水冷中央空调节能控制及运行策略研究

水冷中央空调节能控制及运行策略研究

刘竹坤

荏原冷热系统（中国）有限公司  天津市津南区  300350

摘要：经济在快速发展，社会在不断进步，建筑行业在我国发展十分迅速，建筑耗能、工业耗能和交通耗能是我国三大“耗能大户”。建筑能耗80%以上是由建筑物中的机电设备、照明运行产生的，其中采暖、空调能耗约占60%~70%。公共建筑中大多采用水冷中央空调系统，水冷空调主要包含冷水机组、冷冻水、冷却水和冷却塔等系统。冷水机组完成制冷剂在低温低压气体、高温高压气体、常温高压液体、低温低压液体4个状态的重复循环。高温高压气体冷凝为常温高压液体的过程中释放的热量由冷却水循环带出在冷却塔散发；低温低压液体气化为低温低压气体时吸收热量将冷冻水制冷；冷冻水流经风机盘管，在盘管与空气热交换使空气降温送至各冷源用户。

关键词：水冷中央空调；能效；节能控制；运行策略

引言

节能降耗是为现代社会的主旋律以及重点工作，中央空调的能耗经常达到建筑能耗的一半，所以中央空调系统节能的潜力是非常大的，对中央空调系统进行节能改造是建筑技术的一个发展方向，尽管我国电力系统供应能力充足，能耗问题绝不能忽视，为经济社会可持续发展，促进电力资源消耗优化，促进能源高效转型，促进全社会低碳发展有积极作用。

1中央空调的原理

中央空调控制系统的基本工作流程,也就是对室内和户外空气不断完成热能交流和转化的工作流程,这也是其的基本工作机理。在一年四季各个时候,中央空调控制系统必须使用不同的水体来完成能源交流,例如在夏季必须使用防冻冷却水完成能源交流,在冬天则必须使用冷温水完成能源交流。但是，尽管水体不同,但是却使用了的同一个水体封闭式环流控制系统。也因此,冻液空调制冷就是在冷冻机中使用冻结水并经过压缩机压缩成液态,而后再运送至蒸馏器中,与蒸馏器中的冻结水完成热交流，最后再利用冻结泵把冻结液送到冻结盘管中,再利用风机的吹送而凝结。经蒸馏后制冷剂的热能排放到冷凝器内部,与制冷循环水发生热交换，而防冻冷却液则会带来从冷冻机组中排出的热能，而后经由冷却水泵把热能排放到大气环境当中,并且冷却塔内部的冷却风机会加快将冷却水和大气环境之间发生热能转换。而中央空调也正是利用这些系统循环来运行,并起到调整房间室温效果的。

2水冷中央空调节能控制及运行策略研究

2.1模糊控制在变风量空调系统中的应用

在空调系统中应用变风量系统时，可以根据室内的冷热负荷程度变化进行有效的温度调节，其在运行中采取送风量的改变方式，而不是在工作开展中改变送风的温度，继而有效的控制室内的温湿度。变风量空调控制系统在实际应用的过程中，所有房间都会有送风的入口，并且设置末端装置，装置的应用有效实现对风速的控制，通过风阀的应用控制进入室内风速的大小，同时对各个房间的温湿度进行单独的控制，让人们始终处在舒适的居住环境中。变风量空调系统的应用在送风的过程中保障其温度的不变，就是在应用中表冷水回水调节阀的开度并不会出现变化。在一些工程中也会使用变频器，对空调送风电机的运转速度加以控制，有效的转变了空调的实际送风量，其自身所有的结构设备能够对相关内容加以控制，例如送风量自动调节、回风机自动调节以及湿度自动控制等参数。

2.2中央空调清洗技术方面的节能改造

虽然目前市面上企业开利用变频技术和智能技术实现对中央空调一定程度上的节能，但在清洗技术方面处于缺失，使整个中央空调系统的工作效率下降，造成了能耗增加，保持好空调的基本清洗工作，能达10%～20%的节能，空调系统风管内积聚灰尘容易造成室内污染，同时会增加风管系统阻力，导致空调系统的风量下降，中央空调保持良好干净状态，可以达到高效节能效果，目前我国空调清洗行业存在诸多问题，大部分依靠人工清洗，需要依靠先进的清洗技术和设备，能够及时做到有效清洗工作，中央空调应每年清洗保养1～2次，目前很多公共设施的空调长时间处于未清洗状态，而空调长期带病运行，不仅危害人体健康，同时也增加了能耗，自动清洗系统完善中央空调系统的最佳方案，加大对自动清洗系统的研发，才能够控制浪费的产生，才能更有效地节约能源。

2.3冷冻水泵的节能分析

冷冻水在蒸发器降温后，由冷却泵抽出经分水器流至各支管，分水器各支路安装电动调节阀，通过合理压差控制，保证该路的所有末端设备冷冻水循环。冷冻水在末端设备完成热交换后回到集水器，再回流到蒸发器完成冷冻水1个循环。在末端风机盘管内，空气与冷冻水管热交换降温后，供给各楼层。冷冻水的流量反应用户侧负荷需求，流量与转速成正比。因此，冷冻泵的转速要随着负荷的变化不断调整，水泵改变转速来调整管道流量是最佳流量调整方式，而改变水泵转速最节能的方式是水泵电动机的变频调速。冷冻水一次泵的变频调速常规有温差控制和压差控制2种。温差控制适用于房间小、功能单一的场所；大多数场所采用供水管和回水管之间的压差信号进行变频调速控制。

2.4优化中央空调水系统技术

水系统占据了中央空调系统的很大一部分能源消耗，对以中央空调系统节能改造可以从水系统进行技术优化，减少系统中的过剩流量，提高水泵的实际运转效，在中央空调系统中，冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机的容量的设计是按照建筑物最大热负荷选取的，会有10%～15%的余量，水系统实际并没有在稳定的大水流量下运行，由于季节、昼夜采用负荷的不断变化，空调实际的热负荷要比原有设计负荷低，而我国中央空调系统普遍采用定流量系统，水系统不能根据末端变化而变化，优化中央空调水系统技术，减少循环水泵电机的能耗，能够减少空调系统耗电量的15%～30%，水系统控制来达到主机节能的作用，而且节能潜力非常大，减少了能量消耗。

2.5中央空调变频调速系统的控制

空调主机的变频控制。中央空调系统的主要制冷(热)源是中央空调服务器，服务器正是中央空调控制的内核，有所不同的气候时节建筑内需求的冷(热)负载也不相同。所以，主机温度应该随着机械负载的变化而改变，并通过变频调速控制使空调主机的制冷技术(热)量与室内的需冷(热)量相符。冷却水循环系统的控制。由于随着温度的改变冷却塔的温度也将做出一定的改变，所以无法利用单测温度来判断在冷冻机内形成热能的多寡，所以对制冷水泵的温度控制要以进水和回水间的恒压差当作监控目标，如果温差大，说明冷冻机组形成的热能多，制冷泵的速度应被加快，相对的温度小，说明冷冻机组形成的热能少，制冷泵的速度应被减慢，根据进水和回水之间的温度，采用变频调速方式进行恒温度控制系统。

结语

在“双碳战略”的大背景下，中央水冷空调系统的高能效运行迫在眉睫。除了思想上重视、管理上改善之外，要在以下方面开展工作。（1）明确责任主体，出台能效标准，加强运维管理的力度。（2）根据业态需求，校正末端负荷；根据水力平衡，确定同程、异程。（3）通过BIM深化设计，优化管路布局，减少弯头，减少管阻。（4）优化中央空调系统的控制模式及运行策略。（5）加强水质维护，管道及设备除垢，降低系统阻力。

参考文献

[1]项目综合报告编写组．《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》综合报告[J].中国人口·资源与环境，2020，30（11）：1-25.

[2]曾昭向，卢清华．中央空调节能技术分析与探讨[J].制冷与空调（四川），2013，27（1）：45-48.