中央空调水系统设计中的若干技术问题

王伟钊

摘 要：中央空调系统是现代公共建筑中必不可少的组成部分，在抵消室内环境冷、热负荷中，发挥着十分关键的作用。而其中的中央空调水系统具有复杂的组成，它直接关系着中央空调系统的整体运行效果。但是，在现代中央空调的水系统设计中，却还存在一些技术问题，亟待解决。基于此，本文深入研究了中央空调的水系统设计，并针对其中的有关问题，提出了一些解决策略，仅供参考。

关键词：中央空调；水系统；设计

本世纪以来，随着中国国民经济的快速发展以及城市化进程的持续深入，大部分现代化公共建筑都采用了中央空调系统来对室内空气环境的冷热负荷进行调节。而相较于建筑给水系统以及消防水系统，中央空调水系统具有自身的一些特点。冷却与冷冻水系统组成了中央空调的水系统，其中的冷却水系统的作用是利用管道，通过水泵将空调制取冷量时的热量传给冷却塔，并排入大气；而冷冻水系统的作用是利用管道将制冷主机制取的冷量传给空调的末端设备。根据空调负荷，确定了制冷机后，也就确定了冷却与冷冻水量。

1 概述中央空调水系统

对于中央空调，冷热水机组基本承担了室内的全部负荷。通过水管，空调的末端设备联通了冷热水机组，温度的调节是通过冷热水来实现的。水系统的布置以及独立调节性等都直接影响着供冷（热）的效果，同时还密切关系着各分机的独立运行。

2 优化管道的管径和流速设计

应基于对初投资以及运行费用平衡的综合考虑，来确定合理的管道流速。流速越大，则选用的管径可越小，可降低初投资，而水泵的扬程却应适当增大，运行费用也相应地会有所提高，反之亦然。从理论上看，最佳的管道流速为初投资与运行费用和的值最小时确定的流速。基于这个原则，设计手册或规范中也都给出了流速的一个具体范围。在设计空调水系统的过程中，应取上限值，第一，空调系统很少实施满负荷运行，通常运行都处于部分负荷下，在使用空调的季节，负荷率通常都低于70%，而一般是根据满负荷流量来确定管道的管径和流速的，因此，系统运行中的管道内流速通常都不会太高，尤其是主管道。第二，现代建筑具有较多的功能以及建筑内管线，且要求高。比如，空调房间的天花中，一般都有消防水管、电线槽以及空调的冷冻水管、送风管、新风管、冷凝水管、排风管等，部分还有排、给水管，而且管线的交叉现象十分普遍，致使所占空间变得更大。为了减少初投资费用，适当增大实际使用面积，建设企业希望管线所占的平面及空间不能太多，所以，管径需要尽量小一些。3 合理控制变流量

变流量控制技术广泛应用在现代中央空调系统中，它主要用于控制一次泵系统中的冷冻水泵、冷却塔风机与水泵以及中央空调系统的一、二次回风系统、变风量系统以及新风系统等的变流量。以上变流量控制系统通常采用通用变频器和自动控制技术，来完成对风机和水泵等的控制，并实时控制运行频率，进而实现控制变流量以及节能的目的。冷冻水系统的节能方法主要有：①优化管网以及管路的设计；②优化水泵系统的控制。但是，建成一个建筑以后，将会较难优化已经和建筑合为一体的管路与管网系统。相对来说，与管网系统管路的优化相比，优化控制水泵系统将会简单得多。优化控制水泵系统一般是为了保证水泵的流量可以适应中央空调冷负荷的变化。在智能建筑实验室中的冷冻水系统属于有代表性的二次泵变水量系統，冷水机组和其一次泵进行联动，变水量运行不太适合，因此，只可以优化控制二次泵组。可以利用阀门来调节变水量系统的流量，是通过管路特性曲线的改变来实现的，通过节流阀能够将管路阻力增大，以便将流量减少。但是，该调节方法显然不经济，随着管路阻力的增加，管路损耗也会增大，所以，在降低了流量之后，功率却并没有显著减小。调节水泵吸入侧阀门的过程中，还存在气蚀缺陷，因此，应尽量减少对其的使用。

4 优化变频控制

通过比较空调水系统的几种控制方式以及变负荷特性可知，一般情况下，针对舒适性空调，使用定压差控制方法就可以很好地达到要求，而针对控制精度高的复杂系统，则需要利用变设定压差控制，尤其适用于相对复杂的用户端系统。而空调水系统具有变负荷特性，采用定压差控制，则会导致水泵控制带出现问题，从而会降低水泵工作点的稳定性。所以，考虑到空调水系统存在非比例负荷变化，故系统运行工况点形成的不是控制曲线，而是控制带。如果流量需求相同，则流量需求会随对应的用户负荷分布而变化，控制带的形状也会随管网形状的大小而变化。

5 优化设计冷、热水循环泵

水泵的能耗是整个中央空调系统总能耗的20%左右，故具有较大的节能潜力。现今，部分工程在冬、夏两季共用一个循环水泵，而其水流量会随供、回水温差的提高而变小，随负荷的增加而变大。在中国的夏热冬冷区域，夏季空调冷负荷一般比冬季热负荷大，而夏季和冬季中央空调的供、回水温差分别为5℃和10℃，所以，夏季的水流量远远大于冬季的。水泵功率和扬程与水流量的乘积是正比例关系，所以，夏季水泵功率明显大于冬季。若夏、冬两季共用一台水泵，既浪费电能，又会造成冬季的水泵运行和系统不符，导致水泵运行不在高效区，或运行为小温差大流量而浪费电能。所以，应分开设置夏、冬两季的循环水泵。

6 结语

总之，中央空调一般用于营造建筑内恒温，使生产、生活环境更加宜人，故得到了广泛的应用。中央空调水系统设计既影响着空调的管理、运行、控制、维护和安装，又影响着工程造价等。所以，应针对水系统设计中的技术问题，优化设计其水系统，以便提高中央空调系统的效果。

参考文献

[1]张琦.基于STM32的中央空调水控制系统的研究与实现[D].西安建筑科技大学，2017.

[2]林湛超.南京市环保局监察技术综合楼中央空调节能方案设计[D].华南理工大学，2017.

[3]刘敏层，张峰.基于PLC和组态王的中央空调水控制系统设计与应用[J].现代建筑电气，2017，8（01）：19-22.

[4]李建维.中央空调水系统节能运行优化技术研究[D].西安建筑科技大学，2016.

（作者单位：广东华方工程设计有限公司）