(shí)際用水的需求；系統(tǒng)管路的特性及水泵進(jìn)；出口的沿程水力損失的狀況，用我們公司在供給水系統(tǒng)中節(jié)能創(chuàng)新的；獨(dú)特的水力雙流道線形穩(wěn)流增壓設(shè)計(jì)，為該系統(tǒng)制造高效節(jié)能泵組。

4.2-1 高效泵設(shè)計(jì)：從設(shè)計(jì)、制造環(huán)節(jié)全面提高泵的運(yùn)行效率，降低泵的運(yùn)行能耗

4.2-2根據(jù)系統(tǒng)管路布置、熱交換負(fù)荷、冷水機(jī)運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算出管路實(shí)際特性曲線，在滿足正常冷凍水循環(huán)的前提下，設(shè)計(jì)并量身定做與系統(tǒng)最匹配的高效節(jié)能水泵，確保水泵實(shí)際運(yùn)行于該泵的高效率點(diǎn)，解決原系統(tǒng)設(shè)備偏離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行導(dǎo)致泵效率降低的問(wèn)題。

4.2-3 水泵的材質(zhì)及配件根據(jù)供水系統(tǒng)水質(zhì)特性確定，針對(duì)供水系統(tǒng)水質(zhì)的特殊性，量身定制適合于該系統(tǒng)運(yùn)行的水泵，提高水泵運(yùn)行壽命，降低水泵的故障維修率及維修成本。

4.2-4 高效泵流量；揚(yáng)程設(shè)計(jì)滿足冷水機(jī)的制冷量的需求和系統(tǒng)沿程管路損失。

4.2-5 配置和高效泵匹配的水泵進(jìn)口穩(wěn)流器及水泵出口降阻器(二個(gè)配套設(shè)備是我公司在供給水系統(tǒng)節(jié)能的zhuanli產(chǎn)品)

5.結(jié)論:

現(xiàn)根據(jù)實(shí)際測(cè)試值技改項(xiàng)目使用更適合現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行且高效節(jié)能的水泵。

選用與實(shí)測(cè)工況盡量匹配的高效率臥式雙吸泵或者端吸泵，以糾正原系統(tǒng)循環(huán)泵變頻非受控運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)效率低下的問(wèn)題。新選用的循環(huán)泵型，額定功率均比現(xiàn)有系統(tǒng)低，且運(yùn)行效率均有明顯提高，節(jié)電率為：45%、系統(tǒng)： 50 %，節(jié)能效果顯著。投資回報(bào)周期僅： 6 個(gè)月。

6. 項(xiàng)目驗(yàn)收及標(biāo)準(zhǔn)

6.1.性能驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：系統(tǒng)改造后連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)，設(shè)備性能滿足供水系統(tǒng)生產(chǎn)工藝需求。設(shè)備運(yùn)行參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)；

6.2.設(shè)備綜合節(jié)電率達(dá)到承諾節(jié)電率；

6.3.系統(tǒng)驗(yàn)收合格后，雙方簽訂系統(tǒng)節(jié)能驗(yàn)收單。