关键词：循环水系统；循环水泵；冷却塔；循环水水质；换热器
一、引言
随着我国经济的持续发展，中央空调在商业和民用建筑中越来越普及，中央空调系统虽然可以建筑物整体提供适宜的温度环境，但是其能耗在社会总能耗中所占比例也在不断上升。随着我国电力供应的日趋紧张，建筑中央空调系统的节能化设计显得颇为重要。暖通空调系统耗能约占建筑总能耗的65%左右，其中水泵作为中央空调水系统循环动力的装置，其耗电量占空调系统耗电量的15%-30%，因此，循环水系统管网优化设计、循环水泵的合理选型和匹配是空调水系统正常运行调节、实现节能的关键。本文对中央空调系统水泵选型及水系统优化设计中的一些问题进行探讨。
二、中央空调循环水系统节能方面主要存在的问题
笔者曾对多个工程案例的中央空调系统进行研究分析，发现问题较多的主要在循环水系统，如水泵选型功率偏大、扬程过高、系统配置不合理等问题。其出现问题的原因主要如下：①空调水系统设计负荷过大，计算选用水量安全系数过高，导致循环水量过大，供回水温差小；②空调水系统水泵扬程设计过高，当系统实际阻力损失较小时，造成循环水量增大，水泵超载运行；③水泵选型不当，未按水泵经济运行工况点进行选择，致使水泵运行效能低下；④未依据现场实际使用条件，选用适宜的变流量系统，而是采用定流量系统，当现场负荷波动较大时，系统无法随之变化，出现供回水小温差运行；⑤管路系统设计不合理，导致设计系统阻力偏高，系统运行经济性差；⑥未按要求进行各环路水力平衡计算，部分环路压差严重失衡，出现系统偏流，导致水力及热力失调现象；⑦水系统未设置水处理设施，系统运行一段时间后，管路出现结垢、堵塞或腐蚀泄漏现象，导致管路阻力损失增加，换热器换热效率降低，系统运行能耗增加。
三、中央空调水系统节能措施分析
1、采用现代自控节能技术。通过设计将群控节能技术和变频节能技术结合起来控制水泵的运行台数、转速，以控制冷却水和冷冻水的水流量，并根据中央空调的实际负荷波动情况，进行适时调整和优化。这种节能技术自动化程度高，自适应能力强，节约能源效果显著，现已被广泛应用于各个行业。
2、合理选择循环水泵。在中央空调系统实际运行过程中，其负荷量一般随运行时段、室外气候等条件变化而出现波动，所需循环水量也随之不断变化，因此，合理配置循环水泵，对系统经济运行至关重要。比如某空调系统平均用水量190t/h，配置3台120t/h的水泵，其中一台变频控制。在负荷基本稳定情况下，分别开启1台工频泵及变频泵即可，但在负荷量大时(最大流量240t/h)，只能同时开启3台l20t/h的水泵，虽然其中一台已采用变频控制，为满足最大循环量需求，另两台工频泵的也必须同时开启，且均需控制出口阀门开度，使其在部分负荷下运行。显然，此种配置阀门节流损失大，系统运行经济性差。但若此时，将一台l20t/h的工频水泵改为l50t/h，实现大、小流量搭配，这样只开一台l20t/h的变频泵和一台l50t/h的工频泵，即可满足系统不同流量需求，其节电效果非常明显。
3、水系统管路阻力损失控制。减少水系统管路阻力损失，可以从两方面入手，即局部阻力与沿程阻力，采取有效措施减少阻力损失，提高系统运行效率。（1）局部阻力减少措施。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆水系统管路阻力损失来源大致包括阀门、弯头、三通及变径等，因水流状态发生突然改变造成水能量大量损失。因此，一方面，在进行水泵管路设计时，应尽可能少用弯头、三通和变径等管件；另一方面，还应加强系统运行管理，水泵运行中应尽量使阀门全开，最大程度减少节流阻力损失。除此之外，管路中的过滤器、换热器等设施，也会造成阻力损失，且其损失的大小与其工作状况之间存在紧密联系，因此，应定期对其进行检修、清洗等。（2）沿程阻力损失的控制。水泵管路设计安装时，应在满足生产工艺和经济运行的前提下，最大程度缩短管路长度，同时通过经济性分析采用合适管径，以减少沿程阻力损失。
4、改善循环水水质。空调冷却水系统大多直接暴露在自然环境中，因此塔池长期使用后很容易产生微生物与污垢，出现系统管壁结垢与被腐蚀的情况，造成系统效率降低、能量损耗增加。另外，如果不对循环水质进行处理，会使得系统换热器水侧污垢热阻值增加，将对传热能力产生影响，使得系统制冷能力下降。操作管理过程中既要强化循环水质处理，同时还要根据情况定期或不定期换水，避免水中钙镁离子含量增加，保证冷却系统处于正常运行状态。此外，部分地区大气环境情况较差，这就需要一年内至少清理冷却塔集水池一次，避免系统中进入池底污泥，影响系统安全运行。
5、及时清洗换热器。换热器的作用，主要用于各种传热过程，通过两种物料间的大面积接触进行热交换，顺利完成冷却、冷凝、加热等运行过程。大量实践表明：绝大多数换热器都受到污垢问题的困扰，污垢层的热阻极大，大大地降低传热系数；同时还会缩小传热管的内径，加大阻力损失，造成冷却水用量增加，使得系统运行效率降低，能耗增加。故除上述所讲的加强循环水水质的管理外，还要加强换热器的维护管理，定期进行检查、清洗：①定期检查流量、压力和温度等参数，发现压力损失增加，说明管束内外有结垢或堵塞；如果换热温度达不到要求，则可能传热管内外壁产生了污垢，传热效果变差；②通过低温流体出口取样，分析其颜色、比重、黏度等来检查管束的破环、泄漏清况；③定期检查壳体内外表面的腐蚀和磨损情况，通常采用超声波测量仪或其他非破坏性测厚仪器，从外部测定估计会产生腐蚀、减薄的壳体部位。
6、合理优化管网设计。中央空调运行时，系统管网有很重要的作用。通过加强管网日常维护，降低系统阻力网管布置，平衡系统阻力。此时，合理选择设计流速，系统平衡应以摩阻作为控制选择管径参数，流速作为限制参数。修建管道时要尽量避免翻转，翻转时管道集气导致流通断面减小，同时增大系统阻力。阀门、过滤器是空调水管路系统中主要的阻力部件。阀门主要是起到调节水量的作用，同时切断管道也需要它的帮助。在中央空调水循环正常运行的时候，阀门全部处于开启状态。为了系统更好的运行，阀门的选择更应该注意流通性和关断性。这样在运行的时候能更好地保证系统的安全性。对于管径DN≤100mm的蝶阀，全开时其阀板占有的断面积约在12％以上。管径越小，阀板占有的断面积越大，因而在DN≤100mm的管道上应避免使用蝶阀。过滤器主要作用就是出去系统中的杂质，选择开7L率高、孔径为5mm的自动排污过滤器更加方便。平时空调运行时，过滤器中会吸附很多杂质，这些杂质要定期进行清理，防止，杂质沉淀物堵塞，空调循环水流经过滤器的阻力会增加数倍。水系统调试时，应认真调节管道阀门，避免不合理地调节阀门开度，减少系统阻力，从而降低水泵电耗，达到节能的目的。
总之，中央空调系统的节能问题，对整个建筑节能非常关键，已刻不容缓，希望本文能给广大中央空调从业人员在空调水系统的设计、运行和维护工作中提供帮助和参考，为我国的能源事业作贡献。
参考文献
[1]周军,孙雪景.建筑电气节能技术与方案若干问题的探讨[J].电气应用,2015,34(14):14-17.
[2]方彦军.集中空调循环水系统变频调节节能技术研究[J].武汉大学学报(工学版),2002(01):59-60+75.
论文作者:张科
论文发表刊物:《城镇建设》2020年2月4期
论文发表时间:2020/4/23
标签：系统论文; 阻力论文; 水泵论文; 水系论文; 损失论文; 换热器论文; 空调系统论文; 《城镇建设》2020年2月4期论文;