中央空调冷却水系统节能优化控制研究

王树人

北京市第三建筑工程有限公司 北京 100044

1 中央空调系统水系统现状

随着现代生活物质水平的提高，中央空调已经被越来越多的用户采用。但是由于人们追求享受的欲望影响，加上对中央空调运行规律不了解，空调的盲目使用情况非常普遍，大致有以下几个方面的问题：

温度的设置值与实际需求偏差太大。冬季取暖，温度要设定比较高的度数，夏季纳凉，温度数值肯定会向下调，这是常识。但是也存在一个认知上的误区，那就是并非冬季温度越高或夏季温度越低就感觉越舒服。事实上，根据热力学原理和中央空调的运行规律，温度的调整有一个合理的区间。而且从节能减排方面考虑，夏季每调高一度，冬季每调低一度，都会节约大约20%的能耗。从用户的实际应用情况来看，冬季偏高，夏季偏低是常态，这是对中央空调一种不合理的使用方法。

风系统运行效率低。一个普遍存在的问题就是，无论用户多少，系统负荷大小，中央空调都以不变方式运行，这是非常错误的。中央空调系统设计的缺陷，或系统变频装置不足，都会产生这种情况，直接导致整机风效低下，从而降低了中央空调整体系统的风效。

过渡季节新风利用率低下。一些用户对中央空调的应用方法不当，在过渡季节不懂得利用新风，造成能源消耗偏高，中央空调系统效率低下等问题。

制冷机在低负荷状态下维持旁路运行，能耗高。中央空调本身的技术特点，使中央空调在运行过程中通常为并联机组运行状态，在低负荷运行条件下，部分冷水机会暂停运行，但此时系统的旁路子系统依然处于运行状态，并没有降低能源的消耗[1]。

2 中央空调冷却水泵、冷却塔的节能分析

2.1 中央空调冷却水泵的节能分析

冷却水系统的能耗受到外部环境因素的直接影响，具体来说，这些外部环境因素主要包括出入口处的冷水温度以及室外湿球温度等因素。在扭转泵的作用下，冷却水泵能够适应负荷变化，实现能耗降低。调整扭转泵的工作状态的方式包括以下两种形式，一是阀门调节，在异常状态下，个别阀门会处于封闭状态，进而造成阻力和升力增大。但是，阀门的变动有一定的范围，在水量较大的情况下，会加大水装备的工作压力，影响其使用寿命。二是调整泵叶轮的尺寸叶轮尺寸的变化受到流速和轴功率影响。所以，通过改变叶轮尺寸，可以达到改变环境的效果。但是，叶轮的尺寸变化只能在一定范围之内，并不适用于所有的负载应用条件，适应能力相对较差。

2.2 中央空调冷却塔节能分析

2.2.1 对中央空调冷却塔出口温度进行科学调节。由于出口温度的设置对于冷却塔风机及水泵运行效果影响较大，因此需要根据实际使用情况严格控制出口温度，防止出现能源的不必要损耗。

2.2.2 循环水工艺改进。循环水工艺改进的前提是正确使用冷却塔，并对出口温度进行合理控制。必须根据冷却塔运行模式进行循环水工艺的科学选择，以此来提升水循环能效控制效果[2]。

3 中央空调节能优化控制措施

3.1 采用环保制冷剂

制冷剂的主要作用是帮助进行热量传递，使热能更好的散发，不同的制冷剂发挥的效能有较大的差异，直接影响到机组制冷的效果。对于制冷剂的基本要求是，能够在常温下保持气态且不易被压缩为液态，环保制冷剂还要满足对人体和环境无害的基本要求，使用环保制冷剂已成为中央空调系统的一个基本使用条件。

3.2 制冷机组创新改造

通过相关数据分析，我们可以发现，空调内部结构对制冷效果有直接影响。因此，在空调设计时，要做好外观与功能的权衡，尽量避免空调内部线路与管件之间交叉，因为这种布局会对空调的正常运转造成不良影响。而且在空调维修过程中，这种布局方式也会给维修工作造成不便。所以说，在进行空调结构设计时，要尽量避免出现结构不合理的情况，优化管线设计，方便后续的使用和维护。在进行内部设计时，还需要设计人员对电子元件的布局进行综合考虑，简化外部线路，使用高效的电子元器件，达到节约能源的目的。

3.3 压缩机控制

压缩机是空调核心的组成原件，其功能好坏直接影响到空调制冷效果。当前空调系统使用的压缩机主要有复式压缩机和回旋式压缩机两种，两种压缩机各有优缺点，在空调设计时需根据实际使用目的进行选择。

3.4 制冷系统的合理维护

空调系统的一个突出特点就是要频繁的进行内外部环境交换，因此非常容易在空调内外积聚灰尘，长期积灰会对空调的正常运转造成不良影响。因此，需要定期对制冷系统进行维护保养，确保其处于良好的工作状态[3]。

4 中央空调冷却水系统节能管理的具体应用

4.1 冷却水水质控制

4.1.1 冷却水水质带来的问题。水是中央空调冷却水系统正常运行的主要介质，水质标准对系统运行有很大影响作用。根据国家技术标准规定，冷冻站一般都会有自备水井，用来给冷却塔或者说冷却水系统补水。这种水的水质一般富含各种盐离子或微量元素，长期运行过程中会逐渐使水中的溶解氧含量接近饱和，会在冷却水系统构件上产生盐析现象；另一方面，由于冷却水系统是一个开放性的运行系统，而水温正好适宜空气中的微生物或藻类繁衍生息，长此以往会对系统构件产生腐蚀现象，两种因素叠加在一起，会导致系统的热交功能下降，危及系统的安全性能。

还有一个需要注意的负作用就是，各种因素会使系统的供水温度不正常升高，机组散热功能下降，从而导致整个系统能源利用效率下降，当系统过热时会触发停机保护机制，影响中央空调的正常运行。

4.1.2 控制冷却水水质的措施。通常做法有两种：

4.1.2.1 物理水处理法。这种处理方法通常采用各种电磁处理器，通过电磁器的作用破坏水分子的化学结构，迫使系统中水介质里面的盐离子不能与CO3发生化学反应生成盐垢，或者是破坏它们分子之间的结合力，使其不能稳定附着在构件上，实现水质改善。这种方法的优点是，简单易行，用不着维护，且占用空间很少，有较大的推广空间。

4.1.2.2 化学水处理法。这种方法可以采用加药泵对冷却水系统实施自动加药作业，以脉冲形式向冷却水系统加注灭藻剂，缓蚀剂等化学药物，来达到杀菌灭藻，改善水质的目的，优点是浓度均匀，效果好，且节约人力成本。

4.2 冷却塔的运行管理

4.2.1 冷却塔的运行控制。通常情况下，一个冷水机组对应一个冷却塔，二者协调联动，相互配合，连锁运行。对不同程度的负荷要求，可以通过冷却塔数量的增减进行控制。由于中央空调的冷却塔的风机机组分时段工作，冷却塔进水管应安装防水阀门。这样做的技术依据是，防止冷却水流入停工状态的冷却塔，避免出现未充分降温的水和流经工作状态下的冷却塔出水产生合流现象，造成冷凝器的冷却水温度异常升高，使制冷机工作效率下降，从而增加了能源消耗，还会带来一系列的连锁反应和问题。而且还要注意将停工机组的冷却塔进水阀及时关掉，避免上述情况的发生。

另外需要特别指出的是，关于用冷却塔数量的增减控制负荷需求的做法，要注意这是一个不定期的动态处理方式，其工作性质是不连续的，会在特定时段出现冷却水温度的突然升高或降低，影响到中央空调系统运行状态的稳定性，也会对机组的工作效率产生影响，需要采取适当措施加以应对。而且中央空调运行状态下尽量减少开机和停机次数，以免对各项设备的使用寿命产生影响。

4.2.2 冷却塔的布置及飘水控制。冷却塔的设计和建造地点的分布要注意塔体的散热功能。合理的设计建设方案是户外场所或建筑物屋顶，要求塔体周围环境开阔空旷，确保塔体的进风面积和进风风速符合技术标准。这样做的目的是，利用塔体周围的环境空间，给塔体造成一个热交换功能良好的散热器，保证冷却塔的热交换功能。冷却塔的分布最好以单排形式建造，防止因互相遮挡造成进风和排风短路。塔体进风口一边同邻近建筑物的实际距离要大于塔体进风口高度的两倍以上，塔间实际距离要在塔体进风高度的四倍以上。

冷却塔的热交换工作，会出现飘水现象。这不仅是塔内冷却水分的损失，也会在一定程度上影响塔体外部环境。所以，在建设中央空调系统的冷却系统时，尽量选用飘水率小的塔体设备，如果冷却塔已经安装就位，可以通过在塔体布水器上配备收水设施，最大限度地减小飘水率。

4.3 冷却水管道系统维护

冬季到来时，为中央空调防冻作业的需要，安装在户外的冷却水管道，会把管道里的水介质排空，排空后会进入大量空气，从而诱使冷却水管道内壁的锈蚀，而夏季来临又需要给冷却水管道加水，这时管道内部的锈块容易对管道喷嘴等部位形成堵塞现象，要防止这种现象的出现，可以管道内部水体排空前对管道内部进行彻底清洗工作，或采取措施对管道内壁进行钝化处理，使管道内壁产生一层保护膜，从而避免冷却水管理内壁生锈腐蚀。

4.4 动态调整冷却塔出水温度

一般来讲，控制冷却塔的出水温度使它降低，可以使冷却塔内的冷水机组能效比提高，但凡事都有个度，对出水温度的控制不能过低，一旦水温低于技术要求，无论是电动压缩式制冷系统还是吸收式冷水机组，都会出现停机保护现象，还会产生诸如系统运行不稳定或结晶事故，而且如果冷却塔调整的出水温度太低的话，也会使冷风机在技术要求以外的超能力状态下运行，给机组效率造成了浪费，而且还在一定程度上增加了成本开支。

5 结束语

处在能源紧张问题越来越突出的时代背景下，中央空调使用率的持续提高促使能源不足问题更加尖锐，而科学性的采取中央空调冷却水系统节能手段，能最大限度地降低空调系统运行对能源的消耗，冷却水系统节能运行中应做好如下工作：

第一，有效控制冷却水水质控制，降低水中杂质的能量消耗，为冷却水系统节能运行提供基础。第二，做好冷却塔的运行管理工作，降低由于异常带来的冷却塔能耗。第三，对冷却水管道系统进行全面维护，降低水流动过程中的热量散失。第四，根据建筑运行需求进行冷却塔出水温度动态调整。