离心式冷水机组及空调系统变流量节能研究

离心式冷水机组及空调系统变流量节能研究

段鹏

纳峰真空镀膜(上海)有限公司 201700

摘要：近年来，随着我国社会经济的持续发展，人们对于居家、工作等环境要求大幅提升，例如，在数据中心机房、工业应用等领域中，对于温度和湿度控制提出了新的要求，这也使得中央空调应用范围越来越广。从实际应用角度来说，空调系统耗电量占建筑总耗电量的40%左右，应采取相应的节能降耗措施。本文以实际工作开展情况为基础，对离心式冷水机组变流量节能内容进行分析，论述了空调系统综合节能分析操作。

关键词：离心式冷水机组；空调系统；变流量

引言

空调系统运行过程中，最为常见的耗能部件当属冷水机组，该项能耗占空调系统总能耗的70%左右，接下来便是水泵和风机。总的来说，上述设备实际运转情况，与系统节能效果呈现具备直接关系。在设计余量以及气候条件变化影响下，很多时候，空调系统运行状态往往处于非设计工况或部分负荷状态。从以往研究结果中也能够看出，空调系统大约有99%的时间处于部分负荷条件下运行。因此，部分空调使用者在冷水机组选择时，往往以冷效率更高的变频离心式冷水机组为主，保证其整个系统能耗得到良好控制。

1.离心式冷水机组变流量节能分析

为了对不同变流量系统对离心式冷水机组性能影响进行充分研究，通过对两台离心式冷水机组开展模拟计算，根据最终计算结果进行分析。针对两台离心式冷水机组类型，其中一台为变频机组，另一台为定频机组。从型号角度来说，常见型号为YKK9K4H95CWG/RP22，额定制冷量数值为3516kW，针对模拟分析软件选择，主要以江森自控选型软件应用为主。为了确保各种变工况点下性能得到展示，相关人员应根据《蒸汽压缩循环冷水机组》中的工业用途或商业用途冷水机组的具体规定要求，开展相应的性能测定操作。为了将冷水机组实际应用情况尽可能呈现出来，相关人员可根据各变量工况中，冷冻水出水温度在7℃左右，针对具体工况条件，可参照GB/T18430.1-2007进行。

1.1变冷冻水流量系统

相比之下，变冷冻水流量系统控制测量相对简单。从普通空调应用角度来说，即使是在不同负荷状态下，冷水机组往往能够保证冷冻水除水温度处于恒定状态，针对变冷冻水流量控制，常见措施为定温差控制。在定温差控制方式应用时，相关人员往往会在冷冻水进水管、出水管位置安装合适数量的温度传感器，当温度信号获取后，系统会将其自动传递给控制器，此时，控制器会对实际冷却水温差与其他目标温差数值进行对比，让水泵转速和流量处于稳定状态。当系统整体负荷有限时，再加上冷却水温度的下降，水泵转速同样下降明显，此时，能够为目标温差保持创造有利条件。在上述工作开展过程中，相关人员应注意以下两方面内容：第一，为了对水泵频繁变速问题进行规避，相关人员往往会对允许温差范围进行合理设定，常见范围是4到6℃。第二，当水流速过低时，往往会导致水侧从紊流换热转换为层流换热模式，对于最终的换热效果产生影响。为了降低该类问题出现的可能性，相关人员需要确保水流量最小流量得到合理限制，一般来说，常见的换热管内最小流速数值为0.9m/s。

从模拟分析角度来说，冷却水流量应始终保持在恒定状态，在冷却水进口温度设定过程中，相关人员同样可以按照GB/T18430.1-2007要求进行，大多数情况下，冷却水进口温度会随着负荷降低而下降。如果存在低于50%的负荷点，为了避免管内冷冻水流速不低于0.9m/s，水流量应设定为最小流量值。在此过程中，相关人员还需要对定流量工况进行模拟分析，并对其分析结果进行对比。图1为两台机组分别在定流量和变冷冻水流量中应用所展示出来的COP曲线。

图 1 变冷冻水流量下离心式冷水机组制冷效率

从图1中能够了解到，首先，部分负荷状态下的变频机组制冷效率要好于定频机组，节能优势更加明显。之所以会出现这种情况，主要是由于当负荷降低之后，冷却水温度同样会随之下降，导致制冷系统压头降低。纵观整个变频机组运行过程，其对应的能量调节方式能够在部分负荷下保持更好的压缩机工作效率。反观定频机组，智能通过导流叶片调节完成能量调节任务，无法将压缩机更好的工作效率展示出来。其次，变冷冻水流量系统和定流量系统所呈现出的离心式冷水机组效率并没有太大差异，相关人员可以将流量变化对于冷水机组制冷效率影响忽略。

1.2变冷却水流量

从工程应用角度来说，常见的冷水机组中的变冷却水流量控制手段包含两方面：第一，定温差控制方式。总的来说，定温差控制方式应用过程，与冷冻水温差控制方式具备相似性特点，只是将冷却水进出水温差转变为每一目标温度差值，最为常见的差距数值为5℃。与此同时，为了对水泵频繁变速问题进行规避，应控制好温差区间范围设定，常见范围为4到6℃之间。第二，定冷却水除水温度控制方法。该控制方式在应用时，主要是依靠冷却水出水温度充当控制变量，最终保证对冷凝温度进行合理控制。为了保证相关工作顺利开展，人们往往会在冷却水管出水端引入温度传感器，使得该位置温度与上限温度能够进行有效对比，以不低于最小流量为前提，保证水泵转速和流量尽可能减少。另外，从定流量和定温差变流量应用角度来说，部分负荷下变频机组制冷效率远比定频机组高出很多，此时，所能够展示出的节能效果更佳。反观除水温度以及变流量，所对应的冷凝温度保持不变，系统压头同样需要处于稳定状态，维护相关程序的稳定运转。

2.水泵变流量节能分析

为了便于开展研究工作，相关人员可根据实际负荷水流量要求，在水泵选型方面，可以将具体的扬程条件设定为30m。为了提升研究针对性，本文以某企业的IL250/370-75/4冷却水泵以及250/380-75/4冷冻水泵为研究对象，在不同负荷和不同水流量作用下，定频水泵以及变频水泵功效内容同样存在很大差异，具体情况如图2所示。定频水泵系统流量调节过程中，主要是根据阀门调节，保证管网特性处于稳定状态，反观变频水泵系统流量调节，主要是以管网特性维护为基础，保证水泵电极转速始终处于合理状态。另外，从图2中还能够了解到，当负荷、水流量数值降低后，变频水泵节能优势也能得到更好展示。

图 2 不同水流量下的水泵功耗

3.空调系统综合节能分析

为了保证对空调系统能耗特点进行总结，相关人员需要对冷水机组和水泵能耗进行综合考虑，并根据平时运行情况，和系统方案设计，优化设备整体配置组合情况，提升空调系统整体运行效率。例如，在全定频设备空调系统建设与应用方面，任何变流量系统方案很难取得好的节能成效。其次，变冷冻水流量系统建设方面，需要将变频离心式冷水机组以及变频冷冻水泵结合到一起，设计好的配置组合模式，以此来提升系统的综合效率。

结论：通过对离心式冷水机组在变流量系统中的节能特性理论研究，可以将变频离心式冷水机组在变冷冻水流量以及定温差变冷却水流量系统中的机组COP均高于定频机组，实践应用范围更广。但从定冷却水流量变温度角度来说，很难在变冷却水流量系统中得到应用，该项内容也是后续人们需要重点研究的内容之一。
参考文献：
[1]空调冷却水变流量控制方法研究[J]. 李苏泷;邹娜.暖通空调,2020(12)