中央空调冷水机组运行模式对系统综合能耗的影响与分析

中央空调冷水机组运行模式对系统综合能耗的影响与分析

吴乙成

广东西屋康达空调有限公司 广东佛山 528216

摘要：如今我国社会经济飞速发展，各种大型建筑普遍装配中央空调系统，给人们的生产、生活带来了舒适的环境体验。在中央空调中，冷水机组是系统实现温度调节功能的关键，而其运行模式对系统的能耗有较大影响。文章采用相关专业转件，对某商场中央空调系统的运行情况进行观测及计算。将冷水机组在三种负载率模式下运行时产生的能耗情况进行对比分析。实验和计算结果表明，中央空调冷水机组在分别运行到满负荷状态下时综合能耗可控制在最低值，而机组在部分荷载率状态下运行，综合能耗达到最高值。因此，建议在对中央空调的使用中，在满足基本需求的情况下，尽量少开机组台数，更多让单机组或设备运行至满负荷状态，达到节能目的。

关键词：中央空调；冷水机组；运行模式；综合能耗；影响

引言：

据可靠数据表明，很多时候中央空调的能耗达到了建筑总能耗的60%以上。针对中央空调能耗的控制，传统研究重点都没有放到冷水机组上。在相关技术不断发展的情况下，人们发现中央空调冷水机组在不同运行模式下，产生的能耗是不同的。所以，针对中央空调冷水机组运行模式与综合能耗之间的关系进行研究，十分有必要。

一、工程概况

某中央空调系统位于佛山市某大型商场，该商场属于独立综合商业楼，地上6层、地下3层。整个建筑装配中央空调系统，空调面积达到了59000㎡。该中央空调系统由水冷式机组、冷冻水泵、冷却塔、水输送系统、空气输送系统等构成，其中水系统安装有压差旁通装置，以此实现了主机定流量、末端变流量的运行模式，充分满足了整套系统在部分负荷情况下的运行要求。在该系统的空气末端能处理方面，用到的新风系统配合风机盘管的构造。

二、中央空调全年负荷的监测和计算

笔者使用某软件对本工程中央空调系统的全年负荷、能耗情况进行观测和计算，目的在于得出该中央空调在一整年中各个时期的负荷、能耗数据，便于后续分析。基于该商场实际情况，其每日运营时间为10:00——21:30，每天中央空调都处于满员使用状态。笔者在数据记录、计算和分析过程中，对商场内设备功率、照明系统密度、人员密度等取一个合理定值，重点在于观测和计算系统负荷与室外气象参数之间的关系。

通过对该商场动态负荷的计算，可以发现，该商场中央空调系统在25%以下负荷区间的运行时长占比达到了39.1%，而在75-100%运行负荷区间的运行时长占比仅有6.9%，25-50%以及50-75%运行负荷区间的运行时长占比分别为30.7%和23.3%。通过该分析结果可以发现，该商场的中央空调制冷系统基本上很少以满负荷状态运行，大多数时候都处于部分负荷运行模式^[1]。

三、中央空调能耗计算与分析

（一）冷水机组运行模式

根据该商场中央空调冷水机组的特点，该机组的COP值（性能系数）和系统中冷却水供水温度、冷冻水出水温度、机组负载率都有较大的关系^[2]。笔者为了分析核心问题，在这里将冷水机组冷冻水出水温度和冷却水供水温度分别设为恒定的7℃和32℃。然后，根据系统冷冻水回水温度的变化，决定执行加载或减载操作。笔者将该中央空调冷水机组的运行模式按照负载率划分成三种，负载率分别设定为60%、80%以及100%。

（二）COP值计算结果

基于以上实验设定的不同运行模式，系统在运行时负荷将持续变大，如果单个冷水机组制冷量达到所设定的最大制冷量，依然无法满足系统负荷要求，则自动开启下一台冷水机组^[3]。基于这种运行机制，记录并计算出三种运行模式下冷水机负荷切换点如表1所示。

表1：不同运行模式下系统负载切换点

基于该记录和计算结果，笔者使用相关计算方法，最终干得出了该商场中央空调在不同运行模式下的能耗情况。

四、结果分析

通过本文设定的调研方法得出的相关计算结果，现做如下分析：

1.该商场中央空调系统的冷水机组全年能耗方面，当负载率为60%时，能耗最高，负载率为100%时最低。三种模式下能耗最高值和最低值相差15%左右。显然，可以发现，中央空调零冷水机组的COP值在部分负载情况下要高于满载时^[4]。

2.该商场中央空调系统的水输送系统全年能耗方面，当负载率为60%时，能耗最低，而当负载率为100%时，能耗最高，能耗的最高值和最低值相差41.1%左右。分析发现，这是因为水输送系统在冷负荷需求处于确定值的情况下，冷水机组的负载率设定值与整个系统需要启动运行的冷水机组、水输送设备的台数成反比关系。简单来讲就是，冷水机组负载率越高，需要加入运行的设备数量就越少。

3.针对该商场中央空调系统的主机房能耗进行分析，可以发现当机组负载率为60%时，能耗最低，当机组负载率为100%时，负载率最高，其中能耗最高与最低值相差约4.39%。分析该结果，可以发现，在中央空调主机房综合能耗的主要构成当中，冷水机组和水输送系统的占比不同，在负载率为60%的运行模式下，冷水机组和水输送系统的能耗分别为最高和最低，而在负载率为100%的运行模式下，两者的能耗对比却恰恰相反。所以，可以认为，水冷机组的能耗不能代表主机房的综合能耗。

结束语

综上所述，通过本文的调研、计算和分析，可以发现中央空调冷水机组在满载运行模式下的能耗，比部分负载运行模式下的能耗要高；而中央空调水输送系统在满载运行模式下的能耗比部分负载运行模式下低；而中央空调主机房在满载运行模式下比部分负载运行模式下的负荷要低。所以，各个建筑物及单位的中央空调的运行管理人员和技术人员，针对多台冷水机组联用的中央空调系统，要按照满荷载的机制，逐步开启冷水机组、水输送设备。只有这样，才能在相关建筑、单位对中央空调功能需求相对固定的前提下，全面降低因此而产生的能耗。

参考文献；

[1]孙守伟,王坤.变频技术在中央空调系统冷水（热泵）机组中的应用分析[J].建筑工程技术与设计,2018,(26):3141.

[2]周庆申,刘丽孺,王璋元, 等.设置排风热回收的风冷冷水机组集中空调系统的能流分析[J].广东工业大学学报,2017,34(6):93-96.

[3]林秀军,吴延奎.中央空调冷水机组运行模式对系统综合能耗的影响与分析[J].建筑节能,2018,46(10):33-36,44.

[4]周志豪.基于混合模型的中央空调冷源系统运行能耗优化[J].建筑热能通风空调,2020,39(3):1-7,15.