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摘要：主要介绍节能型汽--水板式空调换热机组的原力以及系统的特性，并对设备的温度以及压差双补偿节能的方案进行了讨论，并通过具体的项目对其变循环流量和变供水水温节能运行效果进行分析，提供了板式空调换热机组的节能效果计算。
关键词：汽——水板式换热机组；变供水流量；变供水水温；节能效果
一、节能型板式空调换热机组的原理
1、机组运行工作原理
节能型板式空调换热机组在系统上替代了原有板式热交换器＋单回路温控的简单化形式，实现了对系统负荷变化进行闭环控制的自动空调热水供应（见图1),当供热负荷减小时，水系统的供／回水压差△P相应增大，供水温度Ts升高，回水温度Tr升高，供／回水温差减小，换热机组即时采集供／回水温度信号、水系统压差信号、室外温度信号和变频器反馈信号，通过控制器对上述信号进行比对及算法处理，相应减少蒸汽流量及降低循环水泵的转速，使板式换热机组的输出热量与实际热负荷相匹配。当供热负荷增加时，各情况相反。
2、板式空调换热机组的能耗分析
空调板式换热机组（蒸汽热媒）的主要节能环节在汽一水板式换热的空调热水系统中，节能控制应注意控制好“两补偿两流量”的问题，即室外温度补偿、系统压差补偿及板式换热器的瞬时蒸汽流量和循环热水流量。
二、采用分段启动、同步变频的水泵控制系统
1、分段启动、同步变频的水泵运行原理
由于空调系统的循环流量是按最大负荷设计，而系统的大部分时间是在较低负荷下运行的。传统的定水量设计使系统普遍存在大流量、小温差的现象，造成较大程度的电能浪费。
节能型板式空调换热机组采用双泵并联设计，通过系统传感信号判断负荷变化，根据实际负荷变化，控制循环水泵运行台数和运行频率。
当系统负荷加大时，首先调高单泵运行频率，当其工频运行还不能满足负荷要求时，切换到双泵工频运行并根据实际
负荷要求调节水泵运行频率；当系统负荷减小时，首先调节双泵运行频率，当其达到设定的最低运行频点还不能满足负荷要求时，切换到单泵工频运行并根据实际负荷要求调节水泵运行频率。采用分段启动、同步变频的运行模式可确保水泵在高效率区间运行的同时满足20％一100％的系统循环流量调节，其循环水系统的工作范围参见图中阴影部分。
2、节能计算。
以两台循环泵并联运行为例，采用定水量运行时，全年水泵运行电功耗P0为： P0＝2φ0N0T0(11)式中：N0一单台循环水泵的额定电功耗，kW；
φ0一容量系数，可取为0.9；
T0一系统全年的运行小时数，h/a。
采用分段启动、同步变频运行时，全年水泵运行电功耗Pl为：式中：Q0、△P0、η0、N0一分别表示单台水泵工频运行时的流量、扬程、效率、功率；Q0′、△P0′、η0′、2N0一分别表示两台水泵并联工频运行时的流量、扬程、效率、功率；
Qi、△Pi、ηi、Ti一分别表示对应不同的负荷率，水泵变频运行时的流量、扬程、效率、运行小时数。
在循环水泵变频運行设计时，应注意以下几点：
①应设定合理的水泵运行频率下限，过低的运行频率会使水泵运行效率快速下降，并影响水泵节能效果及使用寿命；
②对于当末端负荷变化时，水系统压差变化小的末端流量控制方式（如：无流量控制或三通阀控制），应设回水水温辅助控制点；
③热水供应管道应设计为同程系统或主干管同程、支管异程系统，减少平衡阀的使用。
3、工程应用实例及实际节能效果分析
上海某四星级宾馆，24小时供暖，采用一台3380kW的节能换热机组为其提供空调及新风热负荷，机组循环水泵选用18.5kW国产立式离心泵（两用一备）。热源为0.8MPa的高温热网蒸汽通过减压至0.4MPa送到换热站，热水管路系统采用竖向同程、水平异程系统。该工程设计最大小时换热量为3100kW，设计供、回水温差为10℃。管网平均热水供、回水管外径取为0.2m，计算管道长度取为600m，热源损失系数Cr取为8%，结构耗散影响系数Cr′取为15%，系统平均冷凝水温对应的烩值ZT取为292.97kJ/kg。将以上参数代入公式(6)、(7)、(8)、(9)、(11)、(12)可得相关数据．见表2。
其中：M一换热系统年蒸汽节约比率，数值上等于100(1－0/′)；P一换热系统年循环水泵电耗节约比率，数值上等于100△P/P0；一该建筑供暖理论年均耗汽量，t；0一采用了温度补偿节能措施的年均蒸汽耗量，t；′一未采用温度补偿节能措施的年蒸汽耗量，数值上等于△M1＋△M2＋。由表2可见：(1)采用温度补偿节能措施后，蒸汽节能效果明显，年蒸汽耗量节约比率可达20％以上；(2)采用压差补偿、变频运行节能措施后，循环水泵电耗节能效果显著，年水泵电耗节约比率可达67％以上（应当注意，在不同地区、不同工程项目，其具体的节能效果是有差别的）。供热系统经过一年的实际运行，用户反映系统稳定、使用良好。该宾馆使用的热源蒸汽价格为165元／m2、电价为1元／kWh。经过一年的供暖运行后，为宾馆节约蒸汽耗费成本15万余元，节约循环泵电耗成本近5万元。实践表明：供暖换热站节能的潜力是很大的，供热换热机组采用“两补偿”即温度、压差补偿的节能设计方案，可有效处理汽一水换热供热系统的变供水水温、变流量节能运行问题，不仅减少了系统废热排放，同时也达到了节能、降耗、增效的经济效果。
三、结语
综上所述，节能型板式空调换热机组通过采用温度、压差补偿及闭环信号控制方式，当系统负荷变化时，实现了供热系统变流量、变供水水温、变压差的稳定节能运行。由于其系统具有显著节能效果、对末端控制方式适应性好、小安装空间、换热负荷可适度调节等优势。通过今后各种具体供热工程的灵活运用，将成为在大、中型集中供热空调节能设计的主流方向。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词：汽——水板式换热机组；变供水流量；变供水水温；节能效果
一、节能型板式空调换热机组的原理
1、机组运行工作原理
节能型板式空调换热机组在系统上替代了原有板式热交换器＋单回路温控的简单化形式，实现了对系统负荷变化进行闭环控制的自动空调热水供应（见图1),当供热负荷减小时，水系统的供／回水压差△P相应增大，供水温度Ts升高，回水温度Tr升高，供／回水温差减小，换热机组即时采集供／回水温度信号、水系统压差信号、室外温度信号和变频器反馈信号，通过控制器对上述信号进行比对及算法处理，相应减少蒸汽流量及降低循环水泵的转速，使板式换热机组的输出热量与实际热负荷相匹配。当供热负荷增加时，各情况相反。
2、板式空调换热机组的能耗分析
空调板式换热机组（蒸汽热媒）的主要节能环节在汽一水板式换热的空调热水系统中，节能控制应注意控制好“两补偿两流量”的问题，即室外温度补偿、系统压差补偿及板式换热器的瞬时蒸汽流量和循环热水流量。
二、采用分段启动、同步变频的水泵控制系统
1、分段启动、同步变频的水泵运行原理
由于空调系统的循环流量是按最大负荷设计，而系统的大部分时间是在较低负荷下运行的。传统的定水量设计使系统普遍存在大流量、小温差的现象，造成较大程度的电能浪费。
节能型板式空调换热机组采用双泵并联设计，通过系统传感信号判断负荷变化，根据实际负荷变化，控制循环水泵运行台数和运行频率。
当系统负荷加大时，首先调高单泵运行频率，当其工频运行还不能满足负荷要求时，切换到双泵工频运行并根据实际
负荷要求调节水泵运行频率；当系统负荷减小时，首先调节双泵运行频率，当其达到设定的最低运行频点还不能满足负荷要求时，切换到单泵工频运行并根据实际负荷要求调节水泵运行频率。采用分段启动、同步变频的运行模式可确保水泵在高效率区间运行的同时满足20％一100％的系统循环流量调节，其循环水系统的工作范围参见图中阴影部分。
2、节能计算。
以两台循环泵并联运行为例，采用定水量运行时，全年水泵运行电功耗P0为： P0＝2φ0N0T0(11)式中：N0一单台循环水泵的额定电功耗，kW；
φ0一容量系数，可取为0.9；
T0一系统全年的运行小时数，h/a。
采用分段启动、同步变频运行时，全年水泵运行电功耗Pl为：式中：Q0、△P0、η0、N0一分别表示单台水泵工频运行时的流量、扬程、效率、功率；Q0′、△P0′、η0′、2N0一分别表示两台水泵并联工频运行时的流量、扬程、效率、功率；
Qi、△Pi、ηi、Ti一分别表示对应不同的负荷率，水泵变频运行时的流量、扬程、效率、运行小时数。
在循环水泵变频運行设计时，应注意以下几点：
①应设定合理的水泵运行频率下限，过低的运行频率会使水泵运行效率快速下降，并影响水泵节能效果及使用寿命；
②对于当末端负荷变化时，水系统压差变化小的末端流量控制方式（如：无流量控制或三通阀控制），应设回水水温辅助控制点；
③热水供应管道应设计为同程系统或主干管同程、支管异程系统，减少平衡阀的使用。
3、工程应用实例及实际节能效果分析
上海某四星级宾馆，24小时供暖，采用一台3380kW的节能换热机组为其提供空调及新风热负荷，机组循环水泵选用18.5kW国产立式离心泵（两用一备）。热源为0.8MPa的高温热网蒸汽通过减压至0.4MPa送到换热站，热水管路系统采用竖向同程、水平异程系统。该工程设计最大小时换热量为3100kW，设计供、回水温差为10℃。管网平均热水供、回水管外径取为0.2m，计算管道长度取为600m，热源损失系数Cr取为8%，结构耗散影响系数Cr′取为15%，系统平均冷凝水温对应的烩值ZT取为292.97kJ/kg。将以上参数代入公式(6)、(7)、(8)、(9)、(11)、(12)可得相关数据．见表2。
其中：M一换热系统年蒸汽节约比率，数值上等于100(1－0/′)；P一换热系统年循环水泵电耗节约比率，数值上等于100△P/P0；一该建筑供暖理论年均耗汽量，t；0一采用了温度补偿节能措施的年均蒸汽耗量，t；′一未采用温度补偿节能措施的年蒸汽耗量，数值上等于△M1＋△M2＋。由表2可见：(1)采用温度补偿节能措施后，蒸汽节能效果明显，年蒸汽耗量节约比率可达20％以上；(2)采用压差补偿、变频运行节能措施后，循环水泵电耗节能效果显著，年水泵电耗节约比率可达67％以上（应当注意，在不同地区、不同工程项目，其具体的节能效果是有差别的）。供热系统经过一年的实际运行，用户反映系统稳定、使用良好。该宾馆使用的热源蒸汽价格为165元／m2、电价为1元／kWh。经过一年的供暖运行后，为宾馆节约蒸汽耗费成本15万余元，节约循环泵电耗成本近5万元。实践表明：供暖换热站节能的潜力是很大的，供热换热机组采用“两补偿”即温度、压差补偿的节能设计方案，可有效处理汽一水换热供热系统的变供水水温、变流量节能运行问题，不仅减少了系统废热排放，同时也达到了节能、降耗、增效的经济效果。
三、结语
综上所述，节能型板式空调换热机组通过采用温度、压差补偿及闭环信号控制方式，当系统负荷变化时，实现了供热系统变流量、变供水水温、变压差的稳定节能运行。由于其系统具有显著节能效果、对末端控制方式适应性好、小安装空间、换热负荷可适度调节等优势。通过今后各种具体供热工程的灵活运用，将成为在大、中型集中供热空调节能设计的主流方向。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看