1、中央空調系統節能原理中央空調系統的結構和制冷原理空調，就是對空氣進行調節和處理，以滿足人們生產和生活所需要的室內環境。空調系統通過對室內環境進行處理和調節，使室內空氣的濕度、溫度、空氣流動、 壓力以及清潔度等保持在一定范圍內。中央空調系統是一種大型的對建筑物室內環境進行調節處理的設備，通過空氣調節， 可以在人們長期停留的地方保持適宜的環境條件，創造良好的工作和生活環境， 或滿足某些特定科學實驗、 工業生產過程的特殊要求， 是現代大型建筑中一個不可或缺的重要組成部分， 它對改善工作條件、 提高生活質量、 保證產品質量以及維護人體的健康狀態都有著十分重要的意義。 中央空調系統一般由制冷源、 載冷劑

2、系統、 空氣處理設備等組成。在實際工程應用中，根據建筑物的用途、冷負荷以及實際的需要有著不同的形式中央空調的制冷原理中央空調系統一般主要由制冷壓縮機系統、制冷劑循環系統、冷水循環水系統、盤管風機系統、冷卻水循環系統、冷卻塔風機系統等組成。圖 2.1中央空調制冷原理圖中央空調制冷系統，根據其制冷過程，可以大體劃分為直接制冷系統和間接制冷系統兩類，這兩種系統的區別就在于：直接制冷系統中的蒸發器直接和被冷卻對像進行熱交換， 只包括制冷回路； 然而間接制冷系統除了制冷劑回路，至少還有載冷劑回路， 在間接制冷系統中， 制冷劑先與載冷劑熱交換，然后由載冷劑將冷量傳遞給被冷對象，實現制冷的目的。本文研究的中

3、央空調系統對象屬于間接制冷系統。間接制冷空調系統的工作原理如圖2.1 所示。 首先，通過蒸發器的制冷劑，經歷蒸發制冷后變成常溫低壓制冷劑氣體，然后被壓縮機吸入， 壓縮成高溫高壓的氣體制冷劑；從壓縮機出口經冷凝器到膨脹閥前這一段稱為制冷系統高壓側；這一段的壓力等于冷凝溫度下制冷劑的飽和壓力。 高壓側的特點是： 制冷劑向周圍環境放熱，這時通過冷凝循環冷卻水系統吸收高溫高壓的氣體制冷劑中的熱量，使之冷凝為液體， 制冷劑流出冷凝器時，溫度降低變為過冷液體。這一過程中，冷凝循環冷卻水由常溫升高5左右。接著，高壓制冷液通過節流裝置降壓，從電子膨脹閥出口到進入壓縮機的回氣這一段稱為制冷系統的低壓側， 其壓力

4、等于蒸發器內蒸發溫度的飽和壓力。制冷劑的低壓側為濕蒸汽狀態， 在蒸發器內吸熱后制冷劑由濕蒸汽逐漸變為干度為零的飽和蒸汽態。到了蒸發器的出口，制冷劑的溫度回升為過熱氣體狀態。過冷液態制冷劑通過膨脹閥時，由于節流作用，由高壓降低到低壓（但不消耗功、外界沒有熱交換）；同時有少部分液態制冷劑汽化，溫度隨之降低， 這種低壓低溫制冷劑進入蒸發器后蒸發（汽化）吸熱。這個吸熱過程就是空調的制冷過程：冷凍循環水系統通過冷凍水泵將常溫水泵入蒸發器盤管中與制冷劑進行間接熱交換，這樣原來的常溫水就變成了低溫冷凍水，這些低溫冷水就是空調的冷源。冷水被送到各風機風口的冷卻盤管中吸收盤管周圍的空氣熱量，產生的低溫空氣由盤管

5、風機吹送到各個房間，從而達到降溫的目的。從蒸發器盤管出來的制冷劑變成了常溫低壓的氣態制冷劑，然后被吸入壓縮機，進入下一個制冷循環。制冷劑在冷凝器中釋放熱量，其釋放的熱量正是通過循環冷卻水系統的冷卻水帶走。冷卻循環水系統將常溫水通過冷卻水泵泵入冷凝器熱交換盤管后，再將這已變熱的冷卻水送到冷卻塔上， 由冷卻塔對其進行自然冷卻或通過冷卻塔風機對其進行噴淋式強迫風冷，與大氣之間進行充分熱交換，使冷卻水變回常溫，以便再循環使用。空調水循環系統是中央空調中的重要組成部分，廣義上講，空調水循環系統由冷水循環系統和冷卻水循環系統組成。冷水系統也就是載冷劑系統，中央空調系統首先將冷量通過制冷劑傳遞給冷水系統，

6、通過冷水系統的循環將冷量送到風機盤管空調系統中冷卻盤管周圍的空氣， 產生的低溫空氣由盤管風機吹送到室內環境，從而達到降溫的目的， 同時吸收室內環境的熱量， 通過冷水循環將熱量傳遞給冷水機組的的蒸發器，再通過制冷劑循環將熱量傳遞給冷凝器， 在冷凝器中載冷劑與冷卻水進行熱交換，然后經過冷卻水循環系統，通過冷卻塔將將熱量排放到空氣中。 因此，冷水系統和冷卻水系統表面上看是相互獨立的，但是從熱力學的意義上講卻是相互關聯的。在中央空調系統的運行過程中，空調水系統在制冷過程中起著至關重要的作用。中央空調系統是通過水系統來實現熱量或者冷量的轉移的。本文主要討論的是間接制冷系統的變流量節能控制。2.1.2中央

7、空調系統的結構在生產和生活中，人們為了滿足工作、生活和生產活動等對室內氣候環境的要求，需要對建筑物室內的空氣進行調節處理，使建筑物內空氣的溫度、濕度等保持在一定范圍內。將室內的溫度和濕度保持在一定的水平是中央空調的基本任務。 典型的中央空調的結構組成如圖 2.2 所示，主要包括制冷機組、冷水循環系統，冷卻水循環系統以及風機盤管空調系統。圖2.2中央空調系統的結構圖1、制冷機組：空調制冷機組是中央空調系統的“心臟”，是中央空調的制冷源。制冷主機主要由制冷壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥和蒸發器四個部分組成（見圖2.2）。首先，蒸發器中的低壓氣態制冷劑經過壓縮機壓縮進入冷凝器，在冷凝器中，制冷劑與冷卻水

8、系統進行熱交換并逐漸冷凝成高壓液體。在冷凝過程中制冷劑會釋放出大量熱能，冷卻水循環系統將這些熱能吸收，最終通過冷卻塔排放到大氣中。隨后， 冷凝器中的高壓液態制冷劑經過蒸發器前節流裝置（電子膨脹閥） 形成低壓低溫的制冷劑液體，從而如蒸發器。在蒸發器中，制冷劑與冷水系統熱交換，冷水循環系統將冷量送到被制冷對象。最后，蒸發器中氣化后的制冷劑又變成了低壓氣體，重新進入了壓縮機，如此循環往復。2、冷水循環系統：冷水系統主要由冷水水泵以及管路結構組成。從制冷主機流出的低溫冷水， 由冷水水泵通過管路送到風機盤管系統中，吸收建筑物室內的熱量，成為高溫冷水回水， 然后從新進入冷水機組，在蒸發器內與制冷劑進行熱交

9、換，將熱量傳遞給制冷劑，然后將獲得的冷量又送到風機盤管系統中，從而達到制冷的效果。3、冷卻水循環系統：冷卻水系統主要由冷卻水泵、冷卻水管路以及冷卻水塔組成。制冷機組在工作以及與冷水進行熱交換的同時，必將產生大量的廢熱，因此一般要用通過冷卻水系統排放到室外環境中。冷卻水循環系統的作用就是重復循環的吸收冷水機組制取冷量時所產生的熱量（包括冷水傳遞的熱量以及冷水機組工作產生的熱量），輸送到冷卻塔然后排放到室外， 被冷卻的冷卻水循環到冷水機組的冷凝器，繼續吸收熱量，循環往復， 保證冷水機組制冷過程持續進行。4、風機盤管系統：風機盤管系統是中央空調制冷系統的末端裝置。風機盤管系統主要由風機、盤管（換熱器

10、）、電動機、空氣過濾器及室溫控制裝置等組成。風機盤管系統的作用是不斷的循環室內的空氣，使之與冷水系統進行熱交換，并適量的提供新風，以保證房間所需要的室內環境，如濕度和溫度等。以此可以看出，中央空調制冷，就是不斷的將空調的冷負荷從室內傳遞到室外，不斷的進行熱量交換的過程（李玉街， 2009 ）。在這個過程中，冷水循環系統和冷卻水循環系統扮演著重要的角色，主要起著能量傳遞的作用，同時也是主要的耗能部分。2.2中央空調系統能耗分析當今社會，隨著社會的進步和科學技術的快速發展，中央空調在生產和生活中的應用越來越普遍。 在現代智能建筑物中，中央空調是創造舒適的生活和工作環境所不可或缺的重要設備。 隨著中

11、央空調的廣泛應用，它在給人們帶來舒適生產和生活環境的同時，也消耗了巨大的能源，從而提高了建筑運營成本。中央空調是現代建筑的主要耗能部分。在中央空調系統傳統方案設計中，其制冷壓縮機組、冷凍循環水系統、冷卻循環水系統、冷卻塔風機系統等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制熱負荷選定的，且再留有充足余量。據統計，中央空調的用電量占各類大廈總用電量的70%以上，而中央空調設備97% 的時間在 70% 負荷以下波動運行， 有資料稱， 實際空調負荷平均只有設備能力的50%左右，因而出現了 “大馬拉小車”的現象，這無疑造成了大量的能源白白浪費（周大地，2005）。目前中國商業建筑的能耗較發達國家高40% 左右（

12、江華， 2005 ）。 在定流量和定風量中央空調系統中，無論空調負荷如何變化，各電機都長期固定在工頻狀態下全速運行，造成了能量的巨大浪費；而有些中央空調系統壓縮機和風機大多采用扇葉開度、滑閥和擋板來進行能量調節，當運行在部分負荷時， 電機除負載損耗有一定的降低外，其它部分如固有損耗等均無法降低，機組的整體運行效率很低；循環水的流量則是通過節流閥和旁通閥來調節，難以實現水流量與制冷量的實時匹配，造成水系統長期處于“大流量、小溫差”的高能耗運行狀態，并使制冷機組的 COP 值下降，整體電能大量浪費。目前，大中型中央空調系統大多是間接制冷系統。間接制冷空調系統的工作流程如圖2.3所示。由圖2.3 可

13、知，中央空調系統的工作過程涉及到多個傳熱過程以及眾多的拖動設備。其中，拖動設備也是中央空調系統中的主要耗能設備，如圖 2.3 所示。 圖 2.3 中央空調系統耗能設備及負荷關系圖 從圖 2.3 可以一定程度上看出中央空調系統工作過程中能量的變化關系。 從圖中可以看出， 室內負荷最小， 然后從末端風機到冷卻塔風機能量不斷增大。這是因為：（ 1） 在流體循環過程中，由于水路管道等設備隔熱性能不是很理想，外部熱量會不斷的進入系統中。（ 2） 在中央空調系統工作過程中， 拖動設備的一些機械功會轉換成為熱量進入系統。由空調制冷系統功耗設備以及能量關系圖可知空調系統負荷主要包括如下幾個方面（ 1）空調末端

14、負荷 Pa 。（ 2）冷水循環系統負荷 Pb 。（ 3）冷水機組負荷 Pr ：主要為制冷壓縮機所做機械功。（ 4）冷卻水系統負荷Q c：Qc= Pc+Pd（ 2.1）Pc Pd冷卻水泵消耗的功；冷卻塔風機消耗的功。綜上所述，中央空調制冷系統所耗能量如下方程式所述：P = Pa +Pb+Pc+Pd（ 2.2） 上述水泵， 風機和壓縮機等拖動設備所耗的機械能，實際上是對流體所做的功，計算公式如下：N = GH / 102（ 2.3） 式中N 拖動設備的軸功率，kW； 流體的密度，kg/m3；G 流體的循環流量，m3/h；H 拖動設備的揚程； 拖動設備的效率。可求的拖動設備的能耗如下式：W = Nh

15、= GHh/ 102 （ 2.4） 式中：W 拖動設備的耗電量，kWh ；h 拖動設備運行時間。在中央空調系統中，冷水泵、冷水機組、冷卻水泵、冷卻塔風機等制冷設備約占空調系統耗能的60%70%，風機盤管空調系統耗電約占空調系統總耗能的30%40% 。因此空調系統的能耗主要包括兩個方面：1.制冷設備能耗：（ 1）冷水機組能耗，這是整個空調系統冷源制造冷量所耗的電能；（ 2）冷水泵的耗電，這是保證載冷劑循環流動而對載冷劑所做的功；（ 3）冷卻水泵和冷卻塔風機的電能消耗，這是將空調系統吸收的室內熱負荷以及空調系統廢熱排放到室外空氣環境中所耗的能量。2.風機盤管系統能耗：主要是風機盤管系統中的盤管風機

16、所耗的機械能，是為建筑室內輸送冷風或者新風消耗的電能。因此，要降低中央空調系統的能耗的方法有：（ 1）減少設備的啟動次數和運行時間，這需要通過對中央空調系統中設備進行有效的管理和協調，避免和減少設備不必要的啟動和運行；（ 2）減小流體的流量 G，這需要采用變頻技術，即調速技術以及控制技術，如對風機盤管風量、 冷水流量、 制冷劑流量、 冷卻水流量和冷卻塔風機風量等根據實際的負荷需求進行動態調節，以減少部分負荷狀態下拖動設備的耗能；（ 3）對管路系統進行改造，設計合理的管徑來降低水泵需要輸出的揚程；（ 4）提高拖動設備的運行效率，這需要選擇合適的拖動設備以及對設備進行有效的管理。鑒于（ 3）和（

17、4）種方法主要涉及到空調系統設計知識，本文不詳述。本文主要研究和討論拖動設備的變頻節能控制。2.3 中央空調系統的節能技術原理中央空制冷空調主要由冷水機組、空調水系統和空調末端設備組成。主要的耗能的設備有中央空調主機、空調水系統拖動設備（冷水泵、冷卻水泵和冷卻塔風機）和風機盤管拖動系統。 中央空調系統通過各子系統進行熱交換來完成。由于建筑物內部負荷以及外部環境變化比較大， 不同季節或者時刻中央制冷空調系統的負荷是不同的，因此合理的空調控制系統是能夠負荷隨動跟蹤的系統。但是傳統的中央空調制冷系統都是定流量的，無論何種負荷條件下都運行在最大負荷工況之下，各拖動設備都工作在滿載荷狀態，這樣就造成了拖

18、動設備和空調冷量的大量浪費。 鑒于這種情況， 設計一種能夠根據空調末端負荷的變化和空調主機的運行工況，自動對中央空調冷媒系統參數（溫度、壓力、流量等）進行調節的中央空調系統， 能夠使系統冷媒流量實時滿足中央空調的冷負荷，并優化冷水機組的運行工況， 對空調系統的節能具有很重要的意義。本文主要討論空調水系統和風機盤管系統的節能。空調水系統節能冷水機組是供應冷量的設備， 也就是中央空調制冷系統的冷源， 但是如果要保證空調制冷系統連續不斷的循環工作， 將冷水即冷量送到空調末端， 還得通過冷水系統； 將中央空調系統的廢熱排放到大氣環境中， 還得需要冷卻水系統。 傳統的空調水系統基本上都是定流量系統。在定

19、流量水系統中，無論末端負荷以及外部環境如何變化，水循環回路都始終保持在滿載荷的流量下工作， 因此定流量水系統的能量損耗是很大的。 因此，根據負荷和外部環境的變化動態的調節水系統的流量，可以很大幅度的減少空調系統的能耗。空調水循環回路包括兩個獨立的回路，冷水循環回路和冷卻水循環回路。下面本文將討論這兩個系統的變流量節能控制。一、冷水系統節能冷水是空調制冷系統的載冷劑。冷水循環系統是中央空調系統的重要組成部分，重要起著承載和輸送冷量的功能。 冷水將冷量輸送到末端裝置， 吸收房間空氣的熱量，然后在冷水泵的驅動下將吸收到的熱量傳送到冷水機組，最后傳遞給蒸發器中的制冷劑。傳統的冷水系統是定流量系統， 定

20、冷水流量系統通常采用三通閥對末端設備的冷水流量進行調節，一般來說回水溫度達不到設定值的要求，要比設定值小，因此，冷水系統工作在“大流量，小溫差”的工況下，會造成冷水泵能量的浪費。這種系統通常具有如下弊端：（ 1） 總的水流量大；（ 2） 回水溫度低；（ 3） 部分負荷下制冷效果不均衡；（ 4） 機組的運行效率比較低。由于空調系統負荷以及外部環境的多變性，在部分負荷的工況下，冷水系統通常工作在大流量、小溫差的狀況下，造成冷水泵能量的浪費。因此根據負荷的變化調節冷水流量將會對節能有十分重大的意義。1 冷水系統變流量運行的必要性由于冷水定流量系統存在著相應的弊端，并且中央空調系統在運行中，由于建筑物

21、內部冷負荷以及外部環境等因素的影響，全年中其負荷是時變的。現在的中央空調系統中，隨著負荷的變化， 冷水機組可以隨著冷負荷的變化而動態調節其制冷量，但是其冷源側的冷水流量卻是定流量的， 這樣就導致了空調系統個子系統之間工作不協調，浪費了冷水泵的大量能耗。因此，在中央空調系統中， 冷源側的冷水流量也應該隨動的跟蹤負荷的變化， 在保證蒸發器安全工作的情況下隨動的調節冷水流量， 使冷水系統攜帶冷量與負荷側流量匹配， 避免冷水大流量、 小溫差運行的現象， 從而在保證空調的舒適性要求的前提下， 又能提高冷水系統運行效率，達到節能的目的。2.冷水變流量運行的可行性中央空調系統水系統之所以大多采用定流量的方式

22、，主要原因如下：a）變流量系統成本高，如變頻器價格昂貴，而定流量系統則比較簡單，系統投資低；b）變流量系統會影響冷水機組的傳熱性能；c）減小冷水流量會導致蒸發器蒸發溫度過低，冷水溫度過低，導致安全問題。隨著控制技術以及空調主機技術的進步，上述問題以及顧慮已經可以消除了。眾多實踐證明，變流量系統是可行的，并不會對冷水機組產生安全上的故障。（1）變冷水流量對蒸發器性能的影響因此，只要傳熱面積A 和傳熱溫差T D 不變時，冷水流量在一定范圍內變化變化時，不會影響傳熱系數。也就是說， 所謂的冷水變流量系統，是指負荷變化時相應的調節冷水流量， 而對應的單位冷水流量所對應的冷量并沒有變化，所以，它并不會影

23、響冷水機組的傳熱性能。此外實際中，為了保證冷水機組的傳熱性能，冷水機組都有其最低流速，冷水的流速不應低于機組的最低流速。通常，冷水變流量都有其調節范圍，冷水一般都能維持在湍流的流動狀態，不會影響蒸發器的傳熱過程。（ 2）冷水流量對冷水機組安全性的影響近年來，隨著制冷技術以及制冷空調控制技術的不斷進步以及廣泛的應用， 先進的冷水機組具有具有較完善的控制裝置，不僅可以隨負荷變化大范圍的調節制冷量， 而且允許大范圍的調節蒸發器側冷水的變化范圍，還能保證冷水出水溫度的控制精度， 而對空調主機的運行效率和能耗造成的影響并不是很大。從而保證冷水機組可以隨負荷的變化而調節冷水流量。當前，各種類型的冷水機組的

24、自動控制系統都能某種程度上調節制冷量，使制冷量輸出可以動態的跟蹤負荷的變化。如本文將要研究的雙螺桿式冷水機組可以通過調節滑閥，對制冷量進行調節，可以在21%100% 之間調節。可以看出，冷水機組可以根據負荷的變化動態調節制冷量，在不引起蒸發器故障的前提下，保證隨著負荷變化動態調節冷水流量時。另外，現今的冷水機組低溫保護功能也很完善，當蒸發器蒸發溫度低于安全閾值時，冷水機組就會激活其安全保護機制，保護冷水機組在低流量下的安全運行。可以說， 冷水機組及其控制技術的進步，已經為冷水流量運行的工程應用提供了可能。眾多節能改造實現的變流量系統，已經證明了變流量運行的可能性。但是，冷水機組允許的冷水流量并

25、不能從0%100% ，就像上文所介紹的一樣，冷水機組有其最低流量。因此， 必須保證冷水流量不小于機組允許的最低流量，保證蒸發器的安全運行。3.實現冷水變流量運行的方法實現冷水變流量運行的方法有多種，常用的有改造管路特性，如安裝調節閥門等；改變水泵特性曲線，即采用變頻技術；改變水泵運行臺數。在上述三種方法中常用而有效的方法是改變水泵特性曲線，采用變頻調速技術， 改變水泵的轉速。由水泵的工作原理可知，當改變水泵的轉速n 時，水泵的效率基本是不變的，但它的流量G、揚程H以及軸功率N會發生變化：4.冷水變流量控制技術目前，冷水變流量控制方式最常用的有恒壓差變頻控制和恒溫差變頻控制兩種方式。這兩種方式各

26、有其優缺點。（ 1）恒壓差變頻控制這種控制方式是以壓差為被調參數，因為水力速度慣性時間小，因此壓力的變化要比溫度迅速得多。 在變流量水系統中，當末端盤管使用電動二通調節閥來調節水流量時，會造成供、回水間壓差的變化。 因此，可以選擇在冷水系統管路的適當位置上安裝壓力傳感器， 將檢測到得壓力差傳給控制器， 與壓差設定值比較， 根據誤差的大小調節控制變頻器的輸出頻率，調節水泵的轉速，從而實現冷水流量的改變。 在恒壓差變頻控制方式中，負荷的分布和變化對節能控制的效果影響很大。 由于在實際空調系統中， 負載的變化形式多樣，或者都有相同的變化， 或者末端負載的變化呈現多樣性， 這些情況下， 管路系統壓差變

27、化是不同的，負荷分布的不同以及負荷的大小直接影響采用恒壓差控制的節能效果。（ 2）恒溫差變頻控制恒溫差變頻控制方式是在冷水的供、回水管路上分別安裝溫度傳感器，檢測供、回水溫差，控制器根據供回水溫差調節變頻器輸出，調節水泵轉速，從而實現流量控制。1）優點在中央空調制冷系統中，冷水是承載輸送冷量的載體。冷水所輸送的冷量可以直接反應空調系統的冷負荷，如下式：通過上式可知，空調系統的冷負荷與冷水的供回水溫差以及冷水的流量成正比。由此，溫差的變化某種程度上可以說反映了空調冷負荷的變化。所以，冷水機組采用一次泵變流量系統， 采用恒溫差變頻控制水泵，根據空調系統冷負荷的變化隨動的調節冷水流量，將會使冷水攜帶

28、冷量與空調負荷匹配，并節約了水泵的能耗。2）缺點由于溫度監測點并不是安裝在風機盤管末端，而是有一定的距離，空調管路通常比較長，冷水經過一定時間的循環之后才會檢測到其溫度變化， 因此采用供回水溫差會有比較大的延遲，它反映的并不是當前的負荷，而是某段時間之前的負荷情況。另外，由于冷水的熱容量比較大、惰性大，當負荷發生變化時，卻無法及時通過溫度的變化反映出來，因此存在較大的滯后。二、冷卻水系統節能目前大中型中央空調系統均采用水冷式冷水機組。水冷式冷水機組冷凝器冷凝過程是利用冷卻水與制冷劑氣體熱交換來實現的。根據中央空調系統的制冷原理可知，冷水系統的功能是攜帶和輸送冷量，吸收建筑物室內熱量傳遞到冷水機

29、組內；冷卻水系統的功能是將冷水機組的熱量排放到室外大氣環境中。研究和實現冷卻水系統的優化控制，對于冷水機組和冷卻水系統的節能有著積極的意義 。根據能量守恒可知，冷卻水的流量也一定程度上反映了空調系統的冷負荷，對于節能的中央空調系統而言， 冷卻水系統能夠與冷水系統、 冷水機組協調運行， 從而以最少的能耗動態跟蹤空調系統的負荷，實現系統的節能降耗。本文將以蒸汽壓縮式冷水機組的冷卻系統為例，介紹其工作原理以及節能控制。1.冷卻水系統的工作原理蒸汽壓縮式冷水機組利用制冷劑的壓縮過程、冷凝過程、節流和蒸發過程四個過程組成封閉循環實現制冷過程。 在蒸汽壓縮式冷水機組中， 空調系統的熱量是通過冷凝器與冷卻水

30、熱交換，通過冷卻水排放到空氣中的。冷卻水用來參與冷樹機組制冷劑的冷凝過程，因此是冷卻劑，對于我國絕大多數中央空調制冷系統來說， 其冷卻水系統都是循環用水系統，主要由管路系統、冷凝器、 冷卻水泵和冷卻塔組成。國內空調系統在冷卻水系統設計時一般都將都將冷卻水供水溫度設定為37，冷卻水回水溫度設定為32，這是因為在我國冷水機組的性能測定都是在冷凝器回水溫度為32、出水溫度為37的工況下測定的。在冷卻水循環中過程主要由兩個重要的熱交換組成，一是在冷凝器中的吸熱，二是在冷卻塔中的放熱。經過冷卻塔冷卻的冷卻水一般為32，經過管路進入冷水機組冷凝器中的換熱管中， 吸收冷凝器中的高壓高溫制冷劑氣體的熱量，使制

31、冷劑液化。 冷卻水經過冷凝器后溫度升至37，然后在冷卻水泵的驅動下輸送到冷卻塔，在冷卻塔中經過噴淋冷卻至32。 最后，經過冷卻后的冷卻水又在冷卻水泵的作用下流回到冷凝器中，與冷凝器進行熱交換，如此不斷循環。在冷凝器中，經過壓縮機壓縮的高壓高溫制冷劑氣體被冷卻水冷卻成液態制冷劑。由熱力學原理可知，之所以會發生冷凝是因為蒸氣的飽和溫度 Th 與換熱管壁面溫度 Ta 不一樣。如果 Ta Th ，那么將不會發生冷凝過程。為了保證冷凝器內冷凝過程的發生，應防止管壁溫度大于蒸氣飽和溫度情況的發生，即保證冷凝器出水溫度小于制冷劑飽和溫度。2.冷卻水系統變流量運行的必要性水冷式冷水機組的冷卻水流量通常是按照滿

32、載負荷時的散熱量設計的。因此，冷卻水系統的額定流量通常是所需的最大流量。 而在中央空調系統的實際運行中， 大多數時間都是運行在在部分負荷的工況下。因此，冷卻水流量也應該以變流量的方式運行。由于冷卻水系統和冷水系統在熱力學上是相關的，因此當冷樹機組和冷水循環都能夠隨動跟蹤負荷變化， 而冷卻水系統繼續保持固定流量的話， 那么將會導致整個制冷系統運行不協調，白白浪費大量的電能。通常冷凝熱等于空調系統制冷量與壓縮機機械功之和，冷卻水排走的冷凝熱為：管道霜凍，冷水機組甚至不能開機。可見，冷卻水系統定流量運行方式下，當冷水機組負荷變化時， 冷卻水的溫度也會發生變化， 導致冷水機組無法工作在標準工況下， 從

33、而影響冷水機組的制冷效率， 造成壓縮機組能耗的浪費。 另外部分負荷時， 冷卻水系統的低效率運行也會導致能耗的浪費。因此，冷卻水變水量運行是十分必要的。3.冷卻水變流量運行的可行性考慮冷卻水系統變量運行的可行性，主要考慮冷水機組冷凝器變流量運行的可行性以及冷卻水泵變流量運行的可行性兩個方面。（ 1）冷水機組冷凝器變流量運行可行性對于冷卻水系統變流量工作方式，人們普遍擔心的是冷卻水變流量運行會造成冷水機組能耗增大。冷卻水系統變流量運行的目的是防止在部分負荷工況下冷卻水系統大流量、小溫差運行，導致能耗的浪費。工程實踐證明，根據空調主機冷凝器冷卻需求調節冷卻水流量，采用定溫差控制，隨著負荷的變化，改變

34、冷卻水流量， 冷凝溫度不會有太大的變化，變流量運行不會對冷水機組的性能有太大的影響，對系統節能是有利的。在部分工況下， 冷凝器的冷卻需求減小，如果保證冷卻水供回水溫差恒定，就可以通過調節冷卻水流量，達到大幅度減小冷卻水泵的能耗。通過總結可知，冷卻水變流量和冷水系統變流量運行一樣，只要保證冷卻水溫差恒定，通過調節冷卻水流量，滿足冷凝器的排熱量需求，冷水機組的性能一般來說是不會受到影響的。因此根據冷水機組負荷的變化相應的來調節冷卻水的循環流量，對于中央空調系統的安全運行與經濟運行都是可行的。（ 2）冷卻水泵變流量運行的可行性冷卻水系統的變流量運行是通過調節水泵的轉速來實現的。 理論上， 水泵流量與

35、轉速成正比，轉速與電機頻率成正比，電機的輸出功率與流量的三次方成正比，因此，冷卻水泵采用變頻調速，當流量減少時，相應減小水泵的轉速，則電動機所需輸出的功率就會大幅下降，從而提高了水泵的電機效率，獲得顯著的節能效果。綜上所述， 冷卻水系統的變流量運行是完全可行的，不會對冷水機組的性能產生大的不利影響。同樣， 冷卻水系統也有一個變流量調節范圍，在工程實際中， 可以根據冷水機組的操作手冊給出的數據設計。4.冷卻水系統變流量控制方法當前，隨著制冷機組技術的發展和進步，變冷卻水流量運行方式對中央空調系統整體的節能效果明顯大于對冷水機組的不利影響。冷卻水系統變流量運行，是在保證滿足冷凝器負荷的基礎之上，調

36、節冷卻水的流量，其流量越小節能效果越顯著，而冷卻水流量減少導致冷凝溫度的變化不會導致冷水機組制冷效率的大幅降低。一次泵冷卻水變流量系統一般采取冷凝溫度控制方法和定溫差控制方法。（ 1）冷卻水變流量定溫差控制法所謂冷卻水定溫差控制方法，是指通過控制冷卻水流量保證冷卻水的供回水溫差不變。該方法與冷水定溫差控制方法原理相同。冷卻水變流量定溫差控制結構圖如圖2.4 所示。在冷卻水循環系統冷凝器進出水各安裝一個溫度傳感器，檢測到進出水的溫差，控制器將實際的進出水溫差與設定值比較（設定值一般取為5），以控制冷卻水泵和冷卻水流量。當空調系統處于部分負荷工況下時，冷卻水進出口溫差會變小，此時控制器會減小冷卻水

37、流量，以保證冷卻水進出口溫差為5。另外為了保證冷水機組冷凝器的安全運行，一般會設置頻率下限，保證冷卻水流量不低于最小流量。在冷凝溫度控制法中，是以冷卻水的出水溫度間接的反應冷水機組冷凝器中的冷凝溫度，以冷卻水的出水溫度作為控制變量。在冷凝器進出水端安裝溫度感器，檢測冷卻水的出水溫度， 將此溫度與冷凝器溫度設定值比較，調節冷卻水泵的轉速和冷卻水的流量，盡最大限度的降低冷卻水泵的轉速和冷卻水的流量，只要保證冷卻水的流量不低于最小流量，不影響冷凝器的性能。在部分負荷工況下，可以最大限度的降低冷卻水泵的能耗，減少冷卻水的流量，達到節能的目的。冷卻水變流量冷凝溫度控制結構如圖2.5 所示。采用冷凝溫度控

38、制法，冷卻水進出水溫差變化是比較大的，冷卻水的流量主要由冷卻水進水溫度確定。因此在冷卻水循環系統中添加了冷卻水進水溫度控制回路，在冷凝器進口安裝溫度傳感器， 冷卻水通過冷卻塔噴淋冷卻，檢測冷卻水進水溫度的值并與設定值比較，在冷卻水進口溫度控制系統作用下，通過調節冷卻塔風機的轉速，冷卻水在冷卻塔中可以充分的換熱，以控制冷卻水進水溫度，這樣的話不同水流量情況下冷卻塔出水溫度一般是恒定的，這使得冷凝溫度控制回路可以實現。（ 3）兩種方法的比較冷凝溫度控制法與定溫差控制方法相比了，冷卻水溫差和冷卻水流量變化是不相同的，因此節能效果也不相同。一般來說， 冷凝溫度控制法冷卻水溫差和冷卻水流量變化范圍更大，節能潛力得到更大的開發利用，節能效果更顯著。但是，冷凝溫度控制法中由于存在著最小的冷卻水流量，冷凝溫度對應的不一定是最佳的冷樹機組工況點，因此，在衡量兩者優缺點時不得不考