空调水系统水泵节能运行浅析

空调水系统水泵节能运行浅析

摘要：随着绿色建筑的逐步推广，建筑节能越来越受到重视。据统计，对于公

共建筑，中央空调的能耗占整个建筑能耗的30%-40%，而空调系统中循环泵的功

耗一般占空调系统总能耗的15%-20%。因此，降低空调水系统的能耗越来越受到

重视。博物馆是具有特殊功能要求的公共建筑。既要满足人员的舒适性要求，又

要保证文物的保存环境，如书画、丝织品、漆器等。全年保持恒温恒湿的环境。

为了使水系统输送部分适应制冷系统冷负荷的变化需求，变流量水系统的运行具

有重要意义。

关键词：空调水系统；水泵；节能运行

1 空调水系统形式

根据终端用户侧水流特性，将空调水系统分为定流量系统和变流量系统。定

流量：冷热水的流量保持恒定。房间空调上装有电动三通阀。根据房间空调的控

制参数，通过调节三通阀支路和旁通支路的流量，将流量变为室内空调，但冷水

循环量没有变化，所以水泵的能耗不会减少，特别是空调系统处于部分负荷时运

行费用大（图1-1）。

图1-1定流量系统图1-2一级泵变流量系统

变流量：冷热水供水温度保持恒定，通过改变循环水量来适应负荷的变化，

管路内流量随系统负荷变化而变化，因此，输送能耗也随着负荷的减少而降低，

水泵容量及电耗也相应减少（图1-2）。

变流量系统的调节方法很多，常用的有节流调节、变速调节、台数调节、台

数调节加变速调节，重点分析节流调节与变速调节（图2）。

图2水泵性能曲线

图2中曲线（1）为水泵在恒速下的流量—扬程特性，曲线（2）为水阀全开

时管路特性。曲线（3）为流量减小时改变阀门开度管路阻力特性，曲线（4）为

流量减小时改变水泵转速水泵特性。A为额定工作点，B为流量减小时减小水阀

开度的工况点，C为流量减小时水阀开度不变，减小水泵转速的工况点。功率：，由此类比，从上图中明显看出变频水泵节能效果很显著。

2 首都博物馆空调负荷特点及水泵能耗分析

首都博物馆空调系统冷源采用两台900RT和一台500RT离心式冷水机组。热

源为城市热力管网，空调最大设计热负荷7500kW。空调二次热水温度为65∕55℃，同时，还有蒸发量分别为0.83T∕h和1.25T∕h的蒸汽锅炉各一台，用于冬季的干蒸

汽加湿、夏季空调再热及城市热力管网检修时的空调热源。空调水系统输送设备

配置情况详见表1。

表1水系统输送设备配置

首都博物馆空调水系统机组侧和负荷侧均采用变流量系统，用户侧采用一级

泵变频调速系统。首都博物馆空调水系统流程示意图详见图3。

图3首都博物馆空调水系统流程示意图

首都博物馆采用了水泵变频调速的变流量方式采用模糊预测算法对冷冻水系

统进行控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，各路冷冻水供回水温度、

温差、压差和流量亦随之变化，流量计、压差传感器和温度传感器将检测到的这

些参数送至模糊控制器，模糊控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，实时预测计算出末端空调负荷所需的制冷量，以及各路冷冻水供回水温度、

温差、压差和流量的最佳值，并以此调节各变频器输出频率，控制冷冻水泵的转速，改变其流量，使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行在模糊控

制器给出的最优值。

由于冷冻水系统采用了输出能量的动态控制，实现了空调主机冷媒流量跟随

末端负荷的需求供应，使空调系统在各种负荷情况下，都能既保证末端空调需求，又最大限度地节省了系统的能量消耗。

首都博物馆典型时段空调负荷及水泵运行情况（详见图4-1、图4-2、图5-1、图5-2）。根据首都博物馆的运行数据来看，对于全年负荷工况，5、6、7、8、9、10六个月在40%—80%满负荷工况下运行，其余月份在20%—30%满负荷状况下

运行。夜间负荷是白天峰值负荷的50%左右，而且冬季供冷量仅为夏季峰值的20%。

根据图5-1、图5-2所示：一天的节电率为33%，每年的节电率为36.5%，冷

冻水及冷却水系统同步运行。

采用水泵变频技术后，每年节约用电：（75kW×24h×153d+45kW×24h×212d）×2台×36.5%=368182.8kW·h，平均电价为0.9元/kW·h，每年可节约33.14万元。

对于大型博物馆的空调水系统能够随负荷及季节的变化而变化就显得尤为重要。

此外，在选用水泵变频调节技术的同时，也要注意以下几点：

1.选择蒸发器许可流量变化范围大，最小流量尽可能低的冷水机组；

2.选择应具备每分钟至少30%流量变化适应能力的冷水机组，选择多台冷水

机组时，选择蒸发器压降接近的冷水机组；

3.了解机组控制器的加减载特性；

4.选择精度高、调节性好的控制阀门；

5.选择精度高的流量计，尽可能减少控制延时时间；

6.冷水机组内部允许的流量变化仍有一定的变化范围（并且对流量的变化速

率也有要求），一般冷水机组的最小允许流量大约在额定流量的30%—40%，因

此循环水泵的最低运行转速（和变频器的输出最小频率）均被限制，设置压差旁

通控制阀仍然是必须设置的控制环节。

图4-1全年空调负荷情况表（负荷率%）

图4-224小时空调负荷情况表（8月1日为例）

图5-1水泵全年运行情况表（定频/变频kW/h）

图5-2水泵24小时运行情况表（8月1日为例）（定频/变频kW）

结束语

通过对中央空调水系统节能运行的理论分析，结合首都博物馆的实际运行，

采用变频调速的方法，变流量控制的节能效果非常明显。博物馆建筑中央空调系

统工作时间长，能耗高。除水系统节能外，中央空调系统还应兼顾各子系统，使

整个系统的节能效益最大化。

参考文献

［1］陆耀庆主编：《实用供热空调设计手册》（第二版），中国建筑工业出

版社2007年版。