韩绪周
远大能源利用管理有限公司 湖南长沙 410000
摘要：现阶段，中国经济发展的很快，能源的消耗率也越来越高，每年使用空调的能源消耗是非常大的。因此，国家倡导企业向节能、减排的方向发展来优化产品，这就要求必须解决中央空调制冷效率的优化和降低能耗的问题。国家把节约能源政策提上日程，空调动力消耗问题已成为人们讨论的话题。怎样在使用中央空调时最大限度的减少能源浪费，是急待解决的问题。本文主要剖析了空调制冷原理、冷却水泵、冷却塔的节能及中央空调制冷控制措施的改进。
关键词：中央空调；冷却水系统；节能优化控制研究
引言
随着社会经济的快速发展，建筑行业也取得了显著的成绩，中央空调系统在建筑物中的应用愈加广泛，对建筑物功能价值的发挥起到了巨大的促进作用。近年来，在全社会广泛推崇可持续发展的大背景下，节能环保在中央空调系统的设计与应用中逐渐被提及。节能环保不仅是时代发展的要求，更是中央空调系统寻求可持续利用的必然选择。因此，针对中央空调水循环系统的节能设计，有利于建筑物实现节能减排的目标，减少对资源的消耗，为社会经济的可持续发展贡献力量。
1中央空调系统简介
1.1中央空调系统分类
水系统中央空调主要由制冷主机，冷媒水系统和冷却水系统构成。制冷主机按输入能源方式不同，分为吸收式与蒸汽压缩式。吸收式所需能源为天然气、蒸汽等热能，而蒸气压缩式则需要消耗电能。无论是吸收式还是蒸气压缩式，其原理都是利用制冷剂液体汽化带走冷媒水系统中的热量，再通过制冷主机将热量传递给冷却水系统，最终将热量散失到外界高温环境中。
1.2吸收式制冷原理
吸收式制冷空调包括发生器，冷凝器，蒸发器，吸收器。吸收式制冷是向制冷主机中输入热能，将两种沸点不同的工质对进行分离，目前常用的吸收式制冷工质对是水-溴化锂（标准大气压下，水的沸点是100℃，溴化锂的沸点是1265℃）。其制冷原理是利用热能加热发生器，使发生器内的溴化锂溶液沸腾产生水蒸汽，水蒸汽进入冷凝器被冷却水冷凝成水，冷凝水进入拥有真空状态的蒸发器内，骤然蒸发，吸收空调循环水的热量，来达到制冷降温的目的；冷凝水变成水蒸汽，重新被发生器内的浓溴化锂溶液吸收，变成稀溶液，再次将热量传递给冷却水，冷却水最终通过冷却塔将热量释放到大气中。
1.3蒸气压缩式制冷原理
蒸汽压缩式中央空调包括压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器。其制冷原理是压缩机吸收来自蒸发器的低温低压的制冷剂蒸汽，压缩成高温高压的制冷剂气体进入冷凝器，将热量传递给冷却水，冷却水最终通过冷却塔将热量释放到大气中；此时制冷剂气体变成常温高压的制冷剂液体，制冷剂液体通过节流阀气化变成制冷剂气体，同时吸收空调循环水内的热量，达到制冷降温的目的。
2冷却水输配系统节能分析
输配系统能耗占整个中央空调系统能耗的30%-40%，而冷却水系统能耗在整个输配系统中又占有很大的比重，首先是电耗，包括冷却水泵与冷却塔风机耗电，在节约电耗方面有以下两点措施：
2.1选用新型高效率设备
随着技术的发展，节能型产品不断问世，其中包括能耗较大的机电设备，通过系统改造，将效率低的电机更换为超高效率的电机，例如某医院在2018年将4台75KW水泵更换为4台55KW的水泵，其具体数据见下表：
由上表可见，同样参数下，电机功率下降20KW，按每天平均运行15小时，每年运行150天，仅单台水泵每年节能超过4万度电。
2.1冷却水系统模型的搭建与运行
在Anylogic软件上建立冷却水系统模型，模型中包括冷却水泵、冷却塔风机，还有室外湿球温度、冷却塔的进水温度、冷却塔风机频率和冷却水泵频率等。
在某时刻给定的冷却塔进水温度、室外湿球温度是确定的，然后控制器就会根据采集到的数据来调整冷却塔风机的频率和冷却水泵的频率，采用不同的控制信号使冷却塔出水温度达到设定值。当然，得到冷却塔出水温度设定值的方法有很多种，比如可加大冷却塔风机的频率，更多地带走冷却水中的热量，或者根据冷水机组设定的冷却水进出水温差、流量等参数来调整冷却水泵的频率，在满足冷水机组最优运行的情况下，尽可能的降低冷却水泵的运转频率，通过最终的数据分析，从众多方法中分析找出既满足冷水机组负荷要求，又使冷却水系统和冷水机组能耗最小的控制方法。
2.2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，选用合理的冷却塔形式，选用合适的风机，通过改造，减小水系统循环的阻力等等，都可以减少水系统的能量损失，进而降低输配系统的电力消耗。
3水质管理节能分析及优化措施
水作为冷却水系统中输送热量的载体，水质的好坏直接影响空调系统能耗的高低，特别是水质硬度较高的北方地区，更应该经常进行水质监测与管理，而进行水质管理主要包括以下几方面。
3.1全年水质管理
目前冷却水系统的形式多是带有冷却塔的开式系统（部分系统采用地埋式），冷却水的散热方式是通过冷却塔利用水的气化吸热原理将热量散失到大气中，而在此过程中，冷却塔不可避免的要将空气中的杂质带到冷却水系统中，造成水系统中过滤网的堵塞，而更重要的是直接与空气中的氧气接触，这必然会造成管道内壁的氧化腐蚀，大大缩短系统的使用寿命，锈渣直接堵塞管道，影响系统循环，大大增加系统阻力，消耗水泵动力；随着水的蒸发，水中的杂质及钙镁离子的浓度会越来越高，这必然会增加主机铜管及冷却塔填料结垢的概率，进而影响换热效率，增加系统能耗。中央空调水系统可采用全年水质管理，通过水系统清洗，水质检测，加药、排污等方法，使冷却水水质指标在正常范围以内，可大大降低主机铜管结垢的几率（每增加1mm水垢，空调能耗增加20%-30%），并可抑制藻类等生物的生长，以此提高主机及冷却塔的换热效率，从而达到节能的目的。
3.2水质处理方式
中央空调水系统除了采用全年水质管理外，更重要的是从源头上解决冷却水结垢的可能性，即通过一定的技术方法除去水中的钙镁离子，目前空调系统采用的水处理设备一般有以下三种：（1）软化水处理设备，利用树脂吸收水中的钙镁离子，再经过工业盐的置换，来达到除去水中易结垢的物质，此设备是目前使用较多的水处理设备，但缺点是需要用工业盐进行置换，高浓度的盐水对外界环境有一定破坏；（2）反渗透水处理设备，利用RO膜除去水中的各种杂质，产水几乎为纯净水，水的品质较高，但缺点是成本高，废水率高（一般废水率会达到30%），优点是不会对周围环境产生影响，随着技术发展及对环境监测力度的加大，反渗透水处理设备会得到越来越多应用。（3）胶球在线清洗，利用胶球檫洗换热管内壁的污垢，然后回收胶球形成胶球清洗循环。
结语
综上所述，冷却水系统是中央空调系统中的重要组成部分，其能耗占据中央空调总能耗的15%～20%.因此，冷却水系统的节能是中央空调系统节能的重要问题，同时也是建筑节能的重点。本文对中央空调冷却水系统节能控制策略进行了介绍，经验证，该节能控制策略效果显著，对中央空调冷却水系统节能设计具有一定的参考价值。
参考文献：
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［2］熊苏英．基于空调制冷系统设计的优化浅谈［J］．科技传播，2015（23）：110-111．
［3］钟震西．中央空调冷却水系统节能控制的研究［D］．上海：上海交通大学，2011：1-61．
论文作者:韩绪周
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第29期
论文发表时间:2019/8/28
标签：冷却水论文; 冷却塔论文; 系统论文; 节能论文; 热量论文; 水泵论文; 中央空调论文; 《建筑细部》2018年第29期论文;