中央空调水系统节能改造的探讨

林锦标

摘 要：主要对中央空调水系统的节能改造展开了探讨，通过结合具体实例，分析了水系统的能效，并详细阐述了中央空调水系统节能改造的方案和效果，以期为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。

关键词：中央空调；水系统；节能改造；换热站

中图分类号：TU831 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.092

中央空调水系统的运行能耗在建筑能耗中所占的比例较大，随着环保型社会的发展，中央空调水系统的节能改造已成为趋势。因此，如何有效对中央空调水系统进行节能改造成为了相关工作人员需要解决的问题。本文就中央空调水系统的节能改造进行了探讨，以期为有关方面提供一定的帮助。

1 中央空调水系统概况

某商业大厦的结构为地下2层、地上5层，空调总面积约为20 000 m2，中央空调机房位于地下2层，该大厦的中央空调水系统如图1所示。该空调系统配备了功率为3.4×106 kJ/h的离心式冷水机组2台、3.14×106 kJ/h的螺杆式冷水机组（30HXC250A）1台、采暖用换热站、水泵和膨胀水箱等设备。膨胀水箱位于地上5层顶部。考虑到节能和系统运行可靠性等方面，设置了3台离心式水泵，型号为KQW150/400-45/4 （流量为200 m3/h，扬程为50 m，功率为44.83 kW，转速为1 480 r/min），在制冷（2用1备）和采暖工况（1用2备）下共用。

图1 中央空调水系统简图

该水系统为闭式机械循环回路。在标准制冷工况下，水从回水箱经由水泵送至冷水机组，被冷却至7～12 ℃，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 ℃的回水温度回流至回水箱，循环往复；在制热工况下，水从回水箱经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流至回水箱，循环往复。

2 水系统能效分析

2.1 水系统的运行情况

在该中央空调系统运行中，如果水泵出口阀全开，则会因水流量过大会而导致电机过载。因此，关闭了部分水泵的出口阀，以调节水流量。实际运行中，泵出口阀开度较小，约为全行程的25%，如果进一步稍微调小出口阀，则会对水流量造成较大的影响，进而难以准确控制流量。为了保证空调系统在任何负荷状态下都能提供足够的冷冻水，就要将水泵流量调整到最大，从而使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的压力、温度等参数见图1.

2.2 水系统能耗分析

图2为离心泵扬程和输出功率随流量变化的特性曲线。在原方案中，水泵进出口压差为0.43 MPa。此时，泵的扬程约为43 m，泵的工作点为A点。由图2可知，单台泵的流量约为73 L/s（263 m3/h），电机功率接近额定功率（约为44 kW，实测为44.83 kW）。根据水泵压差可知，在泵43 m的扬程中，有23 m用于克服出口阀的阻力，20 m用于克服管路系统的阻力。如果将泵出口阀继续开大，则阀的阻力会减小，泵的工作点沿扬程特性曲线P1向右下方移动，泵流量增加，扬程减小，泵的输出功率提高，但如果流量太大，则会导致电机过载；如果将泵出口阀关小，则阀的阻力会增大，泵的工作点沿扬程特性曲线P1向左上方移动，泵流量减小，扬程增大，泵的输出功率降低。

采用节流调节的方式后，虽然在一定程度上降低了消耗，可防止电机过载，但因阀的阻力造成了压头损失和功率消耗，进而降低了系统运行的经济性。

图2 离心泵功率特性曲线

3 水系统节能改进方案

通过分析该商厦中央空调水系统运行参数发现，其水泵的实际流量过大、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，但因调节流量时难以控制出口阀的精度，进而造成调节后的水泵的实际流量仍然超过循环系统的需要，其原因是配备的水泵扬程过大。如果采用满足流量要求的较低扬程离心泵代替原泵，则可不进行节流调节或缩小调节幅度，且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，水箱液位在泵进口会产生约35 m的静压力，而该系统的供水高度约为30 m，因此，在计算泵的扬程时可不考虑供水高度，只根据管路水的流量需求和管路阻力特性选择流量和扬程合适的泵即可。考虑到空调系统的各种运行工况，通过分析现场参数和离心泵特性曲线，确定了合适的水流量和管路阻力：在2台泵并联工作时的管路阻力约为23 m，单台泵的流量约为160 m3/h。经查询，可选用3台原厂家生产的型号为KQW150/285-18.5/4的离心泵（额定流量为173 m3/h，额定扬程为24 m，泵功率为18.5 kW）取代原先的3台离心泵。

4 节能效果分析

该商厦中央空调水系统运行的具体情况如下：①制冷运行工况。2012-01—10，2台水泵并联运行，每年运行时间约为2 100 h。

②制热运行工况。2012-01—2013-03，1台水泵运行，每年运行时间约为2 000 h。

如果选择型号为KQW150/285-18.5/4的离心泵取代原先的离心泵，并改进水系统，根据图2中曲线P2可知，流量为160 m3/h时，泵功的率约为15 kW。中央空调水系统改进前、后的能耗如表1所示。

表1 中央空调水系统改进前、后的能耗

运行工况 水泵数量/台 水泵工况实耗功/kW 年用电量/（kW·h）

改进前 制冷 2 89.6 188 160

制热 1 44.6 93 660

改进后 制冷 2 30 63 000

制热 1 15 30 000

每年电量 188 820

根据上述分析，用低扬程的KQW150/285-18.5/4离心泵取代原先的泵可取得可观的经济效益。由此可见，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后，由于采用的是原厂家产品，KQW150/285-18.5/4离心泵除安装高度比原泵低55 mm外，其

余尺寸完全一致，因此，只需对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的分析结果基本相符。改造完成后，对水系统的运行节能效果跟踪检验了一年：3台水泵的运行时间分别为2 466 h、2 130 h和2 144 h，总计6 740 h，按节能改造前的电机功率6 740 h×45 kW=303 300 kW·h计算，改造后实际用电量为98 988 kW·h，节电量为204 312 kW·h，节电费用为204 312 kW·h×0.889 4元/（kW·h）=181 715.1元。相比改造前，节电率约为67%.

6 结束语

综上所述，水系统是建筑中央空调系统中不可或缺的一部分，也是建筑能耗最高的一部分。因此，在节能改造中必须具备科学、合理的改造方案，且按照实际情况采取有效措施保障改造质量，以创造更大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]吕庆昌.中央空调节能改造探讨[J].山东工业技术，2014（19）.

[2]徐凤平，严良文，李文，等.中央空调水系统变频节能改造分析与实践[J].自动化仪表，2011（09）.

〔编辑：张思楠〕