浅谈空调水系统运行调节策略

2024年2月8日发(作者：说课心得体会)

浅谈空调水系统运行调节策略

摘要：空调水系统有质调节和量调节两种运行调节方式。其中，质调节是指调节冷热水温度而保持其流量不变；量调节是指调节冷热水流量而保持其温度不变。目前关于空调水系统两种运行调节方式综合运用策略的相关研究还较少，缺乏能够系统地指导工程实践的理论基础和方法。鉴于此，本文主要分析了基于负荷特性的空调水系统运行调节策略，为工程技术人员提供参考。

关键词：负荷特性；空调水系统；运行调节；策略

1 两种调节方式能耗分析

1.1质调节

质调节是根据室外温度变化，通过调节供回水温度，使系统冷热供应量与用户负荷达到实时动态平衡，从而在满足用户舒适性要求的同时减少系统能耗。

1.1.1负荷率

为明确实际工况下用户所需冷热量的大小，引入负荷率的概念。与此同时，可将负荷率定义为实际工况下用户负荷与设计负荷的比值，可按式（1）计算。

式中：Qt为负荷率；Q为不同室外温度下的负荷，W；Q0为设计负荷，W；c为水的比热容，J/（ kg•℃）；G为水流量，kg/s；tg、th分别为实际工况下质调节时供回水温度，℃；tg0、th0分别为设计

供回水温度，℃。

1.1.2 实际工况下质调节时供回水温度的确定

刘金平等通过数据拟合得出实际工况下质调节时供水温度tg与负荷率Qt的经验公式为：

tg=23.8－17Qt （2）

对于确定用户，不同室外温度下的负荷Q与负荷率Qt关系为

Q=b1Qt+b2 （3）

式中：b1、b2为与用户结构维护及室外气象参数等有关的系数；实际工况下负荷可按式（4）计算。

Q=cρq1（th－tg） （4）

式中：ρ为水的密度，kg/m3；q1为设计工况下的水流量，m3/s；其余同上。

将式（2）、式（3）代入式（4）可得空调水系统实际工况下的回水温度计算公式。

1.1.3 节能分析

设计工况下负荷可按式（6）计算。

Q0= cρq1（th0－tg0） （6）

为便于分析，可将质调节的节能潜力KQ定义为质调节节省的冷热量与设计工况下所需负荷的比值。即：

由式（2）可知，当系统运行时变换调节方式临界值已知时，可计算出实际工况下质调节时供水温度tg；对于某一特定用户，由式（3）、式（5）可计算出b1、b2，再根据式（7）得出的质调节节能潜力KQ，可计算出实际工况下质调节时回水温度th；由此便可设置控制系统参数，对空调水系统进行质调节。

1.2量调节

空调水系统量调节方式有两种：一是通过改变水泵出口阀门的开度来对水流量进行调节的传统量调节方式，因其节流的不可逆性，造成大量的能量损耗，影响空调系统的经济运行；二是运用水

泵变频调速技术的量调节方式，因其具有良好的节能效果，广泛应用于工程实践。相对于传统的量调节方式，变频量调节方式具有更大的节能空间。在此，将重点分析变频量调节方式的节能效果。水泵变频调速技术在空调水系统中的应用原理：通过改变电流频率来改变电机转速和水泵转速，进而调节系统水流量。

水泵运行工况点由水泵性能曲线及管网水力特性曲线共同决定。如图1中所示，O点为水泵设计工况点，A点为采用阀门调节时的工况点，B点为采用水泵变频调节时的工况点。因水泵的扬程与流量关系曲线可近似为抛物线型，在进行工程定量计算时可按式（8）计算。

H=a0+a1q+a2q2 （8）

式中：H为水泵扬程，m；q为水泵流量，m3/s；a0、a1、a2为与水泵自身设计有关的常量。管道的阻力与阻力数、体积流量的关系如式（9）。

h = Sq2 （9）

式中：h为管道阻力，Pa；S为管道阻力系数，Pa.s2.m－6；其余同上。

变频调节时，工况变化前后所消耗的电功率可分别按式（ 10）、式（11）计算。

PO=Sdq31 （10）

PB= Sdq32 （11）

式中：Sd为设计工况下的管道阻力系数，Pa.s2.m－6；PO、PB分别为设计工况点O、变频调节时工况点B的水泵所耗电功率，W；q2

为实际工况下的水流量，m3/s；其余同上。

2 空调水系统两种调节方式的综合运用分析

相关研究表明，供冷工况时，正常气象条件下，室外温度越高，冷冻水温度越低，供冷系统负荷率越高，冷水机组的制冷系数增加的幅度越小；供热工况亦如此。因此，在空调系统高负荷率运行时采用质调节效果不明显。

用变频器调节电机运行与电机的工频运行相比，电动机的功率因数、效率都将不同程度地降低，这是由于变频器输出的高次谐波分量引起的不良影响，且变频器本身也要消耗一定的功率。

同时，流量很小时水泵的效率会急剧下降，空调管网的水力失调现象也会加剧，因此采用变频量调节对管网的最小流量也要限制。为了避免两种空调水系统调节方式的各自缺点，更好地发挥各自的优势，空调水系统应该综合运用两种调节方式，并设置好相应的转换控制系统，即负荷率在0～0.618时，采用质调节；负荷率

在0.618～1时，采用变频量调节。

3 结论

为了使空调系统达到节能、节资的最大化，可在质调节过程中适当采取变频量调节。通过计算及技术运用分析，系统变换调节方式负荷率临界值宜取0.618，且在负荷率为0～0.618时，采用质调节；负荷率为0.618～1时，采用变频量调节。对于具体空调系统，还要根据用户实际情况及国家政策的相关规定，对系统变换调节方式临界值进行适当修正，使其在满足用户需求和系统设计的情况下，提高主机能效、降低水泵输送能耗。对于湿度较大的南方地区，还需考虑水温对系统除湿能力的影响。

参考文献：

[1]刘金平，周登锦．空调系统变冷水温度调节的节能分析［J］．暖通空调，2004，34（5）：90－92．

[2]翁文兵，宋振宁，陈剑波，等．小型中央空调系统变水温调节特性的实验研究［J］．流体机械，2006，34（11）：8－11．