某地鐵站中央空調空調水系統節能技術改造方案

2024年3月6日發(作者：可持續發展教育)

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Ｎｏ．４，２０Ｏ７，Ｄｅｃ．　Ｖｏ１．２６（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１０１）　文章編號：ＩＳＳＮ１０（Ｏ一９１８０（２ＯＯ７）０４—００８２—０４　某地鐵站中央空調空調水系統節能技術改造方案　賈曉瀅　，呂永剛２，呂秀玲。　（１．廣州市地下鐵道設計研究院，廣州５１００１０；２．廣東省航運規劃設計院，　廣州５１０６６０；３．邯鄲市城建檔案館，邯鄲０５６００２）　［摘要］本文針對某地鐵站中央空調水系統工程分析了目前系統中水泵的能耗起因，并提出了改造水泵降　低能耗的具體方法，與改造前系統水泵能耗相比降低了５６％。　［關鍵詞］中央空調，水泵，能耗　［中圖分類號］ＴＵ８３１　［文獻標識碼］Ｂ　Ｔｈｅ　Ｃｅｒｔａｉｎ　Ｐｌａｃｅ　Ｉｒｏｎ　Ｓｔａｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｒａｌ　Ａｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　Ｒｅｆｏｒｍｓ　ａ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　Ｊ　Ｘｉａｏｙｉｎｇ　，ＬＶ　Ｙｏｎｇｇａｎｇｚ，ＬＶ　Ｘｉｕｌｉｎｇｚ　（１．Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｍｅｔｒｏ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ；２．Ｄｅｓｉｎ　ｇＩｎｓｔｉｕｔｔｅ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ｓｈｉｐｐｉｎｇ　ｉｎ　ｐｒｏｇｒｔｕｎ；　３．ＨａｎＤａｎ　Ｃｉｔｙ　ｃｒｅａｔｅｓ　ｉｆｌｅ　ｃａｓｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｔｅｘｔ　ｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ　ｃｕｒｒｅｎｔｌｙｔｈｅ　ｃｅｎｔｒａｌ　ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｉｔｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｔｏ　ｐｕｍｐｉｎｔｈｅｗａｔｅｒ　ｏｆ　ｃａｎ　ｃｏｎｓｕｎｌｅ　ｅａｔｌｓｅ，ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｐｕｍｐ　ｌｏｗｅｒｓ　ａｎｄ　Ｃａｎ　ｃｏｎｓｕｎｌｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｈｅ　ｃｅｎｔｒａｌ　ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，Ｗａｔｅｒ　ｐｕｍｐ，Ｃａｎ　ｃｏｎｓｕｎｌｅ　時，確定設備參數時都要考慮最不利情況并附加一　１前言　隨著我國經濟的持續發展，中央空調在商業和　民用建筑中越來越普及，其能耗在社會總能耗中所　占比例也在不斷地提升。通常的民用建筑中，暖通　定的裕量，然后參照設備手冊選設備時又總是向設　備型號較大的一擋靠近。而實際運行過程中，空調　負荷多數時間只是設計負荷的４０％～８０％。大多數　情況下與主機匹配的水泵，普遍存在大流量小溫差　Ｃ以下，有的　空調系統耗能約占建筑總能耗的４０％一６０％，在地　的問題，循環水供回水溫差普遍在３￣Ｃ，遠遠低于設計的５℃溫差，說　鐵的運營統計中，通風空調系統的用電量也占了整　甚至只有１～１．５￣　個地鐵運營耗電量的４０％。而為整個水循環提供動　明循環水泵至少有一半的能耗是白白浪費掉了。上述分析表明，系統中存在大量無效能耗，并　力的水泵，其耗能又約占了整個空調系統的ｌ８％左　右，所以空調系統節能亟待解決。　同時造成了設備運行效率低下，這種雙重能耗的疊　通過對用戶的運行數據抽樣進行分析，結果表　加造成了空調系統能源的嚴重浪費。所以解決這種　明：造成能源浪費的主要原因并不是設備性能低　雙重浪費的手段也需要運用雙重的手段，即首先要　下，而是由于設計選型保守、施工驗收粗放、設備　解決設備無功能耗的問題，再加以合理運行控制的　　設施失修、操作調節不當等技術原因。在設計選型　方法，使系統運行效率提到最高水平。＊收稿日期：２ＯＯ７—４—１３；修回日期：２００７—８—３　作者簡介：賈曉瀅（１９７５一），女，工程師，主要從事暖通空調設計。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉａｘｉａｏ＠ｄｔｓｊｙ．ｃ０ｒＩ１　

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第２６卷第４期（總１０１期）　２００７年１　２月　制　冷　對應的關系，可以分別用工作曲線Ｐ和效率曲線　２工程背景　某地鐵站空調系統配置有某離心式冷水機組２　臺、活塞式冷水機組１臺。在加裝屏蔽門后，空調　系統也相應做了改造。　來描述，它們是泵的固有特性，不因所在系統的不　同而改變。管道系統的流量Ｌ與阻力Ｈ之間也存在　一一對應的關系，可以用阻力特性曲線Ｇ描述，　它是管道系統的固有特性，不因所采用的泵的不同　而變化。泵的揚程總是等于系統阻力的，而揚程等　于系統阻力的點只可能是泵的工作曲線Ｐ與系統　阻力特性曲線Ｇ的交點Ｋ，此點就叫泵的工作點。　現在與離心機組配套的冷凍泵電機銘牌功率　３０ｋＷ，測試時實際運行電流５７．６Ａ；冷卻泵５５ｋＷ，　測試時實際運行電流９８Ａ。３０ＨＲ機組的冷凍泵電　機銘牌功率１５ｋＷ，實際運行電流３０Ａ；冷卻泵　ｌ８．５ｋＷ，電流３５．９Ａ０　空調系統每年４—１１月從６：００至２４：００，開一　臺１９ＸＬ機組；０－００至６：００開一臺３０ＨＲ機組；系　統年運行約５７６０小時。　循環泵的節能原理　空調循環水克服管道系統的阻力所需要的能量　來自于空調泵，它是泵的有效功率，其數值等　于泵的流量　與揚程　的乘積　Ｗｘ＝Ｌ?Ｈ　（１）　空調泵實耗能量　是它的電功率　Ｗ＝１．７３２×Ｖ×，×ＣＯＩｓ　二者的百分比　表示電能的有效利用率，即　泵的效率　Ｘ＝Ｗｘ／Ｗ或　＝Ｌ×Ｈ／Ｘ　（２）　由式（２）可知，節約空調泵用電　的途徑，　一是設法減小泵的有效功率　，二是設法提高泵　的效率　（見圖１）。　泵的流量　與揚程　、效率　之間存在一一　Ｈ　Ｎ　０　圖１循環泵工作性能原理圖　由式（１）和式（２）可知，泵的有效功率等于　工作點Ｋ對應的矩形Ｋ—Ｈ一０一Ｌ的面積；實際功　率則等于面積除以效率。泵的有效功率和效率都隨　點位置的不同而改變，一切能使　點朝減小面　積、提高效率的方向移動的辦法就是節約泵用電的　方法。　４循環泵的節能方法　４．１減小管道系統的無效能耗　空調泵的實際流量厶往往大于設計流量　，　而只有設計流量才是有用流量；泵的實際揚程　也往往大于設計流量下的系統阻力　，而只有克　服設計流量下的系統阻力所需要的揚程才是有用揚　程：由此可知，空調泵的有用功率　遠遠小于泵　的實際功率　，比有用功率多余出來的那部分功　率——即無效能耗顯然是被白白浪費掉了。無效能　耗實際上是管道系統的過剩流量和非正常阻力消耗　掉的那部分能量。　（１）消除過剩流量　過剩流量可以通過三種不同的途徑消除：　Ａ．節流：調節（關小）泵的出口閥門的開啟　度以增大系統阻力，使泵的工作點沿著泵的工作曲　線Ｐ向流量減小的方向移動到設計流量　，的位置　——即節流法。這種方法以增大系統阻力為代　價，功率減小有限，所以，節能效果并不明顯。　Ｂ．變頻：降低泵的轉速可以同時減小泵的流　量和揚程，因而可以將泵的工作點沿著阻力特性曲　線移動到與設計流量　對應的位置　——即變頻　法。這種方法盡管也能達到消除過剩流量的目的，　但問題在于，離心泵是按水力特性最佳的條件設計　的，這些條件就包括泵的轉速和幾何尺寸，泵只有　在轉速和幾何尺寸都按同一比例改變（相似改變）　

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Ｎｏ．４，２ＯＯ７，Ｄｅｅ．　Ｖｏｌ　２６（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１０１）　時，才能保持其最高效率（銘牌效率）不變；否　原因。以１９ＸＬ機組的冷卻泵為例，泵的實際功率　則，效率必定降低。變頻只降低了泵的轉速，卻不　為５６．８，根據泵的型號和實際揚程，可查得此時泵　可能按與轉速相同的比例減小泵的幾何尺寸，這種　的效率約為４５％；若能設法將泵的效率提高到　不相似改變必然導致泵效率降低；特別當需要大輻　７５％，則只需５６．８　ｘ　４５％／７５％：３４ｋＷ就夠了，僅　度降低轉速才能達到設計流量時，盡管無效能耗大　此即可節電２２．８　ｋＷｈ。　大減小，但由于泵內部損耗的急劇增大抵消掉了大　部分節能效果，所以，實際的節能效果也不理想。　Ｃ．更新水泵：根據現場實測結果，選用一臺　空調泵運行效率普遍低的原因之一是所選用的　泵與實際需要不匹配，實際工況遠遠偏離銘牌工　況。對這些用戶而言，節約泵用電的關鍵在于設法　銘牌流量等于設計流量￡　，銘牌揚程等于　的　泵，將原來的泵更新。此種情況下，由于無效能耗　已大大減小，新泵又是在銘牌參數下運行，因而具　有最高的運行效率，即銘牌效率：兩項節能效果疊　加，因而節能效益大大超過節流和變頻。　（２）降低系統非正常阻力　消除過剩流量并不難，但過剩流量消除后，機　組和系統卻往往不能正常運行；這是由于無效能耗　還與管道系統的非正常阻力有關，在系統非正常阻　力未得到妥善處理的情況下，簡單消除過剩流量必　然會造成各種不良后果。　造成管道系統非正常阻力的原因各種各樣，設　計失誤、施工粗糙、設備設施年久失修、運行調節　方式不當…等等原因，都有可能造成系統很大的非　正常附加阻力，必須通過現場實測，并根據實測結　果進行計算、分析以后，才能判斷出非正常阻力產　生的原因，找到有效的解決方法。只有在已經消除　了系統非正常阻力的前提下，消除過剩流量才不至　于影響機組和系統的正常工作。降低系統非正常阻　力的另一個主要目的，在于大大減小現有管道系統　阻力特性曲線的陡度，使之趨向平坦，從而可進一　步減小泵的功率。　４．２提高泵的效率　（１）提高泵的運行效率　從式（２）可以看出，由于泵的效率總小于　１００％，因此，效率對功率起著放大的作用；在流　量和揚程都相同的條件下，效率越低，泵消耗的功　率就越大。泵的效率與泵的實際流量、揚程和轉數　有關，當實際流量等于銘牌流量、實際揚程等于銘　牌揚程、實際轉速等于銘牌轉速時，泵具有最高效　率——即銘牌效率，其它工況下的效率總低于銘牌　效率；實際工況偏離銘牌工況越遠，效率也越低。　運行效率低是造成空調用戶泵用電嚴重浪費的普遍　提高泵的運行效率，為此，需要在消除管道系統的　無效能耗的基礎上，根據現場實測結果，重新選用　銘牌流量等于設計流量、銘牌揚程等于設計流量下　的系統阻力的高效泵，將原泵更新，使泵始終在銘　牌效率下運行。　（２）提高泵本身的效率　水流與泵體、泵內部不同流速的流層、泵本身　動／靜部件之間的摩擦都要耗能，因此，泵的內部　損耗必不可免，泵的效率不可能達到１００％。泵內　耗的大小與不匹配程度有關，當實際流量與銘牌流　量的偏差達到一定程度時，水泵內部流速場的畸變　將引發激烈的渦流，造成內部損耗急劇增大，因而　效率會大大降低。采用均流技術可以有效抑制渦流　的形成和擴展，是一種新的水泵節能技術。均流泵　的匹配范圍較寬，流量偏離對效率影響較小，有顯　著的節能效果。　４．３部分負荷時的動態調節（智能節電系統）　循環泵的設計流量是機組額定工況下的流量，　但機組的負荷是隨系統耗冷量的改變而不斷變化著　的，特別在過渡性季節，機組常常處于部分負荷工　況，冷凍、冷卻水量時有過剩，若采用動態調節系　統，使泵的流量自動跟蹤機組負荷的變化，應能獲　得進一步的節能效果。　目前最常用的動態調節方法是變頻自動調速系　統，但這種系統不僅造價昴貴（投資回收期一般長　達４年以上），而且，泵的效率損失與調節幅度成　正相關關系，因此，采用的前提是：泵必須已經與　機組的額定工況匹配，不需大幅度改變泵的轉速。　除此之外，對冷凍水系統而言，當水量太小時，常　有不能滿足個別末端設備必需的水壓降之虞；對冷　卻水系統而言，當水量太小時，往往會嚴重影響冷　卻塔的冷卻效果，降低機組效率：因此，還需要輔　之以某些特殊的技術措施。　

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第２６卷第４期（總１０１期）　２００７年１　２月　制　冷　年，每年可節電２７萬度以上。空調泵耗電量可節　５工程主要技術措施　比較各種節能技術的先進性和經濟性，本方案　約５６％左右。　采用減小管道系統的無效能耗和提高泵的運行效率　為主要手段，并擬采取以下主要技術措施：　（１）現場測試，根據前面所述，進行新泵選型　７結論　從本工程的實際賬行情況來看，節能并不意味　著采用多么新的技術，傳統技術使用得當照樣可以　達到節能的效果。　（２）根據流體特性改造部分閥門及管件　（３）更新冷凍泵和冷卻泵各２臺　（４）新增電氣保護４套；更新電流表一互感器　４套；加裝電子計時器４個；加裝電度表４個　（５）系統整改及調試　８參考文獻　［１］江億．超低能耗建筑技術及應用［Ｍ］．．北京：中國建　筑工業出版社，２１３０６　６工程節能效益　本工程交付使用后，按照目前的運行制度，空　調泵耗電量可由現在的３６萬度／年減少到９萬度／　［２］江億．我國建筑耗能狀況及有效的節能途徑［Ｊ］．．暖　通空調，２００５，３５（５）：７６—８６　［３］孫一堅．空調水系統變流量節能控制［Ｊ］．水流量對空　調系統運行的影響．暖通空調，２００４，３４（７）：６４—６６　學會信息　廣東省制冷學會第六屆理事會成員　于２００７年１１月３０日在廣州市東園賓館隆重舉行的廣東省制冷學會第六次會員代表大會上，經過代　表充分醞釀和民主選舉，選出了廣東省制冷學會第六屆理事會成員如下：　（１）廣東省制冷學會第六屆理事會理事　鄭雄徐澤智　陳文聰馮自平李憲光宋擊臻夏志成謝峰朱冬生王冠平徐言生王楊宏柳沈集榮周孝清蔡湛文李欣朱利斌舒小秋梁廷夫廖堅衛梁賴洪鄧子龍羅瑤陳紹斌朱偉杰屈國倫歐陽惕陳祖銘袁博洪張宗城錢禎祺李晨紅楊一化鄧偉雄彭丘敏陵黃輝李志明王凱旋宋肖兵黃燕玲梁顯庭嚴英仕方沛明王芬全周修鋒　李功振　陳穎　劉國豐　毛本平　郭開華何剛明關志強許先民蘇宇貴羅紀超梁榮光鮑振華趙寧凡陳志堅胡卓炎　呂金虎鄭雙名　伍耀均　（２）廣東省制冷學會第六屆理事會常務理事　鄭雄徐澤智　陳文聰馮自平李憲光朱冬生王冠平沈集榮周孝清蔡湛文梁廷夫廖堅衛梁賴洪朱偉杰屈國倫歐陽惕錢禎祺李晨紅楊一化　黃輝李志明王凱旋梁顯庭嚴英仕周修鋒　李功振　郭開華何剛明羅紀超（３）廣東省制冷學會第六屆理事會理事長、副理事長、秘書長、副秘書長　理事長：　鄭雄　副理事長：　徐澤智陳文聰沈集榮梁廷夫朱偉杰錢禎祺黃輝李志明梁顯庭　秘書長：　陳文聰（兼）　副秘書長：　徐澤智（兼）李憲光周修鋒冀兆良