中央空调系统“大流量小温差”现象的原因分析及改进措施

Ｏ０
２０ｏ
３００ Ｑ
Ｇ＝３４７ｋＷ／（１０００ｋｇ／ｍ。×４．１９ｋＪ／ｋｇｏｃ×５￣Ｃ） × ３６００＝５９．６ ｍ ３／ｈ。
图 ３ 三台水泵 并联运 行
可 以看 出原水 泵 １００ｍｒ ３／ｈ的流量 明显偏 大 ，多
om 余 的 ４０ｍ３／ｈ的 流 量 是 系 统 不 需 要 的 ，提 供 这 r.c ４０ｍ３／ｈ流量 的水泵能 耗便是 浪 费掉 的。
量（即系统 扬程 Ｈ）与流量 Ｑ 之 间的 关系 。在 生产 实 践 中 ，水泵 的运 行工况 点是 通过 管路 的特 性 曲线 与 水 泵 的特 性 曲线 的相 交点 确 定 的 （Ｍ 工 况点 ，见 图 ２）。水泵 的选 型 需使 水 泵 的工作 点 Ｍ 尽 可能 的在 水泵 的最佳 工况点。对于 中央空调冷冻水系统来 说 ，水 泵进 出口的压 力差 反应 了这 台水 泵在 此工 况 下的扬程 ，查看性能曲线便能得 出水泵的工作点。
水 系统节 能具 有重 要意 义 。目前 ，大 流量 、小温 差现 水泵 特性 曲线 上 ，对应 任 意流量 点都 可 以找 到一 组
象普遍存在 ，设计中供、回水温差一般均取 ５℃。一 与其相对应 的扬程 、功率和效率值 ，通常把这一组
些 高层宾 馆 、饭店 空调 水 系统 的测试 数据 表 明 ，夏 相对应的参数称 为工况 ，其对应最高效率点的一组
统流量 的状态下运行仅需 ４０ｍ扬程 ，所 以原选 型的 再停 一 台水 泵 ，只 剩一 台水 泵运 行 的话 ，工 作 点再
水泵扬程均偏大 。多余的扬程会 转换成系统阻力和系 下 降至 Ｃ点 ，过 载情 况将 更 加严 重 。 因此 ，水 泵 的
统流量 。使整个空调水 系统流量增加 ，温差减少 ，从而 运行人 员应 在停掉 一 台机 后 ，将水 泵 出 口阀关小 一
http://www.ehvacr.com 温 差现象 ，在夏季供冷情况下 ，主机开 ２台 ，开 ２ 增加水泵的能耗 ，白白浪费能源。
台 ＩＳ１００—２２水泵。极端气候下 。开 ３台热泵 ，３台
⑧ Ｔ１一Ｑ 曲线 ：
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ＩＳ１００—２２水 泵 。冷 冻 水 供 回水 温 差往 往 只 有
一 Ｑ 曲线 表示泵 的流量 Ｑ和效率 １１的关
这是 一 般 空调 系统 中普遍 存 在 着 的 “大 流量 、小温 率最高。所 以该点为离心泵的设计点 ，即为铭牌所
差”现象。一般空调水系统的输配用电 ，在夏季供冷 示工 作点 。
期 间 约 占整 个 建筑 动 力 用 电 的 １２％～２４％ ，因此
其次 。分析 水泵 的运 行 曲线 （如 图 ２所 示 ）。在
一 泵 ，以保证冷 水机 组 的水流量 及正 常运 行 。空调 设计时，都是按最大负荷情况来进行设备选择 以保 证 最不 利情况 时 的需要 。在实 际运 行 中 ，空调 负荷 变化很 大 ，不 仅 随季 节 变化 ，而且 一天 ２４小 时都在 变 ，绝 大 多数 时 间空调设 备是在 低 于额定 值情 况下 运行 ，设计 的高峰 负荷 出现 的时间很 短 ，也 就 是说 ， 空调水 系统 经常 只有部 分水 泵工作 ，或 只有单 台水 泵 工作 ，这将 引起 水 泵 的轴 功 率也 发 生较 大 的 变 化 ，甚 至会 造成水 泵 电动 机过载 。
http://ww Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｅｎｔｒａｌ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｌｉｏｎｅ ａｒｇｅ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｓｍａｌｌ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ；ｐｕｍ ｐ
线
０ 前 言
在
调 在商业 、服务业领域 ，中央空调是主要 的耗能
空 设备 。按 上海市 的统计 ，中央空调 的用电量 占全 市
２—３℃ ，有时甚至发生过只有 １℃的情况。而在冬季 系。开始 Ｔ１随 Ｑ的增大而增大 ，达到最大值后，又
供 暖时，由于热负荷低于夏季热负荷 ，供 回水温差 随 Ｑ的增大而下降 。该曲线最大值相 当于效率最
更小。这样运行很不节能 ，白白浪费了水泵的能耗。 高点。泵在该点所对应的扬程和流量下运作 ，其效
通 总用 电量 的 ３１．１％。此外 ，我 国的 民用 、公 用及 商用
暖 建筑的中央空调普遍存在着能耗高的问题。一般 中
央 空调 的能 耗 约 占整 个 建筑 总能 耗 的 ５０％左 右 ，
１ 海烟大 酒店 中央 空调概 况 海 烟 大 酒 店 建 筑 空 调 冷 负 荷 设 计 值 为
（２）水泵 流量 、扬程 核算验 证 首先根据中央空调水 泵水流量计 算公式对屋 顶水泵的流量参数进行复核 ：
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调
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Ｑ 图 １ 水 泵 特 性 曲线
流量 ／（ｍ３，ｈ一 ）
Ｑ
图 ２ 水 泵 运 行 曲线
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水 泵流量计 算公 式［３】
例 如 ，海 烟大 酒店 中央空调 系统 在 日常运 行 中存在 店 客房 ，１ ６层 多功能厅 。空调水 系统采 用一 次泵定
明显 的 “大流量 小温 差”现 象 ，本 文就 此现 象进 行原 流 量 系统 。空调 水 系统 末端 设 备采 用 两 管制 ，每 层
因分 析 并提 出相 关 改进措施 。
空调水 系统干 管采 用异程 式 ，空调水 系统 最高 点设
【作者简介 】胡晓俊 ，男，１９８５年 出生，毕业于同济大学建筑设备 与环境工程专业 ，现 就职于上海烟草集 团有限责任公 司，从 事 烟 草 行 业设 备 管理 工 作 。
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暖通空调俱乐部 http://www.ehvacr.com/club/
中央 空调系统“大流量小温差’’ 现象 的原 因分析及 改进措施
上 海 烟 草 集 团有 限责 任 公 司 胡 晓俊
摘 要 ：对 中央空调运行 中出现 的“大流量 小温差 ”现 象进行深入调查研 究，查 出“大流量小温差”的原 因， 并针 对性 的提 出解决 办法及预 防措施 。
关 键词 ：中央空调 ；大流 量小 温差 ；水 泵
情况下系统的水流量是 大于 ２００ ｍＳ／ｈ的 ，扬程等 于 路 特 性 曲线 不 变 ，这 时水泵 的 工作点 沿 曲线 Ｉ下降
４０ｍ。按前文计算，海烟大酒店实际冷负荷仅需 ３００ 至与 曲线 ２的 交点 Ｂ处 ，由图可 知 ，此 时 系统 的流
冷吨 。冷冻水流量仅 需 １８０ｍ３／ｈ。在大干 ２００ ｍＳ／ｈ系 量 将 大 于 两 台泵 的额 定 流 量 ２Ｑ。，出现 过 载 ；如果
Ｈ Ｇ ＝ Ｏ ／ Ｐ Ｃ △ ｔｘ ３６００
式 中 Ｇ 为水泵水 流量 （ｍ３／ｈ）
０ 为 主 机 冷 负 荷 （ＫＷ ） 单 台 冷 负 荷 为
３４７ＫＷ 。
Ｐ 为水 的密度 ，１０００ｋｇ／ｍ。
Ｃ 介 质 比热 容 ４．１９ｋＪ／ｋｇ￣Ｃ
△ｔ介 质温度 变化 幅度 ，取 ５℃ 将 上述 数据代 入公式 （１）计 算 ，水 泵流量 应 为
对 于商 场 和综合 大 楼可 能高 达 ６０％以上 ，因此 ，中 于冷 冻水 循环 ，主机水 泵一 一对应 ，水 泵并 联运 行 。
央 空调 的能效 问题越来 越 受到重视 。中央 空调运 行 建筑 高 度 为 ６５ｍ，共 １６层 ，功 能 为 １层 大 堂 ，２层
中“大 流 量小 温 差 ”现 象普遍 存 在 ，造 成 能源 浪 费 。 宴 会厅 ，３层 棋 牌 、会 议 室 、休息 室 。４至 １５层 为酒
ac 因海烟大酒店已投入运营 ，直接根据海烟大 酒店 hv 中央空调 日常运行情况 对原水泵 的扬 程参数进 行复 .e 核更为准确 。海烟 大酒店在极端 气候下 ，开启 ３台 ww １ ００冷吨的风冷热泵就能满足酒店的供冷需求 ，可 以 ://w 看 出海烟 大 酒 店 实 际供 冷 负荷 为 ３００冷 吨 即 ttp １０４１ｋＷ 。按 ５℃温 差所需的系统流量 为 １８０ ｍ３／ｈ。 h 实 际运行过 程 中开 启一 台热 泵 主机 一 台 ＩＳ１００—２２
１４５３ｋＷ ，在 主楼 屋 顶设 有 ５台开 利 １００冷 吨风 冷 热 泵 ，配 置 ３台 ＩＳ１Ｏ０—２２水 泵 【参 数 为 １００ｍ 流量 、５０ｍ 扬程 ，２２ｋＷ 功率 ），２台 ＩＳ１Ｏ０—３７水 泵 （参 数 为 １００ｍ３／ｈ流 量 、８０ｍ 扬程 ，３７ｋＷ 功率 ）用
置 自动排气阀，最低点设泄水 阀。空调风系统采用
② Ｎ—Ｑ 曲线 ：
暖通空调在线 新风加风机盘管系统，冬季送热风 ，夏季送冷风。
Ｎ—Ｑ 曲线 表 示泵 的流 量 Ｑ 和 水 泵 功率 Ｎ 的
在 中央空 调 日常运 行 过程 中存 在 着 大 流量 小 关 系 。Ｎ 随 Ｑ 的增 大 而增 大 。可见 ，大 流 量 系统会
图 ３为三台相同型号的水泵并联工作的情况 ，
线 水泵 的情 况下 ，水泵进 出口压 差为 ０．３２ＭＰａ，开启两 在 台热泵主机两 台 ＩＳ１００—２２水泵 的情况下 ，水泵 出口 调 压 力为 ０．４１ ＭＰａ，开启三 台主机 三 台 ＩＳ１００—２２水 空 泵 的情 况下 ，水 泵出 口压力 为 ０．４８ＭＰａ。可 以看 出 ， 通 在 开启两 台水泵 的情况下 ，由于水泵 的额定 流量 为 暖 １００ｍ３／ｈ，额定扬程为 ５０ｍ，而此时的系统所需扬程
为 ４０ｍ，根 据水泵 的特性 曲线规律 ，开 启两台水泵 的
曲线 １为单 台泵 工作时 的性能 曲线 ，曲线 ２为两台 泵 并联 工作时 的性能 曲线 ，曲线 ３为三 台泵 并联 工 作 时 的性能 曲线 。管路 的特 性 曲线如 曲线 Ｉ所 示 ， 在 设计 流量 下 ，水 泵 的工作 点 为曲线 ３和 Ｉ的交 点 Ａ，此 时系统 流量 为设 计 流量 为 ３Ｑ。，扬程 为 Ｈ。，每 台水泵 都在 额定 流量 Ｑ。，额定 扬 程 Ｈ。下工 作 。假 如停 掉 一台泵 而不对 管路进 行调 整 的话 ，意 味 着管
Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ Ｌａｒｇｅ Ｆｌｏｗ ａｎｄ Ｓｍａｌｌ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
.com Ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｉｎ Ｃｅｎｔｒａｌ Ａｉｒ—ＣＯｎｄｉｔｉＯｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ cr Ｈｕ ｘｉａｏ ｊｕｎ
va Ａｂｓｔｒａｃｔ： ｄｅｅｐｌｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ” ｌａｒｇｅ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｓｍ ａｌｌ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ‘。 .eh ｐｈｅｎｏｍ ｅｎｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｆｉｎｄ ｏｕｔ ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ‘‘ｌａｒｇｅ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｓｍ ａｌｌ w ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ＩＩ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．
季冷 冻水 系统 供 回水温 差较 好 的 为 ３～４℃ ，较 差 的 工况称为最佳工况。管路特性曲线是管路一定的情
只 有 １～１．５ｏｃ，造成 实 际水流 量 比需要 的水 量大 ， 况下 ，单位 重量 的液体 流经 该 系统时 ，需 外界 给 的能
使 水 系统 电耗 大大 增加 。海烟大 酒店 中央 空调 的 日
om 常运 行 同样 存 在着典 型 的 “大 流量 小温 差 ”现 象 。［１］ acr.c ２ 造成 大流 量小 温差 现象 的原 因分 析
hv １）水泵 选型 不 当 w.e （１）水 泵选 型 的理 论依 据 w 首先 ，分析水泵 的工作特 性曲线 ，如图 １所 示回。 ://w ①Ｈ—Ｑ曲线 ： ttp Ｈ—Ｑ 曲线表 示泵 的流量 Ｑ和扬程 Ｈ的关系。泵 h 的扬程在较大的流量范围 内是随流量增大而减小的。