空调制冷机房水系统综合优化控制措施

空调制冷机房水系统综合优化控制措施

摘要：随着现代社会的发展，中央空调已成为商业和民用建筑中不可或缺的

设施。其中，冷水系统作为中央空调的核心组成部分，对于整个系统的运行起着

至关重要的作用，传统的水系统设计和设备已无法满足机房高效、节能的需求，

因此进行优化改造，在提升性能同时降低能耗，是近年来空调企业、应用企业重

点关注的问题。故而，本文从事空调制冷机房水系统综合优化控制措施的研究，

期望以本文为相关企业提供借鉴与参考价值，并自宏观加快我国传统空调制冷机

房水系统的改造、升级。

关键词：空调制冷机房水系统；综合优化；流量优化；水温控制

空调制冷机房水系统在空调系统中起到重要的作用。它负责循环冷却介质，

通过传热和传质的方式，将房内的热量带走，保持机房的温度和湿度稳定。同时，水系统还能提供冷却水给空调设备，保证其正常运行，而开展空调制冷机房水系

统的综合优化控制措施研究，则是进一步提升整个空调系统性能，降低系统能耗

的重要研究方向。

一、空调制冷机房水系统概述

空调制冷机房水系统下，管家组成构件包括冷却塔、水泵、水管路、水箱以

及有制冷循环管路的3个主要设备——压缩机、蒸发器、节流阀。如图1所示：

图1 空调制冷机房水系统结构

如图1，冷却塔负责散热，将热的水经过冷却塔喷淋系统和风扇进行循环，

与外部的空气进行热量交换，从而冷却水并将其送回机房或压缩机处。常见的冷

却塔类型有恒流塔和逆流塔。在此过程中，水泵负责将水从冷却塔泵送到机房内

的各个制冷设备，保证供水供应量以及压力。水泵种类主要有离心泵和管道泵，

应根据制冷主机配比，选择适当的型号和数量。

水管用于传输水流，构成了整个空调制冷机房水系统，负责承担传输压力和

水流量的功能，同时要注意严密性和耐久性。水箱负责集中存储，补充循环水缺

失时使用。水箱要求结构坚固、不漏水、卫生易清洗等。制冷循环管路，包括压

缩机、蒸发器、节流阀等主要设备。压缩机是整个制冷系统的核心，主要实现将

低温低压制冷剂吸入，加压、压缩，并将高温高压制冷剂排出。蒸发器是冷凝器

的相反过程，主要负责一个区域内的热量吸收和降温，实现空调降温的关键部分。节流阀则是限制制冷剂在蒸发器和冷凝器中的流量[1]。

二、空调制冷机房水系统综合优化控制措施研究

（一）流量控制优化策略

针对空调制冷机房水系统流量控制，可采用流量平衡方案+变频控制+压差控

制的形式。

1.优化原理

首先，通过合理的管道设计和精准的控制设备，确保制冷系统中各部分的流

量得到平衡。当流量平衡后，水流于管道中的能量损失减小，使得设备能更高效

利用水流能量。其次，采用电子技术改变电源频率，进而改变电动机的转速，从

而达到调节泵的流量的目的。由于变频器能精确控制流量，有助于减少机房内设

备的能耗，延长设备寿命。最后，流动体在管道中流动，开始和结束位置的压力

差称为压差，通过控制设备上下游的压差，便可调整泵的流量。

2.改造策略

具体改造期间，对于流量平衡的改造，首先优化管道设计，尽可能减少空调

制冷机房水系统弯头、接头等阻塞水流的设备。可在关键位置装设流量计和平衡阀，实时调整流量平衡，通过改变阀门开度，调整系统中的水流量，实现流量的

平衡。变频控制改造期间，将空调制冷机房水系统下所有水泵更换为变频水泵，

同时增加一个变频器，这样可以实时调整水泵的速度，以适应负载的变化。最后，压差控制改造方面，在空调制冷机房水系统中增加自动调压设备——自动调压阀，利用调压阀自动保持或调节系统中的压差，控制流体流量。与此同时，在空调制

冷机房水系统中加装流量计，用于实时监测系统流量，可以帮助操作员了解系统

的实时运行状态，为流量调整提供依据。

（二）水温控制优化策略

对空调制冷机房水系统进行水温控制优化，可通过变频控制结合PID控制，

实现水温精确控制。

1.优化原理

优化原理方面，其一，在空调制冷机房水系统中加装变频器，通过控制水泵

的转速，以影响水的流量，进而调节冷却水的温度，同时通过传感器反馈的数据，能够实时调整水泵的工作参数，从而更精确地控制水温。其二，基于PID控制实

现比例——积分——微分控制，依据偏差的大小、长短时间与给定值的变化速度，自动计算出控制量，实现对水温的精确控制

2.改造策略

变频控制改造期间，将变频器与水温传感器加装至空调制冷机房水系统，如

果温度传感器监测到的水温偏高，控制系统会自动调整水泵的运行频率，减少水

流量，达到控制水温的目的。反之，如果水温过低，则会增加水泵的运行频率。

PID控制方面，PID是比例（Proportional）、积分（Integral）和微分（Derivative）的首字母缩写，三者共同作用，依据偏差的大小、长短时间以及

给定值的变化速度，自动计算出控制量，从而实现对水温的精确控制。其中，比

例控制是当前偏差（设定值与实际值之差）与控制量成比例关系的一种控制，克

服了开关控制的震荡，改善了控制质量。积分控制是以偏差的积累结果为依据，

进行控制，克服比例控制存在的静差不为零的问题，提升了系统静态性能。微分

控制是对偏差变化趋势的一种预测控制，不仅看偏差的大小，而且看偏差变化的

快慢，提升了系统的动态响应性能。

改造阶段，首先在空调制冷机房水系统加装PID控制器，在此过程中要确保PID控制器与空调制冷机房水系统的兼容性，选择稳定性高、响应速度快的设备。其次，加装温度传感器，负责对水温进行实时监测，结合实际空调制冷机房水系

统规模设置传感器数量与位置，以获取精确的水温数据。同时，对应PID控制，

阀门需要进行更精细的调节，因此应将现有的阀门系统升级为可以进行电动调节

的阀门系统，配套电机应选择启动快、耐用、精度高的。最后，对空调制冷机房

水系统进行全面理解，根据实际情况、设备参数等，建立合理的控制模型。

此外，在进行设备改造期间，在安装变频器、传感器期间要严格遵循安装流

程规范，保证设备安全稳定运行。同时，为防止误操作，对于保护设施尽可能设

置双重保护，对于PID控制器以及电动阀门电机等主要设备，应进行定期维护和

保养，且系统调试阶段应安排专业人员操作，避免误调节导致设备损伤。

（三）节能优化控制策略

对于空调制冷机房水系统节能优化，在实现流量控制、温度控制基础上，可

通过对管道设计的优化来有效降低能耗。

一方面，合理设计空调制冷机房水系统的管道布局，减少管道阻力，降低水

泵能耗。在改变管道布局期间，可采用分支系统，从系统中心点开始向外布置分

支水管，这可以减少主管道的长度，从而降低总管道阻力和能耗，同时从大到小

逐级缩小管径，减少管道阻力。此外，在安装管道期间可根据温度、水流量变化

的特点，安装滑动支架，便于管道的热膨胀和收缩，减少管道损坏和泄漏的发生。

另一方面，企业可通过减少管道阻力来节约能耗。其一，通过合理选择管道

材料，减少内表面粗糙度和渐变规律，如选择光顺坚硬、内表面粗糙度小的材料，如内镀锌管道，减少泄漏和磨损，从而减少管道阻力。其二，在主管道和分支管