中央空调系统冷冻水的能耗分析及案例

中央空调系统的制冷是一个逆向热交换的过程。冷冻水在空调末端经换热吸收热量后，经过冷冻水泵的驱动，将吸热升温后的冷冻水12°c输送到冷水机组蒸发器内，液态制冷剂经蒸发吸收了热量，冷冻水温度降到7°c后再次进入空调末端，如些循环往复。然而，在中央空调系统变流量调速控制技术问世之前，一般为定流量系统，由于空调系统负荷的不确定性，在空调系统热交换的过程中，冷冻水循环系统常常运行在大流量、小温差的状态，致使冷冻水泵效率低以及输送能耗的白白浪费。所以，实时依据空调系统末端热交换的情况来节冷冻水流量，能够有效的降低空调水系统的耗能，下面，我们从以下几个方面来分析:

1 冷冻水循环系统的结构分析：

1.1 该部分由冷冻泵；室内风机及冷冻水管等组成。从主机蒸发器流出的冷冻水(7度)，由冷冻泵加压送入冷冻水管路(出水)，进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器内(回水12°c)。室内风机用于降低空气温度，加速室内热交换。

1.2：冷冻水循环系统是中央空调系统的能量输送与分配过程，由冷冻水泵、分水器、集水器、水处理装置及管网等构成。由于管网结构形式复杂，管网中各个末端负荷变化情况各异、分布不同，管路系统的扬程损失大，使冷冻水循环系统的容量延迟和管流阻力特性此时变化。

1.3：对于大型建筑物的中央空调系统，空调覆盖面积大，冷冻水循环系统的管网复杂、造成系统的热容量及热惯性比较大，并且系统管道路径长，冷冻水循环一次需要一个相应的时间，从而，回水温度无法控制。

总之。冷冻水系统在运行过程中涉及到的变量有热交换负荷、水流量、水压力、供回水总管温度、水泵能耗等，它们之间相互关联。

 2 冷冻水变流量运行的必要性与可行性分析：

2.1中央空调的实际负荷是随着人流量和室外气温条件的变化而变化的，而冷冻水流量的变化很多时候只能根据水泵运行的数量来控制，这样就出很多时间内冷冻水流量大于冷水机的制冷量的情况，且一次泵始终处于满负荷运行，致使冷冻水泵输送能耗的白白浪费。

2.2在空调水系统中考虑使用调速变流量的主要原因是空调负荷是随着外界环境和系统使用功能的而改变的，而设计空调系统时，往往是按最不利工况来选择设备的，这样在部分负荷时，定流量系统就会造成能耗的浪费，而调速变流量水泵循环系统会随着负荷的变化动态调节冷冻水流量，使其与机组的制冷量相匹配，并不会引起蒸发器结冻的现象发生。

2.3变流量水系统的原理是利用变频器调节水泵的转速，进而调节系统水流量，随着科技的发展，变频技术己比较成熟，在空调领域的应用也越来越多，关于变流量的理论研究和工程实践也己证明实现空调冷冻水循环系统变流量是可行的，作为一种高效的调节手段，为实现系统能耗的降低提供了有力保障。冷水机组所允许的流量变化范围越大，就越有利于冷冻水的流量调节；冷水机组所允许的流量变化率越大，则冷冻水循环系统变流量时冷水机组的出水温度的波动范围就越小。

3. 实现冷冻水变流量的方法:

3.1 检测出空调冷冻泵系统的管路特性曲线，定制一款具备宽广效率区且适应可调速的水泵，水泵的能耗随转速而三次方改变，节能效果显著，在满足系统需求的同时，实现节能。

4 空调系统冷却泵节能案例:

4.1无锡浩华节能公司在对中节能无锡空调系统冷却泵运行状态的检测和对运行数据的分析后，与业主就水泵节能改造协商后达成一致意向: 我公司针对该系统常态热交换过程对循环水系统的客观要求，利用先进的系统水力学模型，计算机辅助设计，同时，我方将检测出原系统的实际能耗；各管路上的沿程水力损失；水循环系统的控制及冷水机的制冷量，从而计算出原系统及管路的特性，进而选择与管路特性吻合的高效泵组。使优化后的循环水系统在运行时达到工况，

现场对该系统变频45HZ运行控制泵实际运行参数如下：

原水泵形式为管道泵，45HZ变频运行

P1原水泵铭牌参数Q=791m3/h   H=23.5m   配套功率P=75KW

原水泵测试数据：变频45HZ运行，1台泵Q=540m3/h   H=20m 

运行时电流I=107A  U=407V  COSφ=0.87电机效率η电机=93.6%

水泵实际功率P1=1.732×407×107×0.87=65.62KW

变频运行时，水泵有功轴功率P2=65.62×93.6%=58.61KW

变频运行时，水泵总体实际效率：η=20×540/367/65.62=44.84%

当前运行工况明显效率偏低，水泵长期运行在低效区造成大量能源浪费；由上表可以看出：水泵工作点严重偏离标称工况，并且水泵均在较低效率点运行。由于效率低下，系统中水泵均存在运行成本偏高的问题，长期运行将造成极大的能源浪费及经济损失。

4.2改造方案：

在不改变现有水泵的运行控制模式和现有管路安装的前提下，我方将根据冷冻泵系统实际用水的需求；系统管路的特性及水泵进；出口的沿程水力损失的状况，用我们公司在供给水系统中节能创新的；独特的水力双流道线形稳流增压设计，为该系统制造高效节能泵组。

4.2-1 高效泵设计：从设计、制造环节全面提高泵的运行效率，降低泵的运行能耗

4.2-2根据系统管路布置、热交换负荷、冷水机运行参数，计算出管路实际特性曲线，在满足正常冷冻水循环的前提下，设计并量身定做与系统最匹配的高效节能水泵，确保水泵实际运行于该泵的高效率点，解决原系统设备偏离设计工况运行导致泵效率降低的问题。

4.2-3 水泵的材质及配件根据供水系统水质特性确定，针对供水系统水质的特殊性，量身定制适合于该系统运行的水泵，提高水泵运行寿命，降低水泵的故障维修率及维修成本。

4.2-4 高效泵流量；扬程设计满足冷水机的制冷量的需求和系统沿程管路损失。

4.2-5 配置和高效泵匹配的水泵进口稳流器及水泵出口降阻器(二个配套设备是我公司在供给水系统节能的zhuanli产品)

5.结论:

现根据实际测试值技改项目使用更适合现有系统运行且高效节能的水泵。

选用与实测工况尽量匹配的高效率卧式双吸泵或者端吸泵，以纠正原系统循环泵变频非受控运转时效率低下的问题。新选用的循环泵型，额定功率均比现有系统低，且运行效率均有明显提高，节电率为：45%、系统： 50 %，节能效果显著。投资回报周期仅： 6 个月。

6. 项目验收及标准

6.1.性能验收标准：系统改造后连续运行24小时，设备性能满足供水系统生产工艺需求。设备运行参数达到设计指标；

6.2.设备综合节电率达到承诺节电率；

6.3.系统验收合格后，双方签订系统节能验收单。