中央空调系统部分负荷性能分析及改进措施的研究

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1、中国工程热物理学会工程热力学与能源利用2002年学术会议编号：021024中央空调系统部分负荷性能分析及改进措施的研究夏皴张小松(东南大学动力工程系。南京，210096，seHxiayi@163．COm)摘要：本文以采用风冷冷水机组的中央空调系统为研究对象，以改进中央空调系统的部分负荷性能为目标。本文分析了中央空调在部分负荷状态下运行时，冷冻水系统变流量和定流量对冷冻水水泵功耗、制冷机组性能、中央空调系统总制冷系数的影响。通过比较，发现变流量冷冻水系统能大大改进中央空调系统的部分负荷性能，并且建筑的管路沿程阻力越大，改进效果越明显。关键谲：中央空调系统部分

2、负荷性能变流量冷冻水系统风冷冷水机组概述：民用建筑中。空调设备的耗电量约占建筑总耗电量的40％一50％，采用风冷冷水机组的中央空调系统，主要能耗设备有冷水机组、冷冻水泵、冷凝风扇、末端设备等。空调设计中，冷水机组及冷冻水循环泵是由最大冷负荷来选型的。而实际运行时，空调负荷不仅随季节变化，而且一天24小时都在变。以北京地区夏季负荷为例：5-9月份空调共运行2880小时，一个空调季节中建筑物配用的冷水机组98％的时间负荷率在70％以下，而全年的平均负荷率仅为31．3％Ill。因此，中央空调系统要实现全年节能运行，不但要有良好的满负荷性能，还要具有良好的部分负荷

3、性能。部分负荷下，如空调设备不能根据实际负荷灵活调节变化，必然造成能源的严重浪费。资料[2]表明，大型中央空调系统中，冷冻水泵的耗电量占整个系统耗电量的30％左右，冷水机组的耗电量则约占60％。因此，部分负荷下，减少冷水机组和冷冻水泵的能耗是空调系统节能的关键。而以前的研究一般只局限于冷水机组或者冷冻水泵的节能进行研究。很少研究它们间的相互影响，以及对整个空调系统的影响。本文以中央空调系统整体为对象，对空调的两大耗能单元在部分负荷下如何节能运行，进行计算、比较、分析和讨论，并分析它们的相互影响，以及对中央空调系统的影响。寻求改进中央空调系统部分负荷性能的措

4、施。一．冷冻水循环泵的能耗分析空调运行期间负荷变化很大，这就要求冷冻循环水泵具有良好的调节性能。空调系统常采用定流量冷冻水系统，冷冻水泵的容量根据建筑的最大设计负荷选定，全年在固定的水流量下工作。全年的大部分运行时间内，由于空调实际负荷远低于设计负荷，这种系统在定流量的情况下，冷冻水温差在2℃左右，而设计温差为5—7℃，系统处于大流量、低温差的情况下工作，大大浪费了冷冻水泵的输送能。为节约冷冻水泵的能耗，可采用变频泵，冷冻水系统全年以变流量、定温差的方式运行。本文通过计算，量化分析变流量系统中泵功随部分负荷变化的情况，并将其与定流量系统中冷冻水泵功比较，分

5、析两种方案的差异。计算分析如下：P一水的密度，P=1000kg／1113：c一水的比热，C=4．1868kJ／kg．℃；n一水泵转速△t一冷冻水温差，℃；Q-$1j冷量Q=W．C．△t，kw；w一水流量，kg／S；H一管道沿程阻力折合成水柱高度，m：rlp一离一Ii,水泵总效率，np=0．60—0．92，n。一电动机传动效率，／1。连轴器直联传动=O．98；N一水泵耗功，kW：x一部分负荷率：下标⋯0’一满负荷状态；下标⋯x一部分负荷率为x的状态变频泵通过变转速保证泵在不同部分负荷下都能在高效率区运行，所以取n。=0．8，n。=0．98；满负荷时按照常规，

6、设定出水7℃、回水12℃。Q0=Wo．C．Ato；No=Wo．g．Ho；一No：堕。上：一三粤坠一。j一：5．977x10-a风Q0％CAtor／。r／。4．1868×103×(12--7)0．8×O．98”对于采用变流量冷冻水系统的空调系统，变频泵有如下特性：盟：坠：x；生：f&)z：(x)z；生：鱼氐：(x)，：OonoHo、no’NoQoHo由以上特性可得部分负荷下，泵功、制冷量问关系如下：N。=x3×No；Q。=x×o；睾=5．977x10_4×Ho×(x)2式(1)；gx对于采用定流量冷冻水系统的空调系统，部分负荷下泵功、制冷量问关系如下：N。=

7、Ⅳ0；O。=x×Oo；睾=5．977x10’4×Ho×(x)_1式(2)；采用变频泵的空调系统，根据上式(1)可计算出在部分负荷率为x的情况下，变频泵耗功N，与制冷量Q。的比值，即输送单位冷量水泵所耗功，与部分负荷x以及满负荷时的管路沿程阻力}k间豹数值关系。对于某一个特定建筑，满负荷制冷量岛和满负荷时的管路沿程阻力Ho为确定值。变流量空调系统，部分负荷下输送单位冷量水泵耗功的变化趋势图见图(1)。由图(1)可看出，随着部分负荷率X的降低，输送单位制冷量水泵所耗功明显下降。水泵具有良好的调节性能，能适应空调负荷的变化而相应变化，达到节能的目的。对于满负荷时

8、管路沿程阻力m较大的系统，节能效果则更为明显。定流量空调系统，水泵