中央空调冷水系统节能设计与运行管理

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　　摘要：本文介绍了中央空调冷水系统设计与运行管理中应注意的几个问题，并从空调冷水系统节能降耗、高效运行的角度提出了相应的解决措施。
　　引言：
　　 随着我国建筑事业的繁荣发展，中央空调系统在商场、医院、电子等行业得到越来越广泛应用。中央空调系统不仅需要高额的初投资，同时其运行能耗也很大。大多数工程设计中，最关心的是空调冷源方案的经济性以及运行耗能的比较。但是，选择理想的冷源方案只是良好的中央空调系统的基础，对于空调冷水系统的有效运行管理和节能降耗是远远不够的。中央空调系统运行节能降耗很大程度上取决于空调冷水系统有效的运行，设计合理、调试完善、管理技术措施到位的中央空调冷水系统才是其最有力的保障。
　　 1、 冷水机组、冷冻水泵容量的合理配置
　　 冷水机组容量偏大是目前业界普遍存在的问题。大容量的闲置是最大的浪费，一方面增加了工程建设的初投资，另一方面又增加了运行能耗。冷水机组容量偏大还影响了冷冻、冷却水泵的容量，则水泵扬程选型难免偏大，也就进一步增加了水泵的功耗。造成这种现象是由于对空调冷负荷没有进行仔细的计算，一方面是设计工程师缺乏足够的时间去做这些繁琐的计算工作，另一方面是业界缺乏对空调系统效果的评判准则。空调系统的运行效果取决于很多方面，除了设计因素，还包括施工质量的好坏、竣工调试水平的高低等等。这些往往由于缺乏有效管理和监控，便形成了影响空调系统能效充分发挥的决定性因素。特别是在设计总冷负荷不太富裕的情况下，如果缺乏仔细的调试，很容易造成客观上的不平衡，进而引起空调效果不好或总制冷量不足的误解。基于这种考虑，设计工程师便加大安全系数，造成了冷水机组容量偏大的后果。所以，认真的空调冷负荷和水力计算是降低初投资、实现节能降耗最根本、最有效的方法，提高安装施工质量和竣工调试水平是实现节能降耗最直接的保障措施。
　　 2、 冷水机组、冷冻水泵的有效运行管理
　　 对于大面积的建筑，中央空调系统的冷水机组常常不只一台，有的是二至四台，甚至超过四台。由于机房面积的限制，冷水机组和冷冻水泵无法采用一对一的原则，大多采用多台冷水机组与多台冷冻水泵独立并联设计。这种布置方式比较简洁、方便，但是如果空调水系统没有配置BAS监控管理系统，那么在部分空调冷负荷的情况下，就有一部分冷水机组处于停开的状态，如果管理人员操作管理上的疏忽，未把停开机组管路上的阀门关闭，则冷冻水就会出现旁通分流现象。冷冻水旁通分流会影响冷水机组效能的发挥，降低冷水机组的COP值。另一方面如果末端空调冷负荷的需求增大，需要增开冷水机组的台数，这需要管理人员及时增开冷水机组管路上的阀门。这种操作管理方式显然是行不通的。在大多数工程的实际管理中，更多是一种“放任自由”的状态。这不但引起冷水机组的能耗增加，而且空调冷冻水泵的运行工况点偏离额定的工况点，电耗增加，空调冷水系统有效节能的运行管理是不可能的。解决这个问题最经济的措施是在冷水系统管路中考虑增设电动蝶阀，电动蝶阀和冷水机组一一对应，两者并为连锁运行控制。这样才能有效方便控制冷冻水的通路，解决冷冻水旁通分流的现象。如果在适当追加投资的情况下，还可考虑仅把机房部分纳入小型智能监控系统。这样便可以把空调系统中耗能最大的部分，也是节能最具潜力的区域纳入智能化的控制，做到最经济的投资，最节能方便的管理。
　　 3、 低负荷运行时冷冻水泵的节能措施
　　 大型中央空调冷水系统随着空调区域冷负荷的改变，投入运行的冷水机组、冷冻水泵的台数也将随着增减，同时空调冷水系统的管网流量也将发生改变，进而引起管网水阻力的改变。低负荷运行时，尤其是空调冷水泵只需要单台运行时，空调冷水系统满负荷与低负荷运行时水阻力相差很大，这导致低负荷时空调冷水泵超流量运行，其工作点可能跳出经济区域，进而引起电机效率降低，同时水泵运行耗电量增加。所以在只有单台水泵运行的工况下，极容易发生电机过载烧毁的事故。对于越大型的中央空调冷水系统，并联的机组台数越多，低负荷时超载问题越严重，电机烧毁的情况越容易发生。所以设计中不能只注意多台水泵的额定状态点是否满足管路计算要求，还必须重视空调低负荷时运行状态点变化所引起的问题，并采取必要的解决措施。借鉴水冷离心式冷水机组降载的设计思路，解决方法有两种。一种是冷冻水泵采用变频技术，即并联运行的各泵中，某台泵采用变频泵作为低负荷时单台水泵运行的固定泵，在系统超流量时，该泵降低运转频率，系统流量也随之减少。冷冻水泵采用变频技术是系统变流量的节能技术。第二种解决方法是在空调供水干管上增加旁通通路。非低负荷运行时，冷冻水供水干管上的主通路和旁通路上的阀门处于开启状态，冷冻水流经两个通路；低负荷运行时，主通路上的电动蝶阀关闭，冷冻水只流经旁通通路。两种情况下旁通阀门始终处于一定的关闭角度。这种调节方式实际上是通过改变低负荷时的管路水阻力特性来解决冷冻水泵的超载问题，显然是一种不节能的解决措施。
　　4、压差旁通差值的设定
　　 在供水、回水干管上设置压差旁通阀是解决空调末端侧变流量与机房侧定流量这个问题最常用的方法。其工作的基本原理是：系统处于设计状态时，所有设备满负荷运行，压差旁通阀开度为零，此时压差控制器两端的压差即是控制器设定的差值。但是大多数已投入使用的工程，压差控制器设定和作用经常被施工单位和使用单位所忽视，压差控制系统以及末端设备的电动二通阀形同虚设。从水力工况分析，压差值设定偏低，旁通阀极易打开使旁通流量增大，则末端空调的供冷无法满足；压差值设定偏大，旁通阀不易打开使旁通流量偏小，则影响冷水机组正常运行所需台数的调节，增加了空调冷水系统的电耗。所以设计中必须重视压差旁路控制系统对整个系统的影响，正确合理确定其参数，以满足用户的流量，同时按实际的正常需要来调节机组的运行台数。
　　 5、 机房冷水管路上控制配件的设置
　　 空调冷水系统的调试和运行离不开压力表和温度计，压力表和温度计的合理设置对于机房部分尤其重要。通过压力表的读数可以初步判断部分水系统的水力工况是否正常，通过温度计的读数可以初步判断流经该管路的水量是否满足要求。压力表的设置部位：水泵的进出口、冷水机组的进出口、分水器和集水器。通过压力表的读数可以充分判断沿水流方向的压力分布是否正常，管路上的阀门关断是否合理。温度计的设置部位：冷水机组的进出管上、分水器上、集水器上。分水器和集水器是空调总闸部分，建议在每支回水干管汇入集水器之前都安装一支温度计。通过观察温度计的温度值，可以准确掌握冷负荷分布情况。
　　 6、 结束语
　　通过上述分析，我们可以进一步得到以下的认识：
　　 （1）、冷水机组与冷冻水泵容量的合理配置是空调冷水系统运行节能降耗最有效的源头。
　　 （2）、空调冷水系统设计中应考虑机房侧冷水机组、冷冻水泵的有效运行管理，使系统处于节能、高效、经济的运行；同时系统设计应考虑非设计工况时，特别是单台机组运行时空调冷冻水泵出现的超载问题的解决措施。
　　 （3）、压差旁通是控制机组运行台数的重要手段，合理的设定压差值，才能充分发挥机组效能。
　　（4）机房冷水管路上相应位置应设置必要的控制配件，以增加调试运行管理工作的便捷性

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