空调冷水机房节能优化策略

2022-09-10

一、中央空调能耗现状及分析

在我国南方，根据国家制冷研究所的大量调查数据，每年空调制冷时间为10～12个月，不同月份、不同时段的负荷情况日子也不同，如图1和图2所示。

从图1和图2可以看出，40%以下的负载发生在1月、2月、3月、4月、11月和12月； 70%~40%的负荷发生在5月、10月每月； 100%~70%负载发生在六月、七月、八月、九月；可见系统负荷率低于50%的时间占一年总运行时间的50%以上，节省空间对中央空调系统实施节能控制具有实用性和实用性。长期意义。

二、集中式空调冷藏室系统能效标准

根据广东省标准DBJ/T 15-129-2017《中央空调冷藏室系统能效监测评价标准》，中央空调冷藏室系统能效比应符合表5.0.1 的规定。当冷藏室系统年平均运行能效不低于表中最低要求时，等级分为一、二、三级。在设计和运行阶段，中央空调和冷藏室系统应满足以下要求：

1、在设计阶段，制冷机房在标称工况下的能效比和制冷机房系统年平均设计能效比不应低于三级要求在表格中；

2、运行阶段，冷藏室系统年平均运行能效比不应低于表中三级要求。

三、节能系统设计

（一）变频节能

在空调自动控制系统中，随着电力技术和自动化技术的发展，变频器在空调系统中的应用逐渐广泛。变频器在空调控制系统中的应用，使不同类型的机组完成一定的自控和调节功能，并能根据周围环境的变化，自动调节空调系统的运行状况，使整个空调系统处于高效运行状态。在这个过程中，达到了节能优化的目的。变频中央空调在常规空调结构上增加了变频器，可以随时调节空调压缩机的运行速度，从而实现能源的合理利用。由于它的压缩机不会频繁开启，因此可以使压缩机保持稳定的工作状态，可以使整个空调达到节能30%以上的效果。

所以变频调速是中央空调的主要节能技术之一。

1、冷却水泵变频控制

中央空调冷却水泵的功率是根据空调制冷机组压缩机的满负荷运行设计的。当环境温度和各种外界因素影响时，制冷机组不需要开启所有的压缩机组。此时，播出时间

可调冷凝系统所需的制冷量也相应降低，此时可由变频器调节

冷却水泵的转速降低了冷却水的循环速度和流量，使冷却水的冷负荷被冷凝系统冷凝

充分利用它来达到节能的目的。以本项目实测数据为例：当制冷量为75%时，机组所需的冷却水流量为34%，水泵耗电量为20%左右；当制冷量为50%时，机组所需的冷却水流量为22%，泵的耗电量为22%。大约15％。可见，水泵在小流量运行时，可以节省大量的电。

2、冷暖水泵变频控制

中央空调冷媒水泵的功率是根据空调的满负荷设计的。当宾馆、酒店、楼宇所需的制冷或制热没有达到空调的满负荷时，可以通过变频器进行调节。冷媒水泵的转速降低了冷媒水的循环速度，使冷量和热量得到充分利用，从而达到节能的目的。如果制冷和制热共用一台水泵，冬季水泵的流量只有50%，

自然可以大大节省电力；即使分泵在冬季和夏季运行，在低负荷季节也可以适当减少流量。例如，当流量为 90% 时，功耗约为 75%。

3、冷却塔风机变频控制

风扇的功率一般较小，省电不如水泵明显。但风机的变频控制对冷却水的恒温有很大的贡献，这对机组的冷却温度极为关键；还可以稳定机组的溶液循环，获得最大的节油效果。冷却塔风机低速运转也可大大减少水漂，节水

源头，延缓水质恶化，减少细水雾对周围的影响。

4、中央空调外变频控制方法

根据冷却水出口/入口的温度改变泵的转速来调节流量；根据冷却水的入口温度改变冷却塔风机的转速来调节水温；出水温度改变水泵转速调节流量；根据制冷剂水的回水温度，改变泵的转速来调节水流量。

（二）冷水机组节能优化

由于空调系统的冷负荷总是随着室外气象参数的扰动和室内状态的变化而变化，空调系统在制冷期间长时间处于部分负荷状态下运行，所以大部分进行冷水机组的实际运行。时间处于部分负荷运行状态，因此部分负荷时冷水机组的性能对其运行能耗影响很大。

在规定的标称工况下，冷水机制冷量与能耗的比值称为冷水机能效比EER（Ratio），是冷水机能耗的重要指标。不同型号冷水机的能效比（如图3）不同，峰值能效比出现在60%~80%的负荷率而不是100%，所以应该使用冷水机根据实际需要达到节能目的。

图3：不同类型冷水机组部分负荷下的COP值

1、不同冷水机组组合负载变化特性及功耗对比

以下四种系统方案结合典型的离心式冷水机组、单压缩机或多压缩机螺杆式冷水机组（如表1）的性能对比分析，讨论实际冷水机系统的特点应用。

以空调冷负荷为1500吨的典型系统为例，确定以下四种冷水机组系统组合。

将冷水机系统的总制冷负荷设置为建筑总需求负荷。

在多台冷水机组系统的实际应用中，机组采用并联或串联方式布置，可随楼宇负荷的变化而开关冷水机组或调整系统负荷。当组合方案一的建筑负荷降低到总负荷的50%时，系统控制可以通过调节水泵和电动阀使一台机组停机，使另一台机组达到高负荷，从而获得高效率。如果是3台同规格机组组成的系统组合方案2，当建筑负荷下降到总负荷的30%时，冷水机系统将卸载停机2台机组，使1台机组达到高负荷并获得高效率。如果是3个不同规格（40%/40%/20%）单元的组合方案3和方案4，从表4可以看出，建筑荷载分别减少了20%、40%、80%和分别为 100%。 1、2或3台机组达到高负荷，因此冷水机组的满负荷效率不仅是单台冷水机组应用的关键性能参数，在多台冷水机组应用中也非常重要。

由于离心机组和螺杆机组在不同制冷量范围内的满负荷效率存在差异，有必要进一步分析四冷机组合系统方案在建筑负荷变化时的功耗。

2、分析

以上四种冷水机组系统方案中，每台冷水机组通过控制和调节，都可以在建筑负荷的10~100%范围内高效稳定运行，不同的组合方案具有不同的性能特点，可以满足不同的要求。建筑负荷需求：

1台或2台相同规格机组组合，不仅主机投资经济性更好，建筑负荷30%以上机组运行效率更高。同时，同型号便于冷水机系统的控制、管理和维护，特别适用于负载相对稳定的大型工艺或舒适型空调，性能稍差。

与方案一相比，方案二在建筑负荷的30%~100%范围内功耗略高，但该方案的性能优于20个大机组组合%和30%的建筑负荷，说明本方案适用于空调负荷需求变化比较大的项目应用，如宾馆、酒店、写字楼等。同时，该方案还具有机型系统一、的优点，方便冷水机系统的控制、管理和维护。

方案三是典型的“大两小”冷水机组组合。两台制冷量相同的大型冷水机组各占建筑负荷的40%，一台较小的冷水机组占建筑负荷的20%。从图中的功耗对比可以看出，在整个建筑负载需求的10-100%范围内，该方案的性能是最好的。由于单螺杆机组在小冷量范围内具有较高的效率，即使在建筑物负荷极低的情况下，机组仍能保持较低的功耗，特别适用于新闻机构等需要大量制冷的建筑物。不同时间段的制冷量差异较大。具有较大或区域冷却需求差异的项目应用。由于部分大型项目的分期建设，这种“两大-小”冷水机系统组合方案的应用灵活调整的优势更加突出。

选项 4 是“两个大小”冷水机组的组合。选项3是离心机组和单螺杆机组的组合，而选项4是离心机组和多螺杆机组的组合。从图中可以看出，在建筑负荷的20%以上，该方案还保持了单台或两台离心机组高效运行的优势，而在建筑负荷的20%以下，调节功能强，效率高。比较高。

3、结论

从表2、3、4可以清楚地看出，即使由两台相同规格的冷水机组组成的系统在建筑负荷超过30%时，运行负荷单台冷水机60%以上，机组均达到高效率。如果采用两台“一台大小型”冷水机组、三台“同规格”或“两台大小型”冷水机组的组合方案，每台机组将达到高于建筑负荷20%以上的单机运行负荷，所以以获得更理想的系统运行效率。通过大量的分析测试可以看出变频器能耗管理，如果系统负荷计算正确，一般建筑的实际最小负荷在建筑负荷的20%以上，低于20%的负荷可能是由于局部区域降温或项目建设延误，但仍需要部分供应。因此，如果一个典型工程选用3台机组，则按照建筑负荷的40%/40%/20%的比例选择离心机组和铲式机组组成冷水机组系统，是目前最理想的冷水机组。实现卓越的性能和完全节省运营成本。

从空调冷水机与空调系统的耦合关系来看，作为一个总能源系统，冷水机、冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔构成了相互依​​存的关系。负载下运行效率高，从而降低年运行能耗，需要引起充分重视。

参考资料：

JB/T7666-1995《制冷空调设备额定工况通则》

DBJ/T 15-129-2017《中央空调制冷机房系统能效监测与评价标准》

魏宇。离心式和螺杆式冷水机组组合应用系统方案的性能分析。制冷技术, 2000 (1）: 14-17