变流量空调冷冻水系统节能探讨

目前市场上的变频技术的发展与应用大大提高了变流量空调冷冻水系统的节能效果。其中的变流量系统是实现空调系统进一步节能的重要指标。但空调水系统中对于变流量系统的运用以及节能指标还处于发展阶段，各项指标还需要进行理论上的进一步研究。

1 变流量系统对冷冻水系统的影响

冷冻水系统中通常采用压缩式的冷水机组，根据冷却介质不同，压缩式冷水机组分为风冷式与水冷式，根据用途的不同，还可以分为冷水机组与冷热水机组。要根据需求选择最合适的冷水机组，并在此基础上设计出最佳的节能方案。

考虑到不同的冷水机组负荷不同，主要从输入功率与制冷量两个方面进行评价。下图是三种不同类型的冷水机组的性能数据曲线图，见图1。

从图中的数据可以看出，螺杆机组的COP随负荷率的升高先增大再降低，呈抛物线状，平均COP高于100%负荷工况点。离心式机组COP随负荷率的增大，缓慢上升，负荷率大于50%后，COP大于1。涡旋机组COP随负荷率的增加呈“凹”型曲线，在30%和100%负荷点时的COP最高，其余负荷下的COP都小于100%负荷工况点。

当蒸发器当中的进出水温差保持一致时，蒸发器中的水流速度变小并不会影响到盘管水侧换热量[1]。还可以发现当冷水机组中的制冷剂流过蒸发器盘管时，其流速增大时盘管内的沸腾换热系数也会跟着增大，当压力降增大时其压缩机的吸气压力减小，影响空调系统的制冷性能。当蒸发器采用变流量方式运行时，制冷效果随着末端负荷发生变化。末端负荷变小，蒸发器的冷冻水流量也会随之变小，带动冷水机组的制冷剂的流量减小，最终导致蒸发器盘管的制冷剂流速未达到最佳的流速值，导致整体性能下降。图1可以看出离心式冷水机组更适合于变流量系统。

2 冷冻水系统的变流量控制方法

2.1 定压差控制法

定压差控制法又分为供回水干管定压差控制[2]。在不完全运行的状态下，室内的温度感应器能够随时感受到室内温度变化，从而调节二通阀的开度大小，当室内温度达到一定值时会自动减少水量与冷量的进入。

末端定压差控制是保证末端最不利环路设备的压差，其能够保证在恒压的过程当中阀门能够进行自主调节，并能够不断调整流量进行重新分配。为了保证空调系统的正常运行，末端定压差控制方式的设定值一般是设计工况下最不利环路的压差值，主要是保证空调系统能够在任何工况下正常运行[3]。

2.2 流量控制法

流量控制法是对用户端的实际冷冻水水量进行监测从而调节冷冻水泵的流量[4]。从理论上讲这种方式是能够正常运行的，实际上由于空调系统对冷冻水与水压都存在一定的要求，流量控制法难以真正做好不同的支路之间的压差要求。

2.3 温差控制法

温差控制法的工作原理是通过供回水干管的供回水温差作为控制器的采样输入信号，控制器将该信号与系统设计的数值进行比较，根据输出信号控制冷冻水泵的转速，保证正常温度供应。冷冻水在流动过程中容易受到外界环境温度的影响，且必须经过一个循环之后才能够反映出温度变化，存在滞后性[5]。供回水温差能够反映出不同用户端的负荷差别，该方法虽然能够保证供回水温差的稳定性，但并不能有效根据负荷的变化去精准分配用户端的冷冻水量，因此，该控制法从稳定性与可靠性两个方面都不如压差控制法。

3 变流量空调冷冻水系统节能改造具体措施

3.1 基础情况

以下通过实际案例探讨变流量空调冷冻水系统的节能改造。案例选择某栋大楼，其整个空调系统负责1-6层，空调冷冻水系统采用的是一次泵冷源测定流量系统，当空调系统在运行的过程中采用冷量控制的方式，水泵运行能耗较大，其节能效果不明显。针对整栋大楼的负荷情况，制作了一个统计表[5]。具体见表1。

3.2 设计方案

需要对该系统的冷冻水系统进行改造与优化。针对上文中提到的控制方法，结合该大楼的具体情况，考虑到温差控制方式节能的效果更加明显、改造起来更加简单，因此即使压差控制法比温差控制法存在一定优势，本文仍然根据实际需求采用定温差控制方式，将供回水温差控制在4.5至5.5℃。采用RS-485网络总线，通过计算机控制输出信号，对系统采用的变频器发出控制指令与数据采集请求命令。其控制计算机的作用一方面是通过变频器改变冷冻泵的转速，达到控制水系统流量的目的，另一方面是采集冷冻水的温度。

3.3 能耗分析

通过冷冻水泵的能耗分析，可以发现一次泵变流量系统的节能效果十分明显，将其与一次泵定流量系统进行性能比较发现，一次泵变流量系统中的旁通管能够保证冷水机组不低于最小流量启动运行，而一次泵定流量系统当中的旁通管其作用只是保证流量恒定。通过数据可以发现在保证了室内用房最基本的温度需求的情况下冷水系统最小流量大于60%的情况下采用冷冻水泵的变频式运行节能效果十分明显。

3.4 冷水机组优化

4 结语

综上所述，通过对空调系统进行变流量改造，不仅能够有效降低空调的能耗，同时还能够取得良好的经济效益。