中央空调系统“大流量小温差”现象的原因分析及改进措施

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暖通空调在线http://www.ehvacr.com节能工程中央空调系统“大流量小温差’’现象的原因分析及改进措施上海烟草集团有限责任公司胡晓俊摘要：对中央空调运行中出现的“大流量小温差”现象进行深入调查研究，查出“大流量小温差”的原因，并针对性的提出解决办法及预防措施。关键词：中央空调；大流量小温差；水泵AnalysisandCountermeasuresofLargeFlowandSmallTemperatureDifferencePhenomenoninCentralAir—COnditiOningSystemHuxiaojunAbstract：deeplyinvestigateandstudythe”largeflowandsmalltemperaturedifference‘。phenomenoninthecentralairconditioningoperation，findoutreasonsof‘largeflowandsmalltemperaturedifferenceI，andthesolutionandpreventivemeasuresputforward．Keywords：centralaircondilioneargeflowandsmalltemperaturedifference；pump0前言1海烟大酒店中央空调概况在商业、服务业领域，中央空调是主要的耗能海烟大酒店建筑空调冷负荷设计值为设备。按上海市的统计，中央空调的用电量占全市1453kW，在主楼屋顶设有5台开利100冷吨风冷总用电量的31．1％。此外，我国的民用、公用及商用热泵，配置3台IS1O0—22水泵【参数为100m建筑的中央空调普遍存在着能耗高的问题。一般中流量、50m扬程，22kW功率)，2台IS1O0—37水泵暖通空调在线http://www.ehvacr.com央空调的能耗约占整个建筑总能耗的50％左右，(参数为100m3／h流量、80m扬程，37kW功率)用对于商场和综合大楼可能高达60％以上，因此，中于冷冻水循环，主机水泵一一对应，水泵并联运行。央空调的能效问题越来越受到重视。中央空调运行建筑高度为65m，共16层，功能为1层大堂，2层中“大流量小温差”现象普遍存在，造成能源浪费。宴会厅，3层棋牌、会议室、休息室。4至15层为酒例如，海烟大酒店中央空调系统在日常运行中存在店客房，16层多功能厅。空调水系统采用一次泵定明显的“大流量小温差”现象，本文就此现象进行原流量系统。空调水系统末端设备采用两管制，每层因分析并提出相关改进措施。空调水系统干管采用异程式，空调水系统最高点设【作者简介】胡晓俊，男，1985年出生，毕业于同济大学建筑设备与环境工程专业，现就职于上海烟草集团有限责任公司，从事烟草行业设备管理工作。上海节筑44i明∞一暖通空调俱乐部http://www.ehvacr.com/club/ 节能工程置自动排气阀，最低点设泄水阀。空调风系统采用②N—Q曲线：新风加风机盘管系统，冬季送暖通空调在线热风，夏季送冷风。N—Q曲线表示泵的流量Q和水泵功率N的在中央空调日常运行过程中存在着大流量小关系。N随Q的增大而增大。可见，大流量系统会温差现象，在夏http://www.ehvacr.com季供冷情况下，主机开2台，开2增加水泵的能耗，白白浪费能源。台IS100—22水泵。极端气候下。开3台热泵，3台⑧T1一Q曲线：IS100—22水泵。冷冻水供回水温差往往只有一Q曲线表示泵的流量Q和效率11的关2—3℃，有时甚至发生过只有1℃的情况。而在冬季系。开始T1随Q的增大而增大，达到最大值后，又供暖时，由于热负荷低于夏季热负荷，供回水温差随Q的增大而下降。该曲线最大值相当于效率最更小。这样运行很不节能，白白浪费了水泵的能耗。高点。泵在该点所对应的扬程和流量下运作，其效这是一般空调系统中普遍存在着的“大流量、小温率最高。所以该点为离心泵的设计点，即为铭牌所差”现象。一般空调水系统的输配用电，在夏季供冷示工作点。期间约占整个建筑动力用电的12％～24％，因此其次。分析水泵的运行曲线(如图2所示)。在水系统节能具有重要意义。目前，大流量、小温差现水泵特性曲线上，对应任意流量点都可以找到一组象普遍存在，设计中供、回水温差一般均取5℃。一与其相对应的扬程、功率和效率值，通常把这一组些高层宾馆、饭店空调水系统的测试数据表明，夏相对应的参数称为工况，其对应最高效率点的一组季冷冻水系统供回水温差较好的为3～4℃，较差的工况称为最佳工况。管路特性曲线是管路一定的情只有1～1．5oc，造成实际水流量比需要的水量大，况下，单位重量的液体流经该系统时，需外界给的能使水系统电耗大大增加。海烟大酒店中央空调的日量(即系统扬程H)与流量Q之间的关系。在生产实常运行同样存在着典型的“大流量小温差”现象。[1]践中，水泵的运行工况点是通过管路的特性曲线与水泵的特性曲线的相交点确定的(M工况点，见图2造成大流量小温差现象的原因分析2)。水泵的选型需使水泵的工作点M尽可能的在1)水泵选型不当水泵的最佳工况点。对于中央空调冷冻水系统来(1)水泵选型的理论依据说，水泵进出口的压力差反应了这台水泵在此工况首先，分析水泵的工作特性曲线，如图1所示回。下的扬程，查看性能曲线便能得出水泵的工作点。①H—Q曲线：(2)水泵流量、扬程核算验证H—Q曲线表示泵的流量Q和扬程H的关系。泵首先根据中央空调水泵水流量计算公式对屋的扬程在较大的流量范围内是随流量增大而减小的。顶水泵的流量参数进行复核：HHE、、暖通空调在线http://www.ehvacr.com流量／(m3,h一)QQ图1水泵特性曲线图2水泵运行曲线s嘞vc蠢圈暖通空调俱乐部http://www.ehvacr.com/club/ 暖通空调在线http://www.ehvacr.com节能工程水泵流量计算公式[3】HG=O／PC△tx3600式中G为水泵水流量(m3／h)0为主机冷负荷(KW)单台冷负荷为347KW。P为水的密度，1000kg／m。C介质比热容4．19kJ／kg~C△t介质温度变化幅度，取5℃将上述数据代入公式(1)计算，水泵流量应为O020o300QG=347kW／(1000kg／m。×4．19kJ／kgoc×5~C)图3三台水泵并联运行×3600=59．6m3／h。可以看出原水泵100mr3／h的流量明显偏大，多一泵，以保证冷水机组的水流量及正常运行。空调余的40m3／h的流量是系统不需要的，提供这设计时，都是按最大负荷情况来进行设备选择以保40m3／h流量的水泵能耗便是浪费掉的。证最不利情况时的需要。在实际运行中，空调负荷因海烟大酒店已投入运营，直接根据海烟大酒店变化很大，不仅随季节变化，而且一天24小时都在中央空调日常运行情况对原水泵的扬程参数进行复变，绝大多数时间空调设备是在低于额定值情况下核更为准确。海烟大酒店在极端气候下，开启3台运行，设计的高峰负荷出现的时间很短，也就是说，100冷吨的风冷热泵就能满足酒店的供冷需求，可以空调水系统经常只有部分水泵工作，或只有单台水看出海烟大酒店实际供冷负荷为300冷吨即泵工作，这将引起水泵的轴功率也发生较大的变1041kW。按5℃温差所需的系统流量为180m3／h。化，甚至会造成水泵电动机过载。实际运行过程中开启一台热泵主机一台IS100—22图3为三台相同型号的水泵并联工作的情况，水泵的情况下，水泵进出口压差为0．32MPa，开启两曲线1为单台泵工作时的性能曲线，曲线2为两台台热泵主机两台IS100—22水泵的情况下，水泵出口泵并联工作时的性能曲线，曲线3为三台泵并联工压力为0．41MPa，开启三台主机三台IS100—22水作时的性能曲线。管路的特性曲线如曲线I所示，泵的情况下，水泵出口压力为0．48MPa。可以看出，在设计流量下，水泵的工作点为曲线3和I的交点在开启两台水泵的情况下，由于水泵的额定流量为A，此时系统流量为设计流量为3Q。，扬程为H。，每100m3／h，额定扬程为50m，而此时的系统所需扬程台水泵都在额定流量Q。，额定扬程H。下工作。假暖通空调在线http://www.ehvacr.com为40m，根据水泵的特性曲线规律，开启两台水泵的如停掉一台泵而不对管路进行调整的话，意味着管情况下系统的水流量是大于200mS／h的，扬程等于路特性曲线不变，这时水泵的工作点沿曲线I下降40m。按前文计算，海烟大酒店实际冷负荷仅需300至与曲线2的交点B处，由图可知，此时系统的流冷吨。冷冻水流量仅需180m3／h。在大干200mS／h系量将大于两台泵的额定流量2Q。，出现过载；如果统流量的状态下运行仅需40m扬程，所以原选型的再停一台水泵，只剩一台水泵运行的话，工作点再水泵扬程均偏大。多余的扬程会转换成系统阻力和系下降至C点，过载情况将更加严重。因此，水泵的统流量。使整个空调水系统流量增加，温差减少，从而运行人员应在停掉一台机后，将水泵出口阀关小一造成能量的浪费。些，即增大管路的阻抗，使管路特性曲线由I变为2)负荷变化管理没有相应调整Ⅱ，在单台泵运行时，将阀门再关小一些，使管路特海烟大酒店空调主机与水泵的匹配是一机对性曲线更陡，变为Ⅲ，让水泵工作在额定流量下。海l46暖通空调俱乐部ENERGYCONSERVhttp://www.ehvacr.com/club/—一～ 暖通空调在线http://www.ehvacr.com节能工程烟大酒店在水泵运行时，开启一台、两台、三台水泵表1水泵运行时阀门不调整／调整时的运行情况的情况下均未对水泵出口阀门做出相应的调整，从水泵水泵出口单台水泵单台水泵风冷热泵运行压力运行电流流量进出口温差而在水泵开启一台和开启两台的情况下水泵的实台数(MPa)(A)(m3／h)(℃)际工作状态明显偏离了水泵高效工作点。结合图11，可以看出单台水泵在阀门不调整的情况下在C点运行时，水泵的功率N比额定点的N。高。水泵20．35／38／／41／／29．8的效率11比额定点的T1。低，水泵的流量Q比额定点的Q。高。而增加出来的流量又是空调系统不3Q／AQ／39／30／3／0．3>des需要的，所以会造成系统“大流量、小温差”运行，白白消耗了多余的功率。一旦流量大于额定流量，极流量的关系，本文中所选水泵为①350型号。易损坏电动机。因此，对于水泵运行人员来说，了解从表1及图4我们可以看到，主机、水泵各开水泵并联特性并正确操作是非常重要的。启一台时，水泵出口阀门全开时水泵出口压力仅为0．3MPa，根据实测电流42A及水泵进出口压力结3改进措施合样本(图中中350型号)可以看出，此时的水泵1)结合屋顶风冷热泵及水泵更新改造，调整设运行点已经在整个曲线的最右边了，电流也已经大备配置于额定电流，长期运行将有电机烧毁的风险。所以海烟大酒店5台风冷热泵机组及5台水泵已一定要采取措施来防止此种现象发生。主机、水泵投入运行15年，面临更新。根据上文分析，对更新各开启两台时，水泵出口压力0．35MPa，水泵实测的设备做出相应调整以使运行更合理。海烟大酒店Oi00200300400O．[Igpm】在夏季供冷情况下，主机开2台，水泵开2合1Iwil0一NL80A00IS100—22。极端气候下，开3台热泵，3台1450l／mlnIS100—22水泵。可以看出，海烟大酒店在极端负荷^55055R‘』Ilr’’、下，3台100冷吨的制冷主机便满足需求。考虑到，，，，卜61，ll}供冷可靠性，此次更新采用开3备1的运行方式，f．frr‘—、配置4台特灵100冷吨风冷热泵设备，对应配置4州瑚m瑚一㈤⋯＼tO5O台循环水泵。也为开3备1，水泵流量及扬程采用嘣学一威乐NL80／400水暖通空调在线泵(流量60m3／h，扬程http://www.ehvacr.com40m，功率15kW)。并联运行。2)改善中央空调运行管理方法从上文分析可以看出，并联运行的水泵在水泵0S1O1S20253OQ【I脚运行台数发生变化时，若不对水泵出口阀门做调0o080012001600Q【ltmin)整，会使水泵的工作点往大流量、大功率、低效率的P1[hp30方向偏移。为更清晰地了解不调整阀门到底会产生一—_；≥乏=}：U20多大的影响，设备改造后把现场水泵各种运行数据_董董至；：j轴；·一lO整理如表1所示。0图4为威乐水泵样本，其中图示上半部分为水泵扬程与流量的关系，图示下半部分为水泵功率与图4威乐水泵样本上海节能『_一]暖通空调俱乐部http://www.ehvacr.com/club/州GH川。47i 暖通空调在线节能工程http://www.ehvacr.com电流38A，水泵的工作点也在整个曲线的靠右端，2)水泵运行优化管理的节能量分析效率低，功率高。而若是在水泵开启台数调整后对由上文分析，开启一台水泵，阀门做调整时水相应阀门进行调整，使水泵出口压力接近水泵额定泵的电流数据为37A，不做调整时水泵的电流为扬程40re(1iP4公斤压力)时，此时水泵运行的电流42A，而该台水泵的额定电流为30A，对应的额定为30A左右，这样既满足了空调的运行工况要求，功率为15kW，则阀门不做调整时的水泵运行功率又使水泵在高效区、低功率的情况下工作，既节约应为42A÷30A×15=21kW。开启2台水泵，阀门了能耗又使设备的使用寿命增加。所以一定要对并做调整时水泵的电流数据为30A，不做调整时水泵联运行的水泵在调整开启台数时对水泵出口的阀的电流数据为38A，此时阀门不做调整时水泵的运门开度也需进行调节，调节依据为水泵额定扬程。行功率应为38A÷30X15=19kW，开启3台水泵时，水泵在最佳工况点工作，故此时调节阀门开度4节能量分析无法达到水泵节能。非极端气候一般有3个月。其1)水泵配置调整的节能量分析中开启1台水泵与开启2台水泵的时间基本对半，海烟大酒店原先配置3台IS100—22水泵根据公式(2)计算，则整个夏季制冷季可节约电量：(100m3／h流量、50m扬程，22kW功率)2台(21kW+19kWX2台)X24h×45天一IS100—37水泵(100m3／h流量、80米扬程，37kW(15kW+15kW×2台)X24h×45天=15120kWh。功率)。上述水泵配置调整和运行优化管理取得的节改造后配置4台威乐NL80／400水泵(60m3／h能量为两者之和，即：流量、40m扬程，15kW功率)。52920kWh+15120kWh=68040kW~可以看出，新水泵比原先22kW的水泵减少了7kW的功率，比原先37kW的水泵减少了22kW的5结束语功率。通过上述措施的实施，海烟大酒店中央空调运节能量计算公式E_～×P×DXH(2)行时的温差情况已有明显好转。目前空调系统供回式中E为节能量。kWh水温差在4～5℃。通过风冷热泵主机的更换，水泵配～为水泵开启台数，置合理调整，运行过程中及时优化操作管理等有效P为水泵减少的功率，kW手段，使海烟大酒店中央空调系统的能耗比原先大D为水泵运行天数，d大下降，整个夏季制冷季可以节约用电68040kWh，H为水泵每天运行小时数，h／d取得了良好的效果。中央空调及配套水泵的选型值在夏季极端气候下，同样开启3台水泵，每天得我们重视，水泵的运行管理同样不容忽视，细节所暖通空调在线http://www.ehvacr.com24h运行，根据公式(2)一个月则可以节约3台×能带来的经济效益与节能潜力是很可观的。7kW×24hX30天=15120kWh，非极端气候下，开启2台水泵，每天24h运行，一个月则可以节约参考文献10080kWh。开启1台水泵的情况下，每天24h运【1】朱伟峰．空调冷冻水系统特·~z,-／f-究【D】．北京：行，一个月可以节约5040kWh。一般夏季极端气候清华大学，2002有2个月，非极端气候一般有3个月，其中开启1【2]杨春．流体力学泵与风机，水利水电出版社，台水泵与开启2台水泵的时间基本各半，则整个制2011冷季可节电：2X15120kWh+1．5×10080kWh+1．5【3]赵荣义．空气调节，中国建筑工业出版社，×5040kWh=52920kWh2009I上海节能48EN明。CONSERVATION暖通空调俱乐部http://www.ehvacr.com/club/