一、概要

中央空调系统由冷水机组、冷却泵、冷冻泵、冷却塔、末端组成;目前的冷水系统设计中,冷冻泵和冷却泵的流量比蒸发器与冷凝器设计流量大1.2倍,冷却塔与冷却泵的流量匹配,而通常冷水机组运行中,往往达不到满负荷运行,因此,冷水机组在部分负荷运行时,可以通过水泵变频技术减少流量,达到水泵节能的目的。但是冷水机组减少水流量后,会不会使冷水机组制冷效率变差,从而抵消水泵节省的功率,或水流量减少多少才对机组运行没有影响?
　　
　　本文以约克离心机组为例,分析机组在部分负荷运行下,寻求冷却、冷冻水泵的最佳运行功率。
　　
　　二、分析
　　
　　1.蒸发器变流量对冷水机组的影响
　　
　　约克离心机组对冷冻水的流量是有要求的,最低不能少于主机额定流量的40%,蒸发器流量在额定流量的40%～120%以内变化是允许的,保持通过蒸发器的水一定流速,才能避免蒸发器出现层流,从而使蒸发器有较高的换热效率且防止出现结冰现象;在冷水机组在部分负荷运行时,就可以使通过机组的水量随负荷的变化而变化,从而减少动力的消耗。
　　
　　可参考以下公式计算机组的冷冻水流量:
　　
　　V1(m3/h)=3.6×Q1/(4.187△T1)
　　
　　V1:冷冻水量
　　
　　3.6:时间
　　
　　Q1:制冷量
　　
　　4.187:比热容
　　
　　△T1:冷冻水进出水温差
　　
　　如机组额定制冷量2953KW,运行负荷60%,运行制冷量只有1770KW,通过公式3.6×1770/(4.187×5)=304m3/h,理论上通过水泵变频控制冷冻水流量304m3/h就能满足机组60%负荷时运行,但需满足以下条件:
　　
　　1）冷冻水的流量同时还考虑末端，末端盘管是用比例积分阀控制，根据室温控制器自动调节通过盘管的水流量，从而引起系统分配环路的流量变化，形成供回水干管之间的压力差变化，同时通过主管道的压差控制器旁通阀补偿，以确保足够的流量通过冷水机组，也要保护末端盘管进出水压差，一般要求达到66-75KPA，以满足末端盘管的需求;
　　
　　2）冷水机组进出水流量与进出水温差也有关系,水流量越大温差会越小,水流量小温差会增大,保持在冷水机组设计温差为合理(5℃);
　　
　　3）小温差也是评估机组效率的一个重要指标,能保持在0.8-1.5℃为最理想。
　　
　　2.冷凝器变流量对冷水机组的影响
　　
　　约克离心机组对冷却水的流量是建议不低于机组额定流量的70%,冷水机组的制冷量和耗电量与冷却水温度有着密切的关系,制冷量随冷却水进水温度的降低而增加,耗电量随冷却水的提高而增加。佛山机房离心式冷水机组制冷量2953KW,功率456KW,冷却水流量590m3/h,冷却水泵流量700m3/h,扬程34米。
　　
　　表1内容是佛山机房离心式冷水机组在部分负荷下通过手动控制冷却水泵的频率,冷冻水泵采用压差控制,冷却塔开启台数不变、风机频率50HZ的情况下得出的数据:
　　
　　开放式冷却塔是通过空气流动直接热传递和液体水转化为气态吸收大量热量,而被大气带走,使得水温得以降低,一般不低于环境湿球温度,冷水机组的的制冷量和耗电量与冷却水温度有着密切的关系,制冷量随冷却水进水温度的降低而增加,耗电量随冷却水的提高而增加,降低冷却塔的出水温度能减少冷水机组的耗电量,增加制冷量,详见图1所示。
　　
　　冷却塔开启台数应与冷水机组额定散热量匹配,散热风机的频率根据环境温度而变化,散热效率主要体现在进出水温度(一般设计在温差5℃),在没有低于冷水机组冷却水最低要求时应在最大频率下运行,确保较低的主机冷却水入水温度,如佛山机房的约克离心机组,厂家要求冷却水不能低于14.8度。
　　
　　冷却水流量的减少反而降低冷却塔的散热能力,这是因为流速慢减少冷却水的循环量而造成冷水机组热交换能力下降,出水温度的升高增加了冷却塔的负担,冷却塔出水温度也随之升高,虽然冷却水泵在低频率运行减少耗电量,反而增加了主机的能耗;当冷却水流量增大时,机组热交换能力有所提升,冷却塔随着水循环量的加大而提高了散热能力,出水温度降低,主机效率提升耗电量减少,但冷却水泵的耗电量也随之增加,从表2中冷水机组的冷却水进出水温差4℃时,主机和冷却水泵的耗电量是最理想的,冷凝器小温差也在最小的范围内,证明机组的热交换能力良好,冷却泵变频的频率最为合适。
　　
　　按佛山机房1#离心主机目前的运行负荷约70%,冷却水泵设定温差4℃自动运行的情况下,开启三台冷却塔风扇频率调至40HZ运行和开启三台冷却塔风扇频率调至50HZ运行与原来开启两台风扇在50HZ运行冷却塔进出水温度变化不大,主机和冷却水泵电流没有变化,多开一台冷却塔等于增加风扇电机的用电量。
　　
　　三、结论
　　
　　离心式冷水机组在部分负荷时变冷冻水量,对离心式冷水机组的效率并没有太大的影响,可根据公式计算出主机的参考流量,用来判断冷冻水系统是否在合理范围内运行,建议采用压差控制冷冻水泵的频率更为精准。离心式冷水机组冷却水在负荷55-70%时建议采用进出水温差控制水泵的频率,控制在4℃的温差对节能有更好的效果。冷却塔开启台数与主机额定散热量匹配,进出水温差在5℃以下,在出水温度没有低于主机的要求情况下,散热风机在最大功率运行。在过渡季或制冷季,在保证冷机最低冷却水温的前提下,不建议对冷塔风机进行降频运行,更低的冷却水温度对于冷机而言节能的权重更大,冷机越节能。冷却水泵频率增大,降低冷却侧的温度更节能。(冷却塔出水温度控,冷却泵温差控,定频机组冷却水每降低一度,节能1%-5%)
　　
　　由于佛山机房的冷却塔设计偏小,散热风机需在最大功率运行对整体节能有利,但在其它项目上,建议冷却侧若为出水温度控,建议湿球温度+4℃逼近度设定出水温度,过渡季意义较大。逼近度3-7℃之间不等,由相对湿度估算。如自然冷却模式下冷却塔的出水温度为11℃,过渡季和制冷季冷却塔的出水温度设定为湿球+4℃设定;如自然冷却冷却泵频率由出水温度11℃设定,过渡季和制冷模式下冷却泵出水频率由供回温差决定。
　　
　　作者简介
　　
　　谢增材,世纪互联华南区暖通专家,从事多年数据中心暖通运维工作,持有多项节能专利。世纪互联华南区暖通专家。
　　
    编辑：Harris