探讨空调冷水系统及中央空调系统

赵石嵩

摘要：本文首先在分析在负荷侧变流量前提下，阐述空调冷水系统的三种形式，其中包括：一次泵定流量系统、二次泵变流量系统、一次泵变流量系统，并说明其特征，其次介绍了中央空调系统的优点。

关键词：空调系统特点冷水系统

随着国民经济的发展，能源问题已成为制约经济和社会发展的一个重要因素。空调系统，因为它的能源消耗约占整个建筑能耗的30%，因此越来越多的引起人们的关注。空调系统运行成本，主要根据空调系统的能源消耗，因此不仅需要改善空调设备本身的效率，还须优化空调系统的设计。冷水系统是空调系统的主要部分，通常包括冷水机组、冷却塔、冷水循环泵、冷却水循环泵等几个主要的耗能设备。

在过去的30年里，冷水机组效率较高，促使冷水系统的能源消耗降低，而冷却塔的能源消耗和泵在水中冷却系统较高，显然，节约能源消费是冷却塔的首要任务和水泵。三种空调冷水系统，并进行总结。传统的空调系统设计、配置制冷机主要是按照设计条件下，管道和循环水泵和其他设备。事实上，大多数时候空调系统在40%~80%负荷的操作，为了适应这种情况，冷源侧的冷水机组一般需要通过卸载降低能耗，负荷侧需要采用变冷水温差或变冷水流量调节来适应空调末端负荷变化的需求。

使用三通阀变冷水温差调节系统，在空调负荷变化时，负载的冷水流量保持不变，因此，水泵不减少能源消耗；三通阀的价格明显高于两通阀，所以很少用三通阀的调节方式。两通阀变冷水流量调节系统，可以额外地节省冷水输送能耗，所以当前广泛使用这个解决方案。在负荷侧变流量的前提下，冷水系统可以分为以下几种形式：①一次泵定流量系统：冷源侧定流量，负荷侧变流量，无变频泵；②二次泵变流量系统：冷源侧定流量，负荷侧变流量，负荷侧采用变频泵；③一次泵变流量系统：冷源侧变流量，负荷侧变流量，冷源侧与负荷侧采用同一个变频泵。

1一次泵变流量系统

一次泵变流量系统选择可变流量的冷水机组，使蒸发器侧流量随负荷侧流量的变化而改变，从而最大限度地降低水泵的能耗。与一次泵定流量系统相比，显然把定频水泵改为变频水泵，故水系统设计和运行调节方法不同，控制更复杂，但节能效果更明显。

1.1系统组成

一次泵变流量系统与二次泵变流量系统相比，一次侧配置变频泵，冷水机组配置自动截止阀，冷水机组和水泵的台数不必一一对应，启停可分开控制。旁通管上多了一个控制阀，当负荷侧冷水量小于单台冷水机组的最小允许流量时，旁通阀打开，使冷水机组的最小流量为负荷侧冷水量与旁通管流量之和，最小流量由流量计或压差传感器测得。负荷侧的二次泵取消，系统末端仍然安装两通调节阀。变频水泵的转速一般由最不利环路的末端压差变化来控制。

1.2对冷水机组及其控制器的要求

对于可变流量的冷水机组，机组的流量变化范围和允许变化率，是两项重要性能指标，机组的流量变化范围越大，越有利于冷水机组的加、减机控制，节能效果越明显；机组的允许流量变化率越大，则冷水机组变流量时出水温度波动越小。先进的冷水机组控制器，不仅具有反馈控制功能，还具有前馈控制功能。因此不仅能根据冷水机组出水温度变化调节机组负荷，而且还能根据冷水机组进水温度变化来预测和补偿空调负荷变化对出水温度的影响。

2一次泵定流量系统

一次泵定流量系统的特点：是通过蒸发器的冷水流量不变，因此蒸发器不存在发生结冰的危险。当系统中负荷侧冷负荷减少时，通过减小冷水的供、回水温差来适应负荷的变化，所以绝大部分运行时间内，空调水系统处于大流量、小温差的状态，不利于节约水泵的能耗。一次泵定流量系统中一台冷水机组配置一台冷水泵，水泵和机组联动控制。加机时先启动对应的冷水泵，再开启冷水机组；减机时，先关闭冷水机组，再关闭对应的冷水泵。末端冷却盘管的回水管路上，安装有两通调节阀，在末端负荷变化时进行变流量调节。旁通管则起到平衡一次和二次水系统水量的作用。旁通管上装有压差旁通阀，可根据最不利环路压差变化来调节压差旁通阀开度，从而调节旁通水量，旁通水仅有一个流动方向，即从供水总管流向回水总管。

3二次泵变流量系统

二次泵变流量系统，是在冷水机组蒸发器侧流量恒定的前提下，把传统的一次泵分解为两级，它包括冷源侧和负荷侧两个水环路。二次泵变流量系统的最大特点，在于冷源侧一次泵的流量不变，二次泵则能根据末端负荷的需求调节流量。对于适应负荷变化能力较弱的一些冷水机组产品来说，保证流过蒸发器的流量不变是很重要的，只有这样才能防止蒸发器发生结冰事故，确保冷水机组出水温度稳定。二次泵能根据末端负荷需求调节流量，与一次泵定流量系统相比，能节约相当一部分水泵能耗。

二次泵变流量系统中一次泵的位置与一次泵定流量系统相同，采用一机对一泵的形式，水泵和机组联动控制。在空调系统末端，冷却盘管回水管路上安装两通调节阀，使二次水系统在负荷变化时能进行变流量调节。通常，二次泵宜根据系统最不利环路的末端压差变化为依据，通过变频调速来保持设定的压差值。

平衡管起到平衡一次和二次水系统水量的作用。当末端负荷增大时，回水经旁通管流向供水总管；当末端水流量减小时，供水经旁通管流向回水总管。平衡管是水泵扬程的分界线，由于一次泵和二次泵是串联运行，需要根据管道阻力确定各自的扬程，在设计状态下平衡管的阻力为零或尽可能小。

4中央空调的系统特点

（1）简化管理：于采用不同区间单独控制系统为用户所有，产权关系明确，可简化空调设施管理。

（2）投资方便：可根据量贩发展情况，分期分批投资添置空调系统，同时量贩档次提升，因此资金周转快，有效地利用资金更进一步开发。

（3）使用寿命长：中央空调一般使用寿命在15~25年，而普通空调超不过10年，如果保养好，中央空调的寿命还可以更长。

（4）经济节能：主机由微电脑控制，每个区间末端风机盘管可自行调节温度，区间无人时可关闭，系统根据实际负荷做自动化运行，开机计费，不开机不计费，有效节约能源和运行费用。

（5）环保：主机采用水源热泵型机组，电制冷，没有燃烧过程，避免了排污；整个系统为密闭式管路系统，可避免霉菌灰尘等杂质对系统的污染，使环境清新优美，特别适于高档别墅、高级公寓与写字楼的使用。

（6）节约空间：主机体积小巧，不设机房，无需占用设备层，减少公用设施和土建投资，室内末端暗藏在吊顶内，极易配合屋内装修。

5结语上文对一次泵定流量系统、二次泵变流量系统和一次泵变流量系统作了简单介绍。比较三种水系统得出：只有一次泵变流量系统的冷热源侧实现了变流量，因此只有该系统能够降低冷热源侧的水输送能耗。总之，一次泵定流量系统的能耗最大，一次泵变流量系统和二次泵变流量系统均有一定的节能潜力，但是谁更节能还与管网的阻力分布情况有关，需要进一步比较。

参考文献：

[1]周军，张云霞.空调冷水系统设计与配置[J].科技信息，2012(18)

[2]詹彦敏，万斌.空调冷水机组合并优化节能改造[J].中国科技信息，2011(09)

[3]李振.北海机场空调冷水机设备吊装钢井架设计与施工[J].黑龙江科技信息，2007(06)

[4]丁洪.试论中央空调冷水机组的应用趋势[J].建设科技，2006(10)