制冷空调系统的冷却水节能运行研究

吴丛 刘昭

摘要：近年来，随着我国经济发展，中央空调系统已广泛应用于宾馆、饭店、写字楼、商场、医院、地铁站、文化娱乐设施等各类民用建筑，空调能耗增长很快，空调耗电占大型公共建筑总耗电量的50%以上，空调冷冻泵、冷却泵耗电约占建筑空调耗电的20%左右，但国内建筑物单位面积的耗电量约为国外同等规模同档次建筑物耗电量的两倍，节能潜力很大，分析、研究空调冷却水泵变频节能智能控制，不仅有利于保障空调冷冻机正常运行工况，而且可以大大降低空调水泵自身的运行能耗和整个系统的综合能耗，降低建筑空调能源消耗和运营。对整个社会的节能和环保都具有非常重要的现实意义。

关键词：制冷空调;冷却水;节能

目前，空调冷冻机一般都可以按照冷冻水出水温度设定，根据负荷变化自动加载或减载，窄调冷冻水泵变频调节也已广泛应用，具有较为灵活的调节性能。但因涉及到空调冷冻机运行控制和冷凝器、蒸发器运行保护及冷却塔运行要求，受以往技术和传统设计观念所限.冷冻机侧的冷却水泵变频调节控制系统分析研究和应用较少，绝大部分仍采用传统的定频冷却水泵，不能随负荷和天气变化相应调整运行工况，无论季节、天气和负荷变化，都在工频状态下全速运行，能量的巨大浪费是显而易见的，节能潜力很大，而且。当冷却水温较低时，还会影响冷冻机正常运行工况给系统运行安全带来隐患。

一、慨 述

据有关资料，建筑能耗中的 2/3～3/4 是可以通过正确、合理的措施节省下来的，此举将对建筑物整体能耗的大幅度降低，特别是使用能耗的降低起到决定性作用。在中央空调系统中如何进行节能，空调系统通常以流体（如水）为工作介质，通过电源启动泵类在管道系统中循环，通过压缩机、蒸发器、冷凝器、水泵、风机等进行各种形式的能量转换，达到调节区域空气的目的。水系统包括冷热水系统、冷却水系统和冷凝水系统等。在中央空调系统中水作为重要的媒介承担的作用是：将冷热源的冷热量输送到末端。整个过程就是通过消耗能源而达到空调的目的，水在运行过程中承担着非常重要的作用。因此加强对中央空调水系统的管理对节能具有重要的意义。

作为一名参加过多次中央空调工程施工技术人员，从节能角度考虑，分析归纳水系统及其运行的规律，有针对性的作好对中央空调水系统的运行管理，熟悉了解正确掌握相关设备、阀门等的性能特点与操作规律，有效弥补设计和施工的缺陷和不足，确保系统运行符合规范要求，合理降低运行成本，有效节约能源。作为工程承包方有义务对建设方运行人员进行正确操作的理论阐释;并指导运行管理人员正确操作。节能表现在以下方面：保持水泵等设备合理负荷运行;冷水机组的无级启停;自动末端机组自动调节开停机;利用冷却塔免费供冷;冷却水系统合理补水，以便节水;科学控制冷却水温度，节能效果明显。

二、制冷空调系统的冷却水节能运行

1、中央空调冷热水系统

（1）从节能角度，以价值工程观点，重视设计工作在系统类型选择上的重要作用。根据供回管路的连接情况，典型类型、特点。常见两管制系统。对任一末端设备自身不带冷热源，只设一根供水管和一根回水管，夏季供冷，冬季供热，冬夏季的工况切换在机房内进行。构造简单，初始投资少。其缺点是过渡季节空调房间效果不能个性满足。

根据水系统循环路径是否向大气开放，可将水系统划分为闭式与开式。闭式系统冷热水在系统内循环密闭，不与大气相接触。其优点：水泵扬程易于准确计算，故系统能耗小;水不易污染，对管路腐蚀程度低;不用投资设置开式水池。其缺点需要高处设膨胀水箱;系统本身不蓄冷。空调末端布置在各空调房间，按照并联于供回管路循环路径是否相等，分为同程式与异程式。高层建筑多采用同程式。变水量系统。保持供回水温差不变，改变负荷侧的水流量适应房间负荷变化。管路上安装电动两通调节阀。系统水泵输水量随负荷变化而变化，其能耗在负荷运行时随负荷的减小而降低，降低了水泵的运行成本。在冷水机房分水器与集水器之间设置旁通管路。包括压差控制器和电动二通阀。此装置多数情况下与变水量系统配合使用。

（2）负荷侧分区两管制机房四管制水系统。大型空调系统往往根据建筑内负荷特性对水系统进行分区，当朝向对负荷影响较大时，按照朝向进行分区，各朝向内水系统仍未两管制，但主环路均应设置独立供冷供热总管。这样可保证不同朝向的房间各自分别进行供冷供热。

（3）系统定压补水。空调系统正常运行，必须动态维持一定的运行压力。在闭式系统中必须设置定压装置。定压装置常用三种，高位膨胀水箱，隔膜式气压罐和变频补水泵。

（4）水泵。水泵是中央空调系统中的重要辅助设备。水泵的耗电量约占整个系统耗电量的 23～30%。因此安装操作人员应该了解掌握水泵性能特点，定期保养，正确及时排除故障，使其处于良性运行状态。建议建设单位从设计角度有必要对水泵的自动控制设计成变频控制，有规律的运行。

（5）管道及阀类。应严格按照设计图纸要求进行管道的安装与验收。如材质选择，内外壁的清洁防腐，管道坡度，系统的排空气。阀门的作用———控制和开闭管路;对管路流量调节。平衡阀具有特殊功能的阀门，具有良好的流量调节功能，并非常有利于水系统的水力平衡，节能效果明显。常用的阀门还有蝶阀、闸阀、截止阀、止回阀、电动调节阀等。这些阀门在系统所起作用各不相同，按照设计选型安装，位置不得随意调整，各自有安装具体要求。

调试过程中应该将调试完成的各类阀门标定各自调节的标记，作好记录，严格控制关闭或开启的时间。设计要求安装的计量装置必须经过检测与检定。关于疏水阀。由于蒸汽流速较快，在蒸汽换热系统安装的疏水器管道必须保持设计坡度，以利凝结水及时排入凝结干管。系统良好的保温是减少冷热损失的重要保障。从节能角度讲，合理的绝热结构不但可以满足系统运行的参数要求，还应符合系统技术经济性能要求。实践中对此重视的确不够。比如，阀门和法兰等直接接触空气的部分，夏季易结露，若此处保温质量不合格，空气就会浸入保温材料中，产生的后果一是保温效果明显下降，二是管道设备容易腐蚀，大大减少投资寿命。

2、中央空调冷却水系统常采用循环水系统。冷却塔，冷却水箱，冷却水泵，冷水机组的冷凝器及其连接管路，控制阀门和仪表。常用系统形式：冷却塔和冷水机组设置相同的台数，共用供回水干管。并且与冷却循环水泵电气连锁，且一一对应。注意冷却塔处设置平衡干管，保持各支路水力平衡。冷却塔免费供冷是一种节能降耗的空调供冷方式。在过渡季节，室外气温低于室温时，适用于内室的供冷空间，如计算机房，又如大厦的内区。这种情况下，利用通过冷却塔产生冷水，直接送入空调末端制冷，不启动冷水机组或者减少冷水机组的运行时间。开式冷却水需要定期补充冷却水的原因：①蒸发损失;②飘逸损失;③排污损失。关于排污损失。随着运行时间的延续，冷却循环水里集聚杂物、水垢，需要定期及时排污，从而减少水量。水是不可再生能源。要尽可能减少补水量，采取下列减少的措施：（1）空调房间温度不宜过高过低，减少冷水机的运行时间，或尽量处于非满负荷运行状态，需要冷却塔降低的热负荷随之下降;（2）尽量采用软化水作为循环水，排污损失大为减小。（3）严格控制冷却水的温度。从原理上讲，冷水机组运行时，冷凝压力与蒸发压力之间必须形成一定的压差。因此机组的冷却水进出水温度必须科学严格保证，不能过高也不能过低。温度过低，即机组不需要或者非满负荷运行。

基于空调水系统管理是可以有节能潜力定期检查冷却塔运行状况，保证运行正常，保证冷却水温度质量。如流量是否正常，水质是否清洁，布水是否均匀。

对我国这样一个资源利用率较低的国家意义巨大，建筑节能是一项节约资源、保护环境、促进经济社会可持续发展的重要工作。

参考文献：

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[2]张京祥，申明锐.制冷空调系统的冷却水节能运行的挑战与机遇[J].空调系统，2019（5）：33 - 37

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