冷却水系统变流量的全年工况节能分析

浅谈循环水冷却系统的节能改造循环水冷却系统是工业企业不可或缺的重要设备，水冷却系统通常由冷却塔、水泵和换热系统等组成，其工作流程是由冷水流过需要降温的生产设备有效换热后再返回冷却塔，通过冷却塔内将温度上升的循环水降温，然后通过循环水泵加压后再次循环使用。

标签：循环水冷却系统节能改造前言：循环水冷却系统作为企业主要的供能设备，占企业用电量的比重相对较大，在国家日渐提倡重视节能环保的新时代下，通过对循环水冷却系统进行节能改造而降低用电消耗，不仅能为企业创造较好的经济效益，更能实现良好的社会效益，在工业循环水冷却系统中循环水泵、冷却塔风机是用电大户，所以节能改造的关键点在于研究如何对循环水泵和冷却塔风机进行节能改造，本文就具体的节能改造措施进行简单阐述。

1.循环水泵的节能改造水冷却系统的循环水泵作为主要的动能设备，占能源消耗的比重相当大，循环水泵方面除采用高效节能泵外还可以通过以下几个方面进行节能改造，一是通过水泵的富余流量分析，以控制循环水泵的回水阀门开关度的方式来调节循环水的供应压力，在满足系统运行的实际扬程情况下低于水泵的设计扬程时，可以有效避免因额外的循环量而产生的能效浪费;二是随着高压大功率电机变频调速技术的不断成熟，运用变速变流量的节能原理，根据水泵的压力和流量特性曲线，在保证循环水冷却系统压力的前提下，采用对循环水泵电机调节方式进行变频改造来实现优化节能，根据循环水泵的转速、扬程、功率与节电率的变化，在转速降低、流量减小时，电机所需功率近似按流量的3次方大幅度下降，虽然降低转速时额定的工作参数会相应降低，但水泵仍能在同样的效率下工作，所以降低转速能大大降低轴功率从而达到节能的目的;循环水泵在进行变频节电改造后，改造后的变频系统相当于一个全自动的调节阀，水泵降低了转速，流量就不再用关小阀门来控制，阀门始终处于全开状态，避免了由于关小阀门引起的能效损耗，同时也避免了总效率的下降，确保了能源的充分利用，设备需要多少，就能供应多少;在采用变频调速时，50Hz工况下满载时功率因数为接近1，工作电流比电机额定电流值要低很多，是因为变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用，可以为电网节约20%左右的容量，从而确保了能源的有效利用;三是降低水泵出口压力，通过对水冷系统运行参数和水泵设计参数进行充分的分析比较，通过对循环水泵进行削切叶轮来减小叶轮直径，降低水泵扬程和水泵出口压力，从而达到降低水泵电耗的目的。

冷却水系统变流量可行性研究香港智迪国际建筑设计顾问有限公司陈剑中南建筑设计院李斌摘要分析了变流量冷却水在冷凝器内的传热过程机理及空调负荷与冷却水流量之间的关系，给出采用变流量冷却水系统的能耗特征，并建议适合采用变流量冷却水系统的地理范围及冷却水泵与制冷机组消耗功率的比值范围。

关键词变流量冷却水ＣＯＰ１引言一般来说空调系统冷却水泵用电量约占电制冷机用电量的１２％一１５％…，空调系统在大部分时间内均为部分负荷运行，而冷却水泵消耗功率不随空调负荷的变化而变化，因此在部分空调负荷时，冷却水泵耗电量所占比例更高。

如果能够实现冷却水泵变频运行，降低冷却水泵耗能比例，这对空调系统节能具有重要的意义。

但是冷却水系统变流量运行会对制冷主机ＣＯＰ值产生影响，冷却水泵的节能能否补偿冷却水变流量运行所带来制冷主机的能耗增加是决定采用这一方案的关键因素。

下面对电制冷冷水机组采用冷却水变流量运行的可行性做具体分析。

２冷水帆组对冷ｉｌｌ水流■要求统计当今世界各种电制冷冷水机组对冷却水流量要求可以发现，满足冷水机组正常运行时冷却水流量可以在一定的范围内变化。

其决定因素包括两个方面：１．冷凝器内换热管的经济流速；２．冷却水管上流量开关的限定要求。

例如根据文献［２］冷凝内的流速范围在１．０１—３．６６ｍ／ｓ，因此冷却水在一定范围内变流量运行对机组本身的性能要求是可行的。

３变滴量冷却水对冷凝暑传热彤自分析冷却水在冷凝器铜管内流动，通过水和制冷剂的热交换从而带走制冷剂的热量。

其换热量的大小取决于冷凝器内管道的传热系数和制冷剂与冷却水的温度差。

对于某一台制冷机而言，其换热面积一定、制冷剂冷凝温度一定，假设冷却水温按照标准空调设计工况不变时，换热量与冷却水流量关系分析如下：根据文献［３］冷凝器内冷却水与制冷剂的换热满足光滑管内紊流换热条件，其换热公式为：Ｎｕ＝０．０２３Ｒｅｏ８ｔ，ｒｏ３Ｎｕ２ｇｄｌ？ｔ三、空调与控常３类１８９Ｒｅ＝Ｗｄ／ｖ得：口＝Ｏ．０２３酽８ｄ－０２ｐｒｏ３柚‘ｏ８（１）式中Ｎｕ——努谢尔特数；Ｒｅ一雷诺数；Ｐｒ一普朗特数；ａ——综合换热系数；ｄ——水管管径；＾——冷却水的导热系数；彤——铜管内冷却水流速；ｖ——冷却水的运动黏滞系数从公式（１）可以推导出：当冷却水温度一定时或在实际运行当中变化不大（小于１０％）时，水的物性参数基本上没有变化，即Ｐｒ、＾、ｖ可以看成定值。

化工厂循环冷却水系统节能改造方案经济性分析目前，国外工业循环水泵运行效率一般在70%左右，而我国平均运行效率约为50%左右，可见工业循环水系统节能有着广阔的空间。

化工厂冷却循环水系统运行时需要设置的参数较多，运行条件容易发生变化，循环系统中水泵机组的参数优化过程较为复杂，造成了冷却循环水系统在运行时实际工况容易偏离最佳工况点，即管路及水泵产生过多的无效阻力，造成系统能源利用率偏低，浪费电力严重。

标签：化工厂；循环冷却水系统；节能改造；方案经济性1 工业循环冷却水系统构成及原理工业循环冷却水系统，由单级双吸式离心泵，冷却塔，风机，旁滤系统，以及监测换热系统等部分构成。

通过离心泵将凉水塔池中的水打到生产车间的换热器中，从而给换热器将温，然后循环回来的水在泵压作用下流向塔顶，再通过横流式和逆流式冷却塔将其降温，如此循环往复，使水资源在不断冷却过程中，实现循环利用。

2 工业循环冷却水系统的安全与节能设计思路2.1 工业循环冷却水系统的安全问题及设计思路2.1.1 工业循环冷却水系统的安全问题工业循环冷却水系统安全问题，主要体现在以下方面：（1）水力不平衡：水力不平衡问题，一般由冷却水系统运行稳定性差有关，主要体现在流量以及压力不稳定两方面，从根源上看，在于系统设计不合理。

管路设计不合理，管径大小不符合系统需求，会导致设备与设备之间水头损失增加，致使水力不平衡问题发生。

（2）冷却塔冷却效果欠佳：冷却塔冷却效果差，易对系统的安全性造成影响，该问题一般由冷却塔位置不合理或进出水不均匀等多导致，冷却塔位置不合理，导致进风侧受遮挡，进出水不均匀，部分冷却塔承受冷却水量负荷过大，都会影响系统的安全性。

2.1.2 工业循环冷却水系统安全设计思路（1）水力不平衡问题的安全设计思路：在同一系统中，通常采用同一水泵加压，因此，各个设备最初压力相同，可通过以下思路，确保系统运行过程中，设备的水压相等：首先，调整水头损失，提高设备与设备之间压力的平衡性。

关于空调冷却水系统变频节能控制的分析和应用魏汉光12李宇成2(1．中国国际贸易中心北京100043；2．北方工业大学北京100043)[摘要]在不同季节、不同天气、不同时段下，字调冷冻机制冷负荷变化较大，普通定频定流量系统．宅调冷却水系统大部分时间在大流量、小温差状态下运行，既不节能，也不利于空调冷冻机正常、安全运行。

通过分析空调冷却水系统特点和运行要求，将冷却水系统与变频器及测控设备有机结合，形成闭环变频控制系统。

当空调负荷变化或外界温、湿度变化，造成冷却水出水温度变化时，通过调整冷却泵运行频率。

达到降低综合能耗，同时保证冷冻机安全、正常运行的目的。

[关键词]空调冷却水系统变频控制节能中图分类号：T P2文献标识码：^文章编号：167l一7597(2009)0110016—02近年来，随着我国经济发展，中央空调系统已广泛应用于宾馆、饭店、写字楼、商场、医院、地铁站、文化娱乐设施等各类民用建筑，空调能耗增长很快，空调耗电占大型公共建筑总耗电量的50％以上，空调冷冻泵、冷却泵耗电约占建筑空调耗电的20％左右，但国内建筑物单位面积的耗电量约为国外同等规模同档次建筑物耗电量的两倍，节能潜力很大，分析、研究空调冷却水泵变频节能智能控制，不仅有利于保障空调冷冻机正常运行工况，而且可以大大降低空调水泵自身的运行能耗和整个系统的综合能耗，降低建筑空调能源消耗和运营成本。

对整个社会的节能和环保都具有非常重要的现实意义。

众所周知，民用建筑物牢调系统是按照天气最热、负荷最大季节、时段设计，并留有1096以上的余量，但季节不同、天气不同、时段不同时，建筑空调需求差异很大，实际上每年绝大部分时间，空调都不需要在最大负荷状态下运行，根据美国暖通制冷空调工程师协会(A sH RA E)给出的建筑物全年实际运行负荷的统计数据，建筑物在全年的80％的运行时间里，实际宅调需求负荷低于设计负荷的75％。

目前，空调冷冻机一般都可以按照冷冻水出水温度设定，根据负荷变化自动加载或减载，窄调冷冻水泵变频调节也已广泛应用，具有较为灵活的调节性能。

空调冷冻水一次泵变流量系统的节能与控制【摘要】文章简单介绍了一次泵变流量系统，对一次泵变流量系统的能耗做出了分析，提出了空调冷冻水一次泵变流量系统的节能与控制方法。

【关键词】：空调；冷冻水系统；节能引言建筑物中央空调系统的冷冻水一次泵，传统上都采用固定转速水泵。

空调水的变一次流量控制系统(VPF：Variable-Primary-Flow，也称为：冷冻水一次泵变频调速控制系统)是近年才开始出现的先进控制方案。

配置变频调速冷冻水泵，可以对冷冻水流量进行调节，达到精细化控制的目标。

虽然在负荷侧都是变水量控制，但变频调速的一次侧控制和传统固定转速的一次泵系统不同，它比传统方式控制要求高得多。

要求楼宇自控系统的工程服务者设计合理的变一次流量控制解决方案，提供满足要求的控制功能。

本文结合某大型建筑的变一次流量控制工程方案，对这种解决方案进行讨论。

1一次泵变流量系统的特点一次泵变流量系统(VPF)的定义概述如下，当末端空调负荷变化时，电动二通阀调节开度，改变冷冻水量，此时采用一定的控制措施，变频水泵和冷冻机组的水流量都随负荷的改变而改变，在旁通管上增设了旁通控制阀，以维持运行冷冻机的最小流量，如下图所示。

图1和二次泵变流量系统相比，最显著的一个特点是少了一组定速泵。

另外在旁通管上多了一个控制阀，当系统水量小于单台冷冻机最小允许流量时，旁通阎打开，旁通一部分水量使冷冻机运行在最小允许流量之上。

最小流量由流量计或压差传感器测得。

系统末端仍然安装二通调节阀，水泵的转速由系统最远端压差的变化控制或供回水温差控制。

冷冻机和水泵的台数不必一一对应，它们的台数变化和启停也分别独立控制。

VPF系统可以改变整个系统中的循环水量，既包括流经蒸发器的冷冻水流量，和冷却盘管中的冷冻水流量。

VPF不仅仅节省了二次泵变流量系统中低效率的一次定流速泵，而且省去了管线，接头及其工程费用，电力设备等，机房空间的需求也随之降低，这些都可观的节省初投资。

2020(8)李龙:空调冷却水系统变频节能分析69回收期在3a左右。

如果制冷时长和用电价格提高，则投资回收期将缩短。

5结论1）针对空调冷却水系统的冷却塔、水泵及制冷主机建立数学模型，在主机变负荷工况下，分别分析了冷却塔风机及冷却水泵变频对冷却水系统能耗的影响。

2）在整个制冷系统中，冷却水泵功耗占比越大,采用变频运行后的节能量越显著。

本文中30m扬程水泵变频的投资回收期较20m扬程水泵短1a。

3）冷却水泵扬程为20,30m时，冷却水泵功耗占制冷系统能耗（不含冷水泵）的比例分别为10%,15%,此时水泵变频都存在最大节能量工况。

该工况受不同电制冷机组的负荷特性影响，可能会略有不同。

4）如可根据制冷机负荷，调整冷却水泵至最大节能量工况点，考虑IPLV的使用时间权重，则冷却水泵的静态投资回收期在3a左右。

5）仅从能耗水平来说,采用风机变频并不能有效降低制冷系统能耗。

这是因为.冷却塔风机风量降低后，会影响冷却水进出口温度，从而较大地增加制冷机组能耗。

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