中央空调水系统变流量分析及其改进

武汉市建筑设计院王凡华中科技大学徐玉党

关键词变流量分布式效率部分负荷温差

本文针对常规空调变流量一级/二级泵分布式冷水系统存在的小温差和低效率（特别是部分负荷工况下）的问题及其原因进行了理论分析，提出了改进设计方案——全变速一级/加压泵分布式冷水系统。

通常，空调系统大部分时间运行在设计负荷的60%以下，相应的系统末端设备所需的冷冻水量也经常小于设计流量；另一方面，空调制冷系统所需的能量大约有15%~20%消耗于冷冻水的循环和输配上；因此空调运行的节能节电潜力很大。实际上，末端负荷并不是恒定不变的，为了使冷冻水所载的冷量与经常变化着的负荷相匹配以便节约冷冻水输送动力和冷源的运行费用，采用变流量控制已成为理所当然的做法，但由此产生的一些系统设计方案，目前还存在诸如实际温差与设计温差不符、运行效率较低（特别是部分负荷的工况下）等问题。为了解决这些问题，最大限度的节约能耗以及运行维护费用，应该不断改进现有技术或探索新的方案，以满足更高的要求，达到最优化设计。本文对国内外设计的一种典型方案就上述问题进行探讨，并提出改进建议。

典型的一级/二级分布式冷水系统的一次环路为定流量，一级泵常速；而二次环路变流量，二级泵变速，其速度由每个支路末端的压差设定值控制调节；在供水干管和回水干管的末端还装有旁通管。选择这样的组成是考虑到以下三个因素：①冷水机组要求保持定流量运行，这是因为蒸发器（或冷凝器）内的水流速变化会改变水侧放热系数，影响传热；由于冷水中可能含有有机物或盐，小于1m/s的低流速还会造成管壁腐蚀；而且冷水流量突然减小，又会引起蒸发器的冻结，因此一级泵要定流量运行。②负荷侧的二通调节阀根据冷量需求调节水量，二级泵则根据末端负荷的变化进行变频调速，可以节省泵的运行能耗。③一、二次环路间流量的不平衡需要旁通管道。虽然这种系统能保持恒定的冷冻水量流过冷水机组，但两个环路的流量不相等就会使一个环路多余的冷水通过旁通管流向另一个环路造成各种损失。

为了实际的冷量需求与其被动的采取种种措施去满足它，不如主动的从系统设计及控制方式上入手来改变现状，因此需要一种更为有效的方法或新的系统来解决出存的温差太小和效率不高问题。本文去除典型系统的旁通管即将冷源侧和用户侧直接串联，可得到“全变速”一级/加压泵分布式冷水系统，与上述的一级/二级泵分布式冷水系统相比，最大的不同在于这种系统的一级泵环路、加压泵环路（对照于二级泵环路）都是变流量的。

全变速制冷站的冷水机组、水泵和冷却塔风机在部分负荷时仍可以达到最高效率，由于空调系统全年有80%的时间在设计负荷的50%~55%以下运行，因此可以减少能耗。

采用DDC网络控制下的全变速一级/加压泵分布式冷水系统做到真正的“变流量”。总的说来，它具有以下优点：

（1）去掉一次和二次环路间的旁通，可减少或消除实际温差与设计温差之间的差异。

（2）由于控制方式的改变，使系统总运行效率提高，特别在部分负荷下总好能量降低。

（3）机房占地面积减小，减少初投资，维护费用低以及回收期短；虽然增加了变频设备的支出，但是可以通过减少旁通设备、减少设备选型和简化管道布置的费用得到补偿。

（4）制冷机房占地面积较小。大型的分布式系统且各分区距离机房较远时，可以在各分区内设置加压泵站。

王凡，男，1960年4月生，教授级高工，地址：武汉市四唯路8号，邮政编码：430014，电话：（027）82739215，传真：（027）82726178，E-mail:wfyy650@public.wh.hb.cn