中央空调冷却水泵变频节能的讨论.docx

文章编号：1003-0344（2009）05-082-4中央空调冷却水泵变频节能的讨论曲凯阳 1 胡德祥 2 王连吉 2 吕凤海 21 时代嘉华（中国）科技有限公司2 北京泰华集团摘 要：与中央空调冷冻水泵变频相比，冷却水泵变频问题研究较少，争议也比较多。本文对有关冷却水泵变频节能的文献进行了辨析，认为冷却水泵变频是节能的，应该比冷冻水泵变频具有更大的节能空间。文献所提的计算 节能量的方法不准确，不能用于评价项目的可行性。本文论证了一种计算冷却水泵变频节能的方法，可以简单但 准确地计算冷却水泵变频的节能量，计算结果可以用于项目的可行性评价。关键词：冷却水泵 变频 节能 计算方法Discuss on the Frequency Conversion of Cooling Water Pumps in CentralAir Conditioning SystemQU Kai-yang1, HU De-xiang2, WANG Lian-ji2, LV Feng-hai21 CEE (China) Technology Co. Ltd.2 Beijing Taihua GroupAbstract: There were rather less studies on the frequency conversion of cooling water pumps in central air conditioningsystems than that of cold water pumps. While, immense controversy is on the subject. This study analyzes the related literatures and concludes frequency conversion of cooling water pumps is energy saving, even more than that of cold water pumps. A new method to calculate the amount of energy saved by frequency conversion of cooling water pumps is put forward. Such methods in literatures are unprecise and not suitable for accessing the feasibility of real projects. The present method is simple, but relatively precise and can be used to access fact projects feasibility.Keywords: cooling water pumps, frequency conversion, energy saving, calculation method前言进行变频，冷却塔风机采用启停控制。研究认为，当冷却水泵占主机的电功率为 14.5%时，与采用调节阀控 制冷却水流量相比，该方法可节电 29.7%（基准是冷却 水泵耗电），12 年可以收回初投资。文献3对文献2的观点进行了修正，认为应考虑 冷水机组效率因为冷却水流量的降低而降低，能耗会 因此而增加。这样，实际节能效果为 12.3%（基准是冷却水泵和冷水机组总耗电量）。文献3同时提出了冷却水泵变频带来的其他不 利影响，包括：可能增加制冷机的冷凝器结垢的速 度；使离心式制冷机容易进入喘振区，从而影响制冷0一直以来，中央空调冷冻水泵变频节能问题备受关注，研究颇多，结论也趋于统一，一般认为冷冻水泵 变频是一种值得推广的节能措施。相对而言，中央空 调冷却水泵变频问题研究较少，争议也比较多。文献1提出按照冷水机组冷却水出口温度变频 控制冷却水流量。研究认为，当冷却水泵占主机的电 功率为 10%和 20%时，可分别节能 3.8%和 10.5%（基 准是冷却水泵和冷水机组总耗电量）。文献2提出按照冷却水进出口温差对冷却水泵收稿日期：2009-1-26作者简介：曲凯阳（1973），男，博士，高工，总工程师；北京市海淀区清河中街 28 号清河文苑 2 号楼 2102 室（100085）；E-mail: 第 28 卷第 5 期曲凯阳等：中央空调冷却水泵变频节能的讨论83机的寿命。但文献4对文献3的观点提出了反驳，认为这种 不利影响很弱。文献14是支持冷却水泵变频的，但文献5提出了不同的观点。文献5计算条件如表 1 所示，计算 结果如表 2 所示。根据计算结果，文献5认为，冷却水 泵变频的节能量比冷冻水泵小得多，不建议采用。文 献5代表了相当一部分人的观点。（计算过程从略），冷冻水泵变频的节能率则会低于冷却水泵变频。这样，文献的计算结果趋于一致，冷却水泵的节能 率一般在 10%左右（基准是冷却水泵和冷水机组总耗 电量）。冷却水泵变频全年节能量的计算2在实际应用中，必须针对具体项目计算冷却水泵变频全年的节能量，然后通过技术经济分析来确定是 否可行。冷却水系统（包括冷机和控制系统，也包括控制策 略） 确定之后，冷却水泵变频的节能量与两个条件有 关：空调负荷分布；湿球温度分布。严格地说，需要 弄清楚每一个室外湿球温度下各种负荷率下的节能 量，再知道这样的条件所占的全年运行时间，才能够计 算节能量。或者说，需要两张图，如图 1、图 2。这似乎是 一件非常复杂的事情。表 1 文献5计算条件表 2 文献5计算结果那么，中央空调冷却水泵变频是否节能？节能量如何计算？在技术经济上是否可行，是否可以作为一 种节能措施进行推广？本文试图回答这些问题。冷却水泵变频节能分析1文献5的计算条件中有两点值得商榷：冷却水泵功率与冷机功率的比值；冷冻水泵的功率与流量 的关系。在该文中，冷却水泵与冷机功率的比值为7.3%，在实际的系统，这个值一般在 15%左右（文献12中的计算条件就是这样的），文献5中这个值偏 低，这会降低冷却水变频的节能效果。文献5认为，冷冻水泵的功率变化与流量三次方 成正比，这一点在实际系统中很难实现。目前的冷冻 水系统一般采用定压差控制，定压差点选在靠近机房 的位置，这样，运行中水泵扬程基本不变（流量小时， 冷机的阻力会降低一些，但冷机阻力在整个系统阻力 中占的份额不大，总的来看，系统阻力变化不大）。有人提出根据最不利环路的压差进行控制，但在运行中 最不利环路事实上很难确定（在设计中可以很容易确 定最不利环路）。如果最不利环路靠近机房，最不利环 路压差控制下，水泵的扬程仍变化不大。水泵功率与 扬程与流量的乘积成正比，如果水泵扬程保持不变， 则水泵功率与流量成正比关系。如果按照上述提到的两点对文献5计算结果进 行修正，则冷却水泵变频的节能率可以达到 12%以上图 1 空调系统全年运行过程室外湿球温度与负荷率的时间分布图 2 空调系统在各种室外湿球温度和负荷率下冷却水泵变频的节能量文献1设定冷水机组出力变化时，调节冷却水泵频率及其流量，保证冷水机组冷凝器出口的冷却水温 不变。采用文献6采用的全年空调负荷分布频率，冷建 筑 热 能 通 风 空 调2009 年84凝器进水温度采用 ARI 标准中计算冷机 IPLV 时所规定的部分负荷冷凝水进口温度，冷机的 COP 采用这种 条件下的数值。文献2、3、4设定冷水机组出力变化时，调节冷却水泵频率及其流量，保证冷水机组冷却水进出口 温差不变，采用 ARI 计算 IPLV 的空调负荷分布，其余 同文献1。文献5没有计算全年节能量，只计算了室外湿球 温度保持不变（27.6）情况下，各种负荷率下的节能 率。设定冷却水流量随着冷水机组负荷大小正比例变 化，冷却塔风机转速保持不变。在上述文献的计算中，一般参照 ARI 标准中计算 冷机 IPLV 的方法进行计算，或者修正 ARI 标准所采 用的空调负荷分布，实际上是将二维的问题变成一维问题。这种方法对于评价冷机的性能是可行的，用于 总体上评价冷却水泵变频是否节能有一定意义，但用 于计算某个具体系统的节能量，可能和实际情况出现 极大偏差，从而导致极大误差。在节能改造中，需要非 常准确地预测节能量，这样的误差是评价项目的可行 性所不能接受的。那么该如何计算呢？ 在设计湿球温度下，不同负荷率下冷却水泵变频的节能量可以很容易计算（这是个一维问题），可以参 照文献5的方法。如果湿球温度如果偏离设计值，又会怎样呢？表 3、表 4 是文献5提供的室外湿球温度 27.6下冷却塔恒流量与变流量时部分负荷性能。大。这说明冷却塔中气 - 水换热面积已经设计的非常大，进一步加大换热面积或减小换热负荷（相对的增大 换热面积） 对于降低冷却塔出水温度作用并不明显。 文献7中也有类似的结论。变流量与定流量相比，一方面，冷机冷凝器进口水 温变化不大，但出口水温升高，这会增加冷机的能耗， 另一方面，冷却水量会减少，这会减少冷却水泵的能 耗。冷却水泵变频的节能量就是这两个值的差。表 3、表 4 是湿球温度 27.6下的情况，如果湿球 温度变化，譬如降低 1，成为 26.6，其他条件不变， 结果会怎样呢？湿球温度 26.6下与湿球温度 27.6下相比，在 相同负荷率的情况下，如果忽略冷机 COP 变化的因素（计算冷却塔排热量时，这是可以忽略的），冷却塔需要排放的热量相同。那么，由于换热量正比于换热温差， 表 3、表 4 中所有温度值减小 1就是湿球温度 26.6 下的情况，如表 5、6 所示。表 5 某冷却塔恒流量时部分负荷性能（湿球温度 26.6）表 6 某冷却塔变流量时部分负荷性能（湿球温度 26.6）表 3 某冷却塔恒流量时部分负荷性能（湿球温度 27.6）用 Td 表示定流量下冷凝器进出口水温平均值，用Tb 表示变流量下冷凝器进出口水温平均值，定义T= Td-Tb。容易看到，在某一负荷率下，湿球温度 26.6和27.6两种情况下，T 不变。如果认为冷机 COP 随着冷凝温度按线性变化（这种假设是可以接受的），则这表明在 26.6和 27.6两种情况下，变流量与定流量 相比的冷机能耗的增加值是相同的。表 36 的比较还表明，负荷率一定的情况下，在 湿球温度 26.6和 27.6两种情况下，冷却塔进出口 水温差未变化。因而，在 26.6和 27.6两种情况下，（下转 77 页）表 4 某冷却塔变流量时部分负荷性能（湿球温度 27.6）表 3、表 4 数据表明，不管冷却塔是定流量还是变流量，当冷却负荷变化时，冷却塔出水温度变化并不第 28 卷第 5 期覃金珠等：医院手术部净化空调系统的节能设计探讨77过风机变频器保持送风风量不变，从而保证一、二次回风风量不变。也可以在一次回风、二次回风风管设 置风速传感器，通过联动风阀保持一、二次回风风量 不变。3）通过计算知道，定二次回风系统中，表冷器处 理到的 L 点温度都比较低，为 12左右。如果余热量 减少，余湿量不变，热湿比更小，热湿比线会更平缓，机 器露点将会更低。这样就会使得系统的效率更低，甚 至不能处理到相应的机器露点。如何选用表冷器就成 了关键，在设计时要注意表冷器的校核工作。4）管道温升与风机的加热。有时，管道较短，温升 不明显，不超过 0.5。而风机的电机设置在风道内，温 升不超过 1.5，两者加起来的最大温升为 2。采用 温升 2进行设计计算，而实际上往往会达不到此值， 不过由于手术室对温湿度变化范围的控制精度要求不是很高，所以，所存在的误差还是允许的。如果特别 必要，还可以采用一定的再热，以保证送风状态点的 参数5。5）采用二次回风系统，风机噪声很容易通过二次 回风管传播，因此应该在二次回风管段设置消声措 施，降低噪音。总结5在手术部的空调系统中，采用定二次回风风量的二次回风系统是一种比较经济节能的调节方法，只要 温湿度维持在温湿度允许的范围内，就认为达到了调 节目的，建议在工程中采用二次回风系统。参考文献中华人民共和国卫生部. 医院洁净手术部建筑技术规范(GB50333-2002)S. 北京: 中国计划出版社, 2002路延魁. 空气调节设计手册(第二版)S. 北京: 中国建筑工业 出版社, 1995胡吉士. 手术室洁净空调系统热湿处理过程探讨J. 暖通空 调, 2001, 31(5): 73-75 兰爱叶. 某医院手术部净化空调系统设计理念与方法J. 山西 建筑, 2005, 31(3): 118-119 唐会杰, 宋莹, 张富成. 洁净手术部空气处理的节能设计J. 建 筑与设备净化技术, 2006, 5(6): 24-27杨毅, 郑洁. 洁净手术部空调系统设计探讨J. 洁净与空调技 术, 2004, (3): 1-7李涛, 涂光备. 洁净手术室空调系统的节能J. 煤气与热力,2004, 24(10): 570-5741234567!（上接 84 页）变流量与定流量相比的水泵能耗的减小值也未变化。综合以上结论，在某一负荷率下，在 26.6和27.6两种情况下，变流量与定流量相比的总的能耗的变化值并未变化。所以，冷却水变频的节能量主要与负荷率有关，与湿球温度关系不大。在实际计算中，只要计算设计湿球温度下各种负 荷率下冷却水泵变频的节能量就可以了，然后根据实 际的负荷分布率就可以计算出全年的节能量。这样的 简化使得有可能使用实际的负荷分布率去计算，也才