空调节能群控冷却水循环系统的节能分析

　　对于一般商用建筑的中央空调系统而言，水冷式冷水机组是最为普遍的冷源，水冷式冷水机组通常采用冷却水进行冷却。由 2.1 节的描述可知，冷冻水循环系统的功能是将室内空气的热量经热交换进入冷水机组；而冷却水循环系统的功能是将冷水机组内部的热量（冷水机组运行所产生的热量和室内空气热量）排放到室外空气中去。

由于冷水机组经常处于部分负荷状态，因此冷却水系统也是经常处于部分负荷的运行状态，但目前一般系统中冷却水泵和冷却塔都是满负荷运行，而研究人员对冷却水系统的运行和控制方案一直保持着谨慎的态度，但当系统处于低负荷时，若不采用相应的措施，其能耗浪费也是很高的。因此，冷却水循环系统的优化控制，对于冷水机组、冷却水泵和冷却塔综合能耗的下降，具有十分重要的意义。

冷却水循环系统所排出的热量主要是空调系统室内的热量，即空调负荷，根据能量守恒定律，空调系统排热与吸热相平衡的原则，可设计一优化控制策略，自动跟随负荷与环境的变化，动态调节冷却水循环系统的运行参数，使冷却水泵、冷却塔与冷水机组协调运行，实现空调系统性能的提升以及能耗的下降。

1 冷却水变流量运行的必要性分析：

冷却水循环系统管网结构简单，但它同样存在冷冻水循环系统的延时性和非线性特征，冷却水在循环过程中经过两个重要环节：在冷凝器中吸热，在冷却塔中散热；因此冷却水变流量运行必然影响到冷凝器和冷却塔的散热。

水冷式冷凝器的冷却水流量设计是依据所需的最大散热量考虑的，所以，其额定流量一般为系统设计时的上限流量。由于空调末端负荷的不确定性，冷水机组很少满负荷运行，致使冷却水泵经常处于低效率下运行，因此，为避免输送能耗的浪费，冷却水系统也应实现变流量运行。

由于制冷剂循环能够根据空调负荷的变化而自动调节其冷量输出，如果冷却水流量不变，将导致制冷系统运行不协调。当负荷变化时，需要冷却水冷却的热量也会变动，若冷却水泵一直保持全速运行，则冷却水总管进、出水温差将会改变，致使冷却水泵可能在大流量、小温差的状态下低效率运行，其能耗不因负荷的减少而降低，将浪费大量的冷却水输送能耗。

中央空调制冷循环是由冷冻水循环、制冷剂循环、冷却水循环等多个循环串联构成，各个子循环是相互关联、相互影响的。在正常运行中，冷凝器、压缩机、蒸发器之间工作于某各平衡状态，当负荷降低时，冷水机组的性能系数 COP 也将下降，如果冷却水系统不跟随负荷相应变化，系统必将运行在低效率状态下。


2 冷却水系统变流量运行的可行性分析：

在冷水机组自身的调节功能作用下，部分负荷时，通过机组蒸发器的制冷剂流量会随着负荷的下降而减少，使蒸发器中的制冷剂蒸发量亦有所减少，则通过压缩机排到冷凝器中的制冷剂蒸气也会相应减少，冷凝器排热量减少，若此时冷却水流量不变，则二者之间不再平衡。众多实践表明，依据冷水机组冷凝器所需的散热量动态调节冷却水流量，以保持合理的冷却水温差，对系统节能是有益的。当系统处于部分负荷时，机组冷凝器的排热量减少，若维持冷却水总管的正常温差不变，则可适当降低冷却水流量，从而减少冷却水泵的输送能耗，减少能源浪费。

随着冷水机组控制技术的发展，冷凝器内的流量也可在一定的区间内变动，一般为30%~130%，为避免冷却水经常处于大流量、小温差的现象，现有的工程实例表明，根据机组冷凝器的冷却需求动态调节冷却水流量，不仅可以提高系统效率起到节能降耗的作用，对系统的安全运行也是有帮助的。实现冷却水系统变流量运行的手段是包括改变冷却水泵的运行台数以及调节冷却水泵的转速。通过变频调速，冷却水泵的转速根据系统负荷的需求而自动调节，大部分时间运行在额定转速之下，改变水流量的同时，还提高了冷却水泵的运行效率，降低能耗；大大减轻水泵及其轴承的机械磨损，延长设备使用寿命，降低故障率及其维护成本。

变流量对水质的影响：现在一般空调冷却水循环系统多采用敞开式。在运行过程中，冷却塔通风产生的水蒸发损失约为 1.12%~1.2%，飘散损失约为 0.001%，水在蒸发冷却后浓缩，水中的 Ca、Cl、Mg 等离子浓度增加，使水的硬度增加，容易在冷凝器换热铜管或管道中产生大量水垢，增加传热的热阻。空气中的灰尘、杂物等进入系统，会繁殖大量细菌、微生物、绿藻等，并与灰尘等杂质构成具有黏性的软泥质物质，黏泥物附在管道壁上会影响水的流速、流量，附在换热管上会影响热交换能力，同时，可能对金属管壁造成一定的腐蚀。

冷却水变流量运行以后，由于流速降低，会对水质产行一定的影响，但只要管理完善，做到定期进行水质处理和管路设备清洗，一般不会对空调系统的运行产生大的影响。

冷却塔的风量直接影响到冷却水的散热效果，风量的变化直接改变冷水机组的冷却侧进水温度。而对于长时间空调部分负荷的运行状态，在冷却水温度范围内，适当调整风机运行台数或转速，在冷却水流量达到下限时，调整冷却塔的风量，可进一步减少冷却系统的能耗。一般情况下，冷却塔能耗相对较低，使用变频调速，节能效果并不显著，并且其散热效果受到室外环境条件的制约严重，有一定的不可控性，所以冷却塔风机的调节要根据实际情况而定。

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