淺談空調水系統運行調節策略

2024年2月8日發(作者：說課心得體會)

淺談空調水系統運行調節策略

摘要：空調水系統有質調節和量調節兩種運行調節方式。其中，質調節是指調節冷熱水溫度而保持其流量不變；量調節是指調節冷熱水流量而保持其溫度不變。目前關于空調水系統兩種運行調節方式綜合運用策略的相關研究還較少，缺乏能夠系統地指導工程實踐的理論基礎和方法。鑒于此，本文主要分析了基于負荷特性的空調水系統運行調節策略，為工程技術人員提供參考。

關鍵詞：負荷特性；空調水系統；運行調節；策略

1 兩種調節方式能耗分析

1.1質調節

質調節是根據室外溫度變化，通過調節供回水溫度，使系統冷熱供應量與用戶負荷達到實時動態平衡，從而在滿足用戶舒適性要求的同時減少系統能耗。

1.1.1負荷率

為明確實際工況下用戶所需冷熱量的大小，引入負荷率的概念。與此同時，可將負荷率定義為實際工況下用戶負荷與設計負荷的比值，可按式（1）計算。

式中：Qt為負荷率；Q為不同室外溫度下的負荷，W；Q0為設計負荷，W；c為水的比熱容，J/（ kg?℃）；G為水流量，kg/s；tg、th分別為實際工況下質調節時供回水溫度，℃；tg0、th0分別為設計

供回水溫度，℃。

1.1.2 實際工況下質調節時供回水溫度的確定

劉金平等通過數據擬合得出實際工況下質調節時供水溫度tg與負荷率Qt的經驗公式為：

tg=23.8－17Qt （2）

對于確定用戶，不同室外溫度下的負荷Q與負荷率Qt關系為

Q=b1Qt+b2 （3）

式中：b1、b2為與用戶結構維護及室外氣象參數等有關的系數；實際工況下負荷可按式（4）計算。

Q=cρq1（th－tg） （4）

式中：ρ為水的密度，kg/m3；q1為設計工況下的水流量，m3/s；其余同上。

將式（2）、式（3）代入式（4）可得空調水系統實際工況下的回水溫度計算公式。

1.1.3 節能分析

設計工況下負荷可按式（6）計算。

Q0= cρq1（th0－tg0） （6）

為便于分析，可將質調節的節能潛力KQ定義為質調節節省的冷熱量與設計工況下所需負荷的比值。即：

由式（2）可知，當系統運行時變換調節方式臨界值已知時，可計算出實際工況下質調節時供水溫度tg；對于某一特定用戶，由式（3）、式（5）可計算出b1、b2，再根據式（7）得出的質調節節能潛力KQ，可計算出實際工況下質調節時回水溫度th；由此便可設置控制系統參數，對空調水系統進行質調節。

1.2量調節

空調水系統量調節方式有兩種：一是通過改變水泵出口閥門的開度來對水流量進行調節的傳統量調節方式，因其節流的不可逆性，造成大量的能量損耗，影響空調系統的經濟運行；二是運用水

泵變頻調速技術的量調節方式，因其具有良好的節能效果，廣泛應用于工程實踐。相對于傳統的量調節方式，變頻量調節方式具有更大的節能空間。在此，將重點分析變頻量調節方式的節能效果。水泵變頻調速技術在空調水系統中的應用原理：通過改變電流頻率來改變電機轉速和水泵轉速，進而調節系統水流量。

水泵運行工況點由水泵性能曲線及管網水力特性曲線共同決定。如圖1中所示，O點為水泵設計工況點，A點為采用閥門調節時的工況點，B點為采用水泵變頻調節時的工況點。因水泵的揚程與流量關系曲線可近似為拋物線型，在進行工程定量計算時可按式（8）計算。

H=a0+a1q+a2q2 （8）

式中：H為水泵揚程，m；q為水泵流量，m3/s；a0、a1、a2為與水泵自身設計有關的常量。管道的阻力與阻力數、體積流量的關系如式（9）。

h = Sq2 （9）

式中：h為管道阻力，Pa；S為管道阻力系數，Pa.s2.m－6；其余同上。

變頻調節時，工況變化前后所消耗的電功率可分別按式（ 10）、式（11）計算。

PO=Sdq31 （10）

PB= Sdq32 （11）

式中：Sd為設計工況下的管道阻力系數，Pa.s2.m－6；PO、PB分別為設計工況點O、變頻調節時工況點B的水泵所耗電功率，W；q2

為實際工況下的水流量，m3/s；其余同上。

2 空調水系統兩種調節方式的綜合運用分析

相關研究表明，供冷工況時，正常氣象條件下，室外溫度越高，冷凍水溫度越低，供冷系統負荷率越高，冷水機組的制冷系數增加的幅度越??；供熱工況亦如此。因此，在空調系統高負荷率運行時采用質調節效果不明顯。

用變頻器調節電機運行與電機的工頻運行相比，電動機的功率因數、效率都將不同程度地降低，這是由于變頻器輸出的高次諧波分量引起的不良影響，且變頻器本身也要消耗一定的功率。

同時，流量很小時水泵的效率會急劇下降，空調管網的水力失調現象也會加劇，因此采用變頻量調節對管網的最小流量也要限制。為了避免兩種空調水系統調節方式的各自缺點，更好地發揮各自的優勢，空調水系統應該綜合運用兩種調節方式，并設置好相應的轉換控制系統，即負荷率在0～0.618時，采用質調節；負荷率

在0.618～1時，采用變頻量調節。

3 結論

為了使空調系統達到節能、節資的最大化，可在質調節過程中適當采取變頻量調節。通過計算及技術運用分析，系統變換調節方式負荷率臨界值宜取0.618，且在負荷率為0～0.618時，采用質調節；負荷率為0.618～1時，采用變頻量調節。對于具體空調系統，還要根據用戶實際情況及國家政策的相關規定，對系統變換調節方式臨界值進行適當修正，使其在滿足用戶需求和系統設計的情況下，提高主機能效、降低水泵輸送能耗。對于濕度較大的南方地區，還需考慮水溫對系統除濕能力的影響。

參考文獻：

[1]劉金平，周登錦．空調系統變冷水溫度調節的節能分析［J］．暖通空調，2004，34（5）：90－92．

[2]翁文兵，宋振寧，陳劍波，等．小型中央空調系統變水溫調節特性的實驗研究［J］．流體機械，2006，34（11）：8－11．