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摘要：中央空调系统的运行能耗占了建筑能耗的相当一部分，结合实际情况对其进行改造能达到明显的节能效果。本文结合某建筑中央空调水系统为例，说明了某商厦中央空调水系统概况，阐述了水系统能效的相关分析，提出了中央空调水系统节能改进方案，分析了水系统节能改造方案节能效果和项目节能改造后的节电效益。
关键词：中央空调；水系统；节能改造；分析
引言
城市化进程加快的今天，中央空调水系统运行能耗占到了建筑能耗的相当一部分。但是由于一些建筑在建造时没有注重实现中央空调系统的节能降耗设计，导致了建筑能耗大大提高的现象。因此如何对中央空调水系统进行节能改造成为了工作人员需要解决的问题。下面就此进行讨论分析。
1中央空调水系统概况
某商厦中央空调水系统如图1所示。商厦建筑物地上5层、地下2层，空调总面积约为20000m2，中央空调机房位于地下2层。空调系统配备功率为339万kJ/h溴化锂吸收式冷水机组2台、314万kJ/h螺杆式冷水机组（30HXC250A）1台、采暖用换热站、水泵及膨胀水箱等。膨胀水箱位于地上5层顶部。基于节能和系统运行可靠性考虑，设置3台离心式水泵，型号为KQW150/400-45/4（流量为200m3/h，扬程为50m，功率为44.83kW，转速为1480r/min），在制冷（2用1备）和采暖工况（1用2备）下共用。
图1 中央空调水系统简图
水系统为闭式机械循环回路。在标准制冷工况下，水从回水箱由水泵送至冷水机组，被冷却至7～12℃，然后从分水箱供应给各个回路，流经空调末端设备吸热后，以18?21℃的回水温度回至回水箱，循环往复。在制热工况下，水从回水箱由水泵送至热交换器换热，加热后从分水箱供应给各个回路，流经空调末端设备放热后回至回水箱，循环往复。以下笔者主要以该空调系统在制冷工况时对水系统的能效进行分析讨论。
2 水系统能效分析
2.1 水系统运行情况
该中央空调系统运行，若水泵出口阀全开，水流量太大会导致电机过载。因此，将水泵的出口阀部分关闭，调节合适的水流量。实际运行时泵出口阀开度较小，约全行程的25%，若再稍微调小出口阀则对水流量就有较大影响，难以准确控制流量。为保证空调系统在任何负荷下都能提供足够的冷冻水，水泵流量总是调整到尽可能大，电机运行接近满负荷状态。此外，该系统供回水温差低于最佳供回水温差（5℃）。
改进前在制冷工况下水系统各处压力、温度等参数见图1。
2.2 水系统能耗分析
图2和图3所示分别为离心泵扬程和输出功率随流量变化的特性曲线。原方案中，水泵进出口压差为0.43MPa（0.78—0.35=0.43）（见图1），此时泵的扬程约为43m，泵的工作点为图2中A点。由图2和图3可知，此时单台泵流量约为73L/s（263m3/h），电机功率将近额定功率（约44kW，实测为44.83kW）。根据水泵出口阀前后压差及水泵出口阀后与进口间压差，此时泵扬程43m中，有23m用于克服出口阀阻力，20m用于克服管路系统阻力。若将泵出口阀继续开大，则阀的阻力减小，泵的工作点沿扬程特性曲线H1向右下方移动，泵流量增加，扬程减小，泵的输出功率增加（见图3），若流量太大，会导致电机过载；若将泵出口阀关小，则阀的阻力增大，泵的工作点沿扬程特性曲线H1向左上方移动，泵流量减小，扬程增大，泵的输出功率减小（见图3）。
采用节流调节的方式，虽然在一定程度上能够减小水泵功率的消耗，防止电机过载，但由于阀的阻力带来压头损失和功率消耗，降低了系统运行的经济性。
3 水系统节能改进方案
通过对该商厦中央空调水系统运行参数进行分析，发现水泵实际流量过大，供回水温差偏小，系统运行时需要通过大幅度关小水泵出口阀调节流量以防止电机过载，但由于小流量调节时，出口阀的精度难以控制，造成水泵调节后的实际流量仍然超过循环系统的需要，究其原因是配备的水泵扬程过大。若采用满足流量要求的较低扬程的离心泵代替原泵，可不进行节流调节或减小调节幅度，系统运行功耗可大大降低。
在闭式循环系统中，由于膨胀水箱的存在，水箱液位在泵进口产生约35m的静压力，而该系统的供水高度约30m，因而在计算泵的扬程时可以不考虑供水高度，只需根据管路水的流量需求和管路阻力特性选择合适流量和扬程的泵。考虑到空调系统的各种运行工况，通过现场参数实测和原厂家该型号离心泵特性曲线分析计算，确定合适的水流量和管路阻力。计算得出水系统在2台泵并联工作时管路阻力约为23m，单台泵的流量约为160m3/h。经查询，并考虑一定的流量和扬程储备，可选用原厂家型号为KQW150/285-18.5/4的离心泵3台（额定流量为173m3/h，额定扬程为24m，泵功率为18.5kW）取代原来的3台离心泵。
图2 离心泵扬程特性曲线
图3 离心泵功率特性曲线
4 水系统节能改造方案节能效果分析
该商厦中央空调水系统运行的具体情况如下：
制冷运行工况：1月一10月，2台水泵并联运行，每年运行时间约2100h；
制热运行工况：1月一次年3月，1台水泵运行，每年运行时间约2000h。
若选择型号为KQW150/285-18.5/4的离心泵取代原来3台离心泵，对水系统进行节能改进，根据图3中曲线P2可知，流量为160m3/h时的泵功率约为15kW。中央空调水系统改進前后能耗如表1所示。
表1 中央空调水系统改进前后能耗
根据上述分析，用低扬程的KQW150/285-18.5/4离心泵取代原来的泵，可取得可观的经济效益，说明上述节能改进方案是可行的。
5 项目节能改造后的节电效益分析
按照上述方案改进水系统。由于采用原厂家产品，KQW150/285-18.5/4离心泵安装尺寸除安装高度比原泵低55mm，其余尺寸完全一致，因而只在泵的出口连接管上稍加改动即可。整个空调系统运行调试结果显示，水系统的功耗与改进前分析结果基本相符。改造完成后，对水系统的运行节能效果进行为期一年（2009年5月10日一2010年5月10日）的跟踪检验。3台水泵运行时间分别为2466h，2130h和2144h，总计6740h，按节能改造前计算电机功率为6740hX45kW=303300kW·h，改造后实际用电量为98988kW·h，节电量为204312kW·h，节电费用为204312kW·hX0.8894元/（kW·h）=181715.1元，相比改造前节电率为67%。
6 结语
总而言之，水泵是水系统的核心组成部分，是建筑中央空调系统不可或缺的一部分，其能耗占到了建筑能耗的相当一部分。我们要结合实际的情况，设计科学合理的节能改造方案，不仅可以提高系统的运行效率，还能达到节能降耗的目的，创造更好的经济和社会效益。
参考文献：
[1]冯浩源.浅谈变频器在中央空调系统节能改造中的运用[J].洁净与空调技术，2010，12（4）：47-50.
[2]刘庆瑜.中央空调水系统节能降耗改造分析[J].科技与创新，2014.
关键词：中央空调；水系统；节能改造；分析
引言
城市化进程加快的今天，中央空调水系统运行能耗占到了建筑能耗的相当一部分。但是由于一些建筑在建造时没有注重实现中央空调系统的节能降耗设计，导致了建筑能耗大大提高的现象。因此如何对中央空调水系统进行节能改造成为了工作人员需要解决的问题。下面就此进行讨论分析。
1中央空调水系统概况
某商厦中央空调水系统如图1所示。商厦建筑物地上5层、地下2层，空调总面积约为20000m2，中央空调机房位于地下2层。空调系统配备功率为339万kJ/h溴化锂吸收式冷水机组2台、314万kJ/h螺杆式冷水机组（30HXC250A）1台、采暖用换热站、水泵及膨胀水箱等。膨胀水箱位于地上5层顶部。基于节能和系统运行可靠性考虑，设置3台离心式水泵，型号为KQW150/400-45/4（流量为200m3/h，扬程为50m，功率为44.83kW，转速为1480r/min），在制冷（2用1备）和采暖工况（1用2备）下共用。
图1 中央空调水系统简图
水系统为闭式机械循环回路。在标准制冷工况下，水从回水箱由水泵送至冷水机组，被冷却至7～12℃，然后从分水箱供应给各个回路，流经空调末端设备吸热后，以18?21℃的回水温度回至回水箱，循环往复。在制热工况下，水从回水箱由水泵送至热交换器换热，加热后从分水箱供应给各个回路，流经空调末端设备放热后回至回水箱，循环往复。以下笔者主要以该空调系统在制冷工况时对水系统的能效进行分析讨论。
2 水系统能效分析
2.1 水系统运行情况
该中央空调系统运行，若水泵出口阀全开，水流量太大会导致电机过载。因此，将水泵的出口阀部分关闭，调节合适的水流量。实际运行时泵出口阀开度较小，约全行程的25%，若再稍微调小出口阀则对水流量就有较大影响，难以准确控制流量。为保证空调系统在任何负荷下都能提供足够的冷冻水，水泵流量总是调整到尽可能大，电机运行接近满负荷状态。此外，该系统供回水温差低于最佳供回水温差（5℃）。
改进前在制冷工况下水系统各处压力、温度等参数见图1。
2.2 水系统能耗分析
图2和图3所示分别为离心泵扬程和输出功率随流量变化的特性曲线。原方案中，水泵进出口压差为0.43MPa（0.78—0.35=0.43）（见图1），此时泵的扬程约为43m，泵的工作点为图2中A点。由图2和图3可知，此时单台泵流量约为73L/s（263m3/h），电机功率将近额定功率（约44kW，实测为44.83kW）。根据水泵出口阀前后压差及水泵出口阀后与进口间压差，此时泵扬程43m中，有23m用于克服出口阀阻力，20m用于克服管路系统阻力。若将泵出口阀继续开大，则阀的阻力减小，泵的工作点沿扬程特性曲线H1向右下方移动，泵流量增加，扬程减小，泵的输出功率增加（见图3），若流量太大，会导致电机过载；若将泵出口阀关小，则阀的阻力增大，泵的工作点沿扬程特性曲线H1向左上方移动，泵流量减小，扬程增大，泵的输出功率减小（见图3）。
采用节流调节的方式，虽然在一定程度上能够减小水泵功率的消耗，防止电机过载，但由于阀的阻力带来压头损失和功率消耗，降低了系统运行的经济性。
3 水系统节能改进方案
通过对该商厦中央空调水系统运行参数进行分析，发现水泵实际流量过大，供回水温差偏小，系统运行时需要通过大幅度关小水泵出口阀调节流量以防止电机过载，但由于小流量调节时，出口阀的精度难以控制，造成水泵调节后的实际流量仍然超过循环系统的需要，究其原因是配备的水泵扬程过大。若采用满足流量要求的较低扬程的离心泵代替原泵，可不进行节流调节或减小调节幅度，系统运行功耗可大大降低。
在闭式循环系统中，由于膨胀水箱的存在，水箱液位在泵进口产生约35m的静压力，而该系统的供水高度约30m，因而在计算泵的扬程时可以不考虑供水高度，只需根据管路水的流量需求和管路阻力特性选择合适流量和扬程的泵。考虑到空调系统的各种运行工况，通过现场参数实测和原厂家该型号离心泵特性曲线分析计算，确定合适的水流量和管路阻力。计算得出水系统在2台泵并联工作时管路阻力约为23m，单台泵的流量约为160m3/h。经查询，并考虑一定的流量和扬程储备，可选用原厂家型号为KQW150/285-18.5/4的离心泵3台（额定流量为173m3/h，额定扬程为24m，泵功率为18.5kW）取代原来的3台离心泵。
图2 离心泵扬程特性曲线
图3 离心泵功率特性曲线
4 水系统节能改造方案节能效果分析
该商厦中央空调水系统运行的具体情况如下：
制冷运行工况：1月一10月，2台水泵并联运行，每年运行时间约2100h；
制热运行工况：1月一次年3月，1台水泵运行，每年运行时间约2000h。
若选择型号为KQW150/285-18.5/4的离心泵取代原来3台离心泵，对水系统进行节能改进，根据图3中曲线P2可知，流量为160m3/h时的泵功率约为15kW。中央空调水系统改進前后能耗如表1所示。
表1 中央空调水系统改进前后能耗
根据上述分析，用低扬程的KQW150/285-18.5/4离心泵取代原来的泵，可取得可观的经济效益，说明上述节能改进方案是可行的。
5 项目节能改造后的节电效益分析
按照上述方案改进水系统。由于采用原厂家产品，KQW150/285-18.5/4离心泵安装尺寸除安装高度比原泵低55mm，其余尺寸完全一致，因而只在泵的出口连接管上稍加改动即可。整个空调系统运行调试结果显示，水系统的功耗与改进前分析结果基本相符。改造完成后，对水系统的运行节能效果进行为期一年（2009年5月10日一2010年5月10日）的跟踪检验。3台水泵运行时间分别为2466h，2130h和2144h，总计6740h，按节能改造前计算电机功率为6740hX45kW=303300kW·h，改造后实际用电量为98988kW·h，节电量为204312kW·h，节电费用为204312kW·hX0.8894元/（kW·h）=181715.1元，相比改造前节电率为67%。
6 结语
总而言之，水泵是水系统的核心组成部分，是建筑中央空调系统不可或缺的一部分，其能耗占到了建筑能耗的相当一部分。我们要结合实际的情况，设计科学合理的节能改造方案，不仅可以提高系统的运行效率，还能达到节能降耗的目的，创造更好的经济和社会效益。
参考文献：
[1]冯浩源.浅谈变频器在中央空调系统节能改造中的运用[J].洁净与空调技术，2010，12（4）：47-50.
[2]刘庆瑜.中央空调水系统节能降耗改造分析[J].科技与创新，2014.