某地铁站中央空调空调水系统节能技术改造方案

2024年3月6日发(作者：可持续发展教育)

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Ｎｏ．４，２０Ｏ７，Ｄｅｃ．　Ｖｏ１．２６（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１０１）　文章编号：ＩＳＳＮ１０（Ｏ一９１８０（２ＯＯ７）０４—００８２—０４　某地铁站中央空调空调水系统节能技术改造方案　贾晓滢　，吕永刚２，吕秀玲。　（１．广州市地下铁道设计研究院，广州５１００１０；２．广东省航运规划设计院，　广州５１０６６０；３．邯郸市城建档案馆，邯郸０５６００２）　［摘要］本文针对某地铁站中央空调水系统工程分析了目前系统中水泵的能耗起因，并提出了改造水泵降　低能耗的具体方法，与改造前系统水泵能耗相比降低了５６％。　［关键词］中央空调，水泵，能耗　［中图分类号］ＴＵ８３１　［文献标识码］Ｂ　Ｔｈｅ　Ｃｅｒｔａｉｎ　Ｐｌａｃｅ　Ｉｒｏｎ　Ｓｔａｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｒａｌ　Ａｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　Ｒｅｆｏｒｍｓ　ａ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　Ｊ　Ｘｉａｏｙｉｎｇ　，ＬＶ　Ｙｏｎｇｇａｎｇｚ，ＬＶ　Ｘｉｕｌｉｎｇｚ　（１．Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｍｅｔｒｏ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ；２．Ｄｅｓｉｎ　ｇＩｎｓｔｉｕｔｔｅ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ｓｈｉｐｐｉｎｇ　ｉｎ　ｐｒｏｇｒｔｕｎ；　３．ＨａｎＤａｎ　Ｃｉｔｙ　ｃｒｅａｔｅｓ　ｉｆｌｅ　ｃａｓｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｔｅｘｔ　ｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ　ｃｕｒｒｅｎｔｌｙｔｈｅ　ｃｅｎｔｒａｌ　ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｉｔｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｔｏ　ｐｕｍｐｉｎｔｈｅｗａｔｅｒ　ｏｆ　ｃａｎ　ｃｏｎｓｕｎｌｅ　ｅａｔｌｓｅ，ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｐｕｍｐ　ｌｏｗｅｒｓ　ａｎｄ　Ｃａｎ　ｃｏｎｓｕｎｌｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｈｅ　ｃｅｎｔｒａｌ　ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，Ｗａｔｅｒ　ｐｕｍｐ，Ｃａｎ　ｃｏｎｓｕｎｌｅ　时，确定设备参数时都要考虑最不利情况并附加一　１前言　随着我国经济的持续发展，中央空调在商业和　民用建筑中越来越普及，其能耗在社会总能耗中所　占比例也在不断地提升。通常的民用建筑中，暖通　定的裕量，然后参照设备手册选设备时又总是向设　备型号较大的一挡靠近。而实际运行过程中，空调　负荷多数时间只是设计负荷的４０％～８０％。大多数　情况下与主机匹配的水泵，普遍存在大流量小温差　Ｃ以下，有的　空调系统耗能约占建筑总能耗的４０％一６０％，在地　的问题，循环水供回水温差普遍在３￣Ｃ，远远低于设计的５℃温差，说　铁的运营统计中，通风空调系统的用电量也占了整　甚至只有１～１．５￣　个地铁运营耗电量的４０％。而为整个水循环提供动　明循环水泵至少有一半的能耗是白白浪费掉了。上述分析表明，系统中存在大量无效能耗，并　力的水泵，其耗能又约占了整个空调系统的ｌ８％左　右，所以空调系统节能亟待解决。　同时造成了设备运行效率低下，这种双重能耗的叠　通过对用户的运行数据抽样进行分析，结果表　加造成了空调系统能源的严重浪费。所以解决这种　明：造成能源浪费的主要原因并不是设备性能低　双重浪费的手段也需要运用双重的手段，即首先要　下，而是由于设计选型保守、施工验收粗放、设备　解决设备无功能耗的问题，再加以合理运行控制的　　设施失修、操作调节不当等技术原因。在设计选型　方法，使系统运行效率提到最高水平。＊收稿日期：２ＯＯ７—４—１３；修回日期：２００７—８—３　作者简介：贾晓滢（１９７５一），女，工程师，主要从事暖通空调设计。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉａｘｉａｏ＠ｄｔｓｊｙ．ｃ０ｒＩ１　

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第２６卷第４期（总１０１期）　２００７年１　２月　制　冷　对应的关系，可以分别用工作曲线Ｐ和效率曲线　２工程背景　某地铁站空调系统配置有某离心式冷水机组２　台、活塞式冷水机组１台。在加装屏蔽门后，空调　系统也相应做了改造。　来描述，它们是泵的固有特性，不因所在系统的不　同而改变。管道系统的流量Ｌ与阻力Ｈ之间也存在　一一对应的关系，可以用阻力特性曲线Ｇ描述，　它是管道系统的固有特性，不因所采用的泵的不同　而变化。泵的扬程总是等于系统阻力的，而扬程等　于系统阻力的点只可能是泵的工作曲线Ｐ与系统　阻力特性曲线Ｇ的交点Ｋ，此点就叫泵的工作点。　现在与离心机组配套的冷冻泵电机铭牌功率　３０ｋＷ，测试时实际运行电流５７．６Ａ；冷却泵５５ｋＷ，　测试时实际运行电流９８Ａ。３０ＨＲ机组的冷冻泵电　机铭牌功率１５ｋＷ，实际运行电流３０Ａ；冷却泵　ｌ８．５ｋＷ，电流３５．９Ａ０　空调系统每年４—１１月从６：００至２４：００，开一　台１９ＸＬ机组；０－００至６：００开一台３０ＨＲ机组；系　统年运行约５７６０小时。　循环泵的节能原理　空调循环水克服管道系统的阻力所需要的能量　来自于空调泵，它是泵的有效功率，其数值等　于泵的流量　与扬程　的乘积　Ｗｘ＝Ｌ・Ｈ　（１）　空调泵实耗能量　是它的电功率　Ｗ＝１．７３２×Ｖ×，×ＣＯＩｓ　二者的百分比　表示电能的有效利用率，即　泵的效率　Ｘ＝Ｗｘ／Ｗ或　＝Ｌ×Ｈ／Ｘ　（２）　由式（２）可知，节约空调泵用电　的途径，　一是设法减小泵的有效功率　，二是设法提高泵　的效率　（见图１）。　泵的流量　与扬程　、效率　之间存在一一　Ｈ　Ｎ　０　图１循环泵工作性能原理图　由式（１）和式（２）可知，泵的有效功率等于　工作点Ｋ对应的矩形Ｋ—Ｈ一０一Ｌ的面积；实际功　率则等于面积除以效率。泵的有效功率和效率都随　点位置的不同而改变，一切能使　点朝减小面　积、提高效率的方向移动的办法就是节约泵用电的　方法。　４循环泵的节能方法　４．１减小管道系统的无效能耗　空调泵的实际流量厶往往大于设计流量　，　而只有设计流量才是有用流量；泵的实际扬程　也往往大于设计流量下的系统阻力　，而只有克　服设计流量下的系统阻力所需要的扬程才是有用扬　程：由此可知，空调泵的有用功率　远远小于泵　的实际功率　，比有用功率多余出来的那部分功　率——即无效能耗显然是被白白浪费掉了。无效能　耗实际上是管道系统的过剩流量和非正常阻力消耗　掉的那部分能量。　（１）消除过剩流量　过剩流量可以通过三种不同的途径消除：　Ａ．节流：调节（关小）泵的出口阀门的开启　度以增大系统阻力，使泵的工作点沿着泵的工作曲　线Ｐ向流量减小的方向移动到设计流量　，的位置　——即节流法。这种方法以增大系统阻力为代　价，功率减小有限，所以，节能效果并不明显。　Ｂ．变频：降低泵的转速可以同时减小泵的流　量和扬程，因而可以将泵的工作点沿着阻力特性曲　线移动到与设计流量　对应的位置　——即变频　法。这种方法尽管也能达到消除过剩流量的目的，　但问题在于，离心泵是按水力特性最佳的条件设计　的，这些条件就包括泵的转速和几何尺寸，泵只有　在转速和几何尺寸都按同一比例改变（相似改变）　

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Ｎｏ．４，２ＯＯ７，Ｄｅｅ．　Ｖｏｌ　２６（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１０１）　时，才能保持其最高效率（铭牌效率）不变；否　原因。以１９ＸＬ机组的冷却泵为例，泵的实际功率　则，效率必定降低。变频只降低了泵的转速，却不　为５６．８，根据泵的型号和实际扬程，可查得此时泵　可能按与转速相同的比例减小泵的几何尺寸，这种　的效率约为４５％；若能设法将泵的效率提高到　不相似改变必然导致泵效率降低；特别当需要大辐　７５％，则只需５６．８　ｘ　４５％／７５％：３４ｋＷ就够了，仅　度降低转速才能达到设计流量时，尽管无效能耗大　此即可节电２２．８　ｋＷｈ。　大减小，但由于泵内部损耗的急剧增大抵消掉了大　部分节能效果，所以，实际的节能效果也不理想。　Ｃ．更新水泵：根据现场实测结果，选用一台　空调泵运行效率普遍低的原因之一是所选用的　泵与实际需要不匹配，实际工况远远偏离铭牌工　况。对这些用户而言，节约泵用电的关键在于设法　铭牌流量等于设计流量￡　，铭牌扬程等于　的　泵，将原来的泵更新。此种情况下，由于无效能耗　已大大减小，新泵又是在铭牌参数下运行，因而具　有最高的运行效率，即铭牌效率：两项节能效果叠　加，因而节能效益大大超过节流和变频。　（２）降低系统非正常阻力　消除过剩流量并不难，但过剩流量消除后，机　组和系统却往往不能正常运行；这是由于无效能耗　还与管道系统的非正常阻力有关，在系统非正常阻　力未得到妥善处理的情况下，简单消除过剩流量必　然会造成各种不良后果。　造成管道系统非正常阻力的原因各种各样，设　计失误、施工粗糙、设备设施年久失修、运行调节　方式不当…等等原因，都有可能造成系统很大的非　正常附加阻力，必须通过现场实测，并根据实测结　果进行计算、分析以后，才能判断出非正常阻力产　生的原因，找到有效的解决方法。只有在已经消除　了系统非正常阻力的前提下，消除过剩流量才不至　于影响机组和系统的正常工作。降低系统非正常阻　力的另一个主要目的，在于大大减小现有管道系统　阻力特性曲线的陡度，使之趋向平坦，从而可进一　步减小泵的功率。　４．２提高泵的效率　（１）提高泵的运行效率　从式（２）可以看出，由于泵的效率总小于　１００％，因此，效率对功率起着放大的作用；在流　量和扬程都相同的条件下，效率越低，泵消耗的功　率就越大。泵的效率与泵的实际流量、扬程和转数　有关，当实际流量等于铭牌流量、实际扬程等于铭　牌扬程、实际转速等于铭牌转速时，泵具有最高效　率——即铭牌效率，其它工况下的效率总低于铭牌　效率；实际工况偏离铭牌工况越远，效率也越低。　运行效率低是造成空调用户泵用电严重浪费的普遍　提高泵的运行效率，为此，需要在消除管道系统的　无效能耗的基础上，根据现场实测结果，重新选用　铭牌流量等于设计流量、铭牌扬程等于设计流量下　的系统阻力的高效泵，将原泵更新，使泵始终在铭　牌效率下运行。　（２）提高泵本身的效率　水流与泵体、泵内部不同流速的流层、泵本身　动／静部件之间的摩擦都要耗能，因此，泵的内部　损耗必不可免，泵的效率不可能达到１００％。泵内　耗的大小与不匹配程度有关，当实际流量与铭牌流　量的偏差达到一定程度时，水泵内部流速场的畸变　将引发激烈的涡流，造成内部损耗急剧增大，因而　效率会大大降低。采用均流技术可以有效抑制涡流　的形成和扩展，是一种新的水泵节能技术。均流泵　的匹配范围较宽，流量偏离对效率影响较小，有显　著的节能效果。　４．３部分负荷时的动态调节（智能节电系统）　循环泵的设计流量是机组额定工况下的流量，　但机组的负荷是随系统耗冷量的改变而不断变化着　的，特别在过渡性季节，机组常常处于部分负荷工　况，冷冻、冷却水量时有过剩，若采用动态调节系　统，使泵的流量自动跟踪机组负荷的变化，应能获　得进一步的节能效果。　目前最常用的动态调节方法是变频自动调速系　统，但这种系统不仅造价昴贵（投资回收期一般长　达４年以上），而且，泵的效率损失与调节幅度成　正相关关系，因此，采用的前提是：泵必须已经与　机组的额定工况匹配，不需大幅度改变泵的转速。　除此之外，对冷冻水系统而言，当水量太小时，常　有不能满足个别末端设备必需的水压降之虞；对冷　却水系统而言，当水量太小时，往往会严重影响冷　却塔的冷却效果，降低机组效率：因此，还需要辅　之以某些特殊的技术措施。　

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第２６卷第４期（总１０１期）　２００７年１　２月　制　冷　年，每年可节电２７万度以上。空调泵耗电量可节　５工程主要技术措施　比较各种节能技术的先进性和经济性，本方案　约５６％左右。　采用减小管道系统的无效能耗和提高泵的运行效率　为主要手段，并拟采取以下主要技术措施：　（１）现场测试，根据前面所述，进行新泵选型　７结论　从本工程的实际账行情况来看，节能并不意味　着采用多么新的技术，传统技术使用得当照样可以　达到节能的效果。　（２）根据流体特性改造部分阀门及管件　（３）更新冷冻泵和冷却泵各２台　（４）新增电气保护４套；更新电流表一互感器　４套；加装电子计时器４个；加装电度表４个　（５）系统整改及调试　８参考文献　［１］江亿．超低能耗建筑技术及应用［Ｍ］．．北京：中国建　筑工业出版社，２１３０６　６工程节能效益　本工程交付使用后，按照目前的运行制度，空　调泵耗电量可由现在的３６万度／年减少到９万度／　［２］江亿．我国建筑耗能状况及有效的节能途径［Ｊ］．．暖　通空调，２００５，３５（５）：７６—８６　［３］孙一坚．空调水系统变流量节能控制［Ｊ］．水流量对空　调系统运行的影响．暖通空调，２００４，３４（７）：６４—６６　学会信息　广东省制冷学会第六届理事会成员　于２００７年１１月３０日在广州市东园宾馆隆重举行的广东省制冷学会第六次会员代表大会上，经过代　表充分酝酿和民主选举，选出了广东省制冷学会第六届理事会成员如下：　（１）广东省制冷学会第六届理事会理事　郑雄徐泽智　陈文聪冯自平李宪光宋击臻夏志成谢峰朱冬生王冠平徐言生王杨宏柳沈集荣周孝清蔡湛文李欣朱利斌舒小秋梁廷夫廖坚卫梁赖洪邓子龙罗瑶陈绍斌朱伟杰屈国伦欧阳惕陈祖铭袁博洪张宗城钱祯祺李晨红杨一化邓伟雄彭丘敏陵黄辉李志明王凯旋宋肖兵黄燕玲梁显庭严英仕方沛明王芬全周修锋　李功振　陈颖　刘国丰　毛本平　郭开华何刚明关志强许先民苏宇贵罗纪超梁荣光鲍振华赵宁凡陈志坚胡卓炎　吕金虎郑双名　伍耀均　（２）广东省制冷学会第六届理事会常务理事　郑雄徐泽智　陈文聪冯自平李宪光朱冬生王冠平沈集荣周孝清蔡湛文梁廷夫廖坚卫梁赖洪朱伟杰屈国伦欧阳惕钱祯祺李晨红杨一化　黄辉李志明王凯旋梁显庭严英仕周修锋　李功振　郭开华何刚明罗纪超（３）广东省制冷学会第六届理事会理事长、副理事长、秘书长、副秘书长　理事长：　郑雄　副理事长：　徐泽智陈文聪沈集荣梁廷夫朱伟杰钱祯祺黄辉李志明梁显庭　秘书长：　陈文聪（兼）　副秘书长：　徐泽智（兼）李宪光周修锋冀兆良