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中央空调冷却水系统的节能方法
作者:晓家 时间: 2019-06-06 08:32 浏览次数:
中央空调系统(system)不仅要满足人们对工作、生产的环境要求,同时也要满足对环境保护和节能的要求。随着国家节能政策的实施,中央空调的能耗问题成为许多学者的研究方向。中央

中央空调冷却水系统的节能方法

  中央空调系统(system)不仅要满足人们对工作、生产的环境要求,同时也要满足对环境保护和节能的要求。随着国家节能政策的实施,中央空调的能耗问题成为许多学者的研究方向。中央空调机组系统包括冷冻水系统、冷却水系统及主机,其中冷却水系统能耗占中央空调总能耗的15%~20%。同时由于冷却水量多于冷冻水量,因此对冷却水系统的节能优化显得尤为重要。由于室外(shì wài)环境的变化和室内人员的流动性大,中央空调系统在大部分情况下只提供部分负荷,因此冷却水系统也在很长时间内处于部分负荷运行下,而设计时是参考满负荷运转进行设备选型,必然会出现设备选型庞大和能源的浪费。

  一、冷却水泵节能分析

  对于冷却水系统而言部分负荷运转的情况是由外部环境(environmental)参数的改变引起的。外部环境参数主要包含4个:冷水进口温度、冷水出口温度、制冷量和室外湿球温度。通过改变水泵(water pump)的运行工况适应负荷的变化。通常冷却水泵运行工况的改变方法有3种。

  1、改变阀门(功能:截止、导流、稳压、分流等)开启度

  调节水泵出口处阀门的开启度,是改变水泵工况点最简便易行的方法。中央空调由一个或多个冷热源系统和多个空气调节系统组成,该系统不同于传统冷剂式空调, 集中处理空气以达到舒适要求。采用液体气化制冷的原理为空气调节系统提供所需冷量,用以抵消室内环境的冷负荷;制热系统为空气调节系统提供所需热量,用以抵消室内环境热负荷。阀门在正常(normal)运行情况下,一般都全部开启,当关小阀门时,局部阻力加大,性能曲线变抖,流量变小,扬程增大。水泵的工作点由A2点移动到A1点,如图1。这种方法虽然简便,但是阀门的调节范围有限,当扬程过大时,会导致水泵过载,降低其使用寿命。由于增大了局部阻力导致水泵的输出功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)增大,造成电能的浪费。关小阀门也会加大管路的噪音。

  2、改变水泵叶轮直径

  由相似定律可知,叶轮直径改变,会引起水泵的流量,扬程,轴功率发生相应的变化,因此可以通过改变直径达到改变运行工况的目的(Purpose)。中央空调制冷系统是中央空调系统至关重要的部分,其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性。但是车削技术的精度(精确度)要严格控制,否则可能会影响水泵的性能。由于水泵直径的改变量有限,不能满足各个负荷率的使用情况,因此适应性比较差。

  3、改变水泵转速

  改变水泵转速会得到不同的性能曲线,从而会产生不同的工况点,此方法不会产生额外的摩擦损失,调节方便,是现在广泛(extensive)应用的一种形式。转速和流量,扬程,功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)之间的关系如下:

  Q,1Q=n,1n

  H,1H=n,1n2

  N,1N=n,1n3

  式中:

  Q、

  N、H分别表示水泵转速为n时的流量、扬程、轴功率。Q,N,H,分别表示水泵转速为n,时的流量、扬程、轴功率。

  冷却水变流量系统原理图如图2所示。变频泵节能原理如下:冷水机组冷凝器进行热交换时,换热量一定,流量减少,进口温度不变,则出口温度会升高,从而导致冷机的能耗增加。对于冷却水系统而言,冷却水流量减少,使冷却水泵的能耗降低。这两者的差值即是冷却水变频泵的节能量。国内许多学者对冷却水变流量的研究都比较谨慎,认为虽然冷却水变流量可以降低自身的能耗,但会降低机组的使用性能,达不到综合节能的目的。随着学者对冷却水节能的深入研究,通过对比冷却水变流量的节能量和制冷机组的能耗增加量,提出由于冷却水量要多于冷冻水量,因此只要设计合理,控制(control)得当,冷却水系统还是有很大节能空间的。最后通过分析数据得出,冷却水泵的功率和制冷机组功率相差越小,冷却水泵台数越少,综合节能效果越显着。

  采用变频泵不仅可以节能还具有其他优势,如成本(Cost)回收时间较短。采用变频泵会增大初投资,因此需要一定的时间回收设备投资,如果时间太长则经济性不合理。中通过对一工程实例的数据分析(Analyse)得出,采用变频水泵每月可节约用电12377kWh,折合人民币12129.5元,投资费回报时间为7.9个月,回报时间较短。通过分析可以得出,采用变频泵,只要设计合理,控制得当,在一定情况下是有很大节能空间的,同时回收投资时间短,具有市场推广价值。

  4、冷却(cooling)塔的节能分析

  建设节约型社会的政策下,节约用水量得到重视(zhòng shì),其中使用循环水是最直接高效的节约方法,国外发达国家水的重复使用率高达75%~85%,我国还有很大差距,除制定节水政策外还要加强对循环水技术进行研究。据调查显示,循环水的冷却与输送的能耗约为0.2~0.3kW?h/,每年全国循环水耗电300~450亿kW?h,对循环水技术的研究是节约电能的有效措施。通过分析知冷却塔的节能方式不仅包括节约电能,同时还包括提高循环水技术。

  控制冷却(cooling)塔出口温度。降低(reduce)冷却水出口温度可以提高制冷机组性能,然而由于冷凝压力的限制(limit)使得冷凝温度有最低温度限制。对于冷却水系统而言,降低冷却水温度必然会导致冷却塔(The cooling tower)风机和水泵的功率增大,引起电能不必要的浪费。通过对比最冷工况,设计(Design)工况和空气湿球温度加上2.8℃三种出口温度,得出最佳温度控制方式较其他方式节约费用约5%左右,可以看出控制出口温度在节约能源方面的重要性。

  控制冷却塔水量和风量(定义:单位时间内空气的流通量)。由相似性准则知功率和流量(单位:立方米每秒)之间有三次方的关系,因此降低流量和风量会降低功率,从而节约电能。通过研究得出水泵功耗比重越大,节能效果越明显。目前不少人对冷却塔变水流量做了研究,从节能方面讲,也要注重两者的耦合关系,文献14研究得出,当冷却塔负荷从170kW降低到12kW时,冷却塔的风量仅为原来的54.6%,水流量变为原来的70.6%,从而节约能耗。

  提高循环水技术。循环水技术可以通过多种方式进行改进如控制进水口温度,选用合理的冷却塔(The cooling tower)形式,选用合适的风机等等。其中不同的冷却塔形式产生的能耗有很大区别。通过对比逆流式冷却塔和横式冷却塔得出,横流式冷却塔的供水水压比逆流式冷却塔的供水水压高4m,因此逆流式冷却塔每1m3/h可以节约水泵功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)0014kW,全年可节省近119kW/h,循环水量越大,节能(jieneng)效果(effect)越显着。

  对于中央空调系统而言,耗能主要由制冷机组、水泵(Pump)、冷却塔等各部分能耗组成,因此只有控制(control)各部分的耗电量,才能达到整体的节能。中央空调制冷系统是中央空调系统至关重要的部分,其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性。目前制冷机组的性能指标已达到很高的水平,系统其他部分同样具有很大的节能潜力(指个人能力发展的可能性),空调用户可以采取不同的控制方式达到节能效果。

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