摘要：空调能耗正成为广大暖通设计者关注和研究的重要课题，本文分析了影响空调系统能源消耗的关键因素，并从系统的选择、设备的选配及系统的运行管理等方面提出了切实可行的空调节能方案，对空调系统的设计及运行管理中的节能具有一定参考价值。
关键词：中央空调；系统；设计；节能
1.中央空调系统的构成
1.1冷冻机组
这是中央空调的“制冷源”，通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”，降温为“冷冻水”。
1.2冷冻水循环系统
由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各房间内进行热交换，带走房间热量，使房间内的温度下降。从冷冻机组流出、进入房间的冷冻水简称为“出水”，流经所有的房间后回到冷冻机组的冷冻水简称为“回水”。
1.3冷却水循环系统
由冷冻泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压人冷却塔，使之在冷却塔与大气进行热交换，然后在将降了温的冷却水，送回到冷却机组。如此不断循环，带走了冷冻机组释放的热量。流进冷冻机组的冷却水简称为“进水”，从冷冻机组流回冷却塔的冷却水简称为“回水”。
1.4冷却风机
冷却塔风机用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。可以看出，中央空调系统是工作过程室一个不断地进行热交换的能量转换过程。在这里，冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者。冷却水温度过高、过低都会影响冷冻机组使用寿命，因为温度过低影响机组润滑，但温度过高将导致制冷剂高压过高。因此，对冷却风机的控制便是中央空调控制系统的重要组成部份。变频控制冷却风机的转速使冷却水出水温度保持在28～30℃之间，既节能又延长冷冻机组使用寿命。!中央空调系统的组成和控制思想中央空调与家用独立空调的温度传递方式不同：家用独立空调直接吹风到散热器上获得冷风或者热风。中央空调主机对循环水进行加温或者降温，循环水（冷凝&温水）经水泵由隔热水管流向用户房间，用户房间安装散热器和风机，风机吹风通过散热器后进入房间，这时的风被加热或致冷。可以看出，中央空调系统具有两套水循环系统：传送冷&热量到用户的水循环系统和主机散热的水循环系统。这两个系统都使用了若干水泵和风机。中央空调系统通常都使用多台主机，对应地，水泵和风机也就更多了。通常的中央空调循环水流动速度是固定的。它不管有多少房间需要开空调，也不管各房间需要多少温度，即中央空调系统随时满负荷运转。这样显然效率非常低且浪费能源。大多数中央空调采用人工控制节能。我们采用智能单元，控制循环水的流动速度，协调各水泵风机的工作状态，使循环水的冷&热量充分被使用，同时也使空调主机处于最佳运行状态，充分利用空调机的最佳能耗比，提高主机运行效率；是我们节能控制的主要目的。
2.系统实现原理和要求
2.1系统实现原理
变频调速是风机水泵节能的最佳方案。根据流体理论，离心式风机水泵的轴功率是转速的3次方函数关系。此空调系统有3个单独的控制对象：冷温水水泵、冷却水水泵、冷却塔风机。因此自然而然为这3个对象设计了3个控制器，分别控制3台变频器。3个控制器分别就本子系统的最优目标进行控制，但这样不一定就能保证整个系统的最优目标和稳定性，故而又引入了协调器，负责对3个子系统的监控和仲裁，如此由低层控制器和高层协调器构成了典型的DCS。系统结构图如图1。
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3.中央空调系统的节能设计方案比较
根据现代公共建筑特点及使用功能情况分析，中央空调设计方案主要有风冷模块机组、水冷螺杆机组、一体化智能空调机组、水源热泵机组4种，现在对3种方案进行分析。
3.1风冷模块机组
风冷冷（热）水机组是以空气为冷（热）源，以水为供冷（热）介质，采用电驱动制冷和制热，作为冷热兼用型的一体化设备，是可实现全年性气候运行的一种机型。它是一种能够独立提供冷热源的机组。风冷模块式冷热水机组适用于既无供热锅炉，又无供热管网或其它稳定可靠热源，却又要求全年空调运行的暖通空调工程。此机组的特点及优势明显。
（1）可在制冷时向空调系统提供冷水，在采暖时向空调系统提供热水，是理想的空调冷热源。
（2）因为机组制冷制热均使用电这一清洁能源，制热时的热量直接取自于室外空气，既可节省能量，又避免了燃煤、燃油燃气等带来的污染问题，也无冷却塔的噪音和飞水污染，是典型的“环境友好”型产品。
（3）冬季供热节电，冬季采用风冷冷热水机组供热比用电直接供热省电2/3左右。
（4）该机组集制冷、制热功能干一体，既可在夏季供冷实现室内降温，又可在冬季供热，实现采暧，一机多用。风冷模块机组采用模块组合方式，主机可以由多台模块机任意组合成一个大型机组，并设定一台主模块机控制机组，模块机组能自动根据室内空调冷冻水温度全自动启动或关闭，电脑全自动调节输出冷量。风冷模块机组虽然可以由多个模块组合而成，但是其能效比只有3.0左右，这样在大部分上班时间（满负荷）运行的情况下，未必达到节能效果。整个建筑所需冷量大约4440kW，所需电量：4440kW•h÷3.0=1480kW•h，此耗电量暂时未考虑水泵耗电量，如果加上水泵耗电量，则整体耗电量将增加更多。如果为了用户加班而采用该系统，则水泵也得采用变频方式，整体工程造价高，而且节能效果不明显。总之，风冷热泵机组通常适用于既无供热锅炉、又无供热热网或其它稳定可靠热源却又要求全年进行空气调节的暖通空调工程。
3.2水冷螺杆机组
水冷螺杆机组是行业目前公认的能效比较高，可以达到4.8以上，在使用时间比较集中的情况下，节能效果非常明显。但是这款空调需要建很大的制冷机房，需要增加土建费用及管理成本，再加上该办公楼出租，在分层独立控制方面比较麻烦，在晚上用户加班时系统低负荷运行，压缩机能效很低（四级调节，最低25％）节能效果不明显。考虑到该项目实际情况，采用水冷螺杆机组显然不合适。
3.3地源、水源热泵机组
这是制冷空调行业的热门，也是能源形式利用的一场大变革。人们已经学会利用空气热源，太阳能热源，这些都是可再生的，取之不尽、用之不竭的环保热源，还有一个更大的热源，这就是地热能源。地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地热能，包括地下水、土壤或地表水等）既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位热能转移。地热能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的热汇，即在冬季，把地热能中的热量“取”出来，提高温度后供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地下。通常地源热泵消耗1kW能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90％以上的电能或70％～90％的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉供热节省2/3以上的电能，比燃料锅炉节省约1/2的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统空气源热泵相比，要高出40％左右，其运行费用为普通中央空调的50％～60％。因此，近十几年来，尤其是近5年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得较快的发展，我国地源热泵市场也日趋活跃。
结束语：中央空调系统的节能对于整个建筑节能非常关键，希望广大的空调设计人员在对中央空调的设计工作中，积极地研究节能新产品、推广节能新技术。最大化的满足节约能源、改善居住环境的要求，建立生态建筑思想，尊重自然环境，用科学技术、经济效益和社会效益相统一的方法进行规划和设计，将节能意识贯穿于设计的每一个环节，使建筑节能获得巨大的实际应用价值，满足各阶段节能目标的需要，为我国的能源事业做出贡献。
参考文献：
[1]李晓---制冷空调节能技术---中国建筑工业出版社---2015
[2]赵迹---热电冷三联供的原理和应用----应用能源技术---2015
论文作者:彭谦
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/7
标签：机组论文; 冷却水论文; 节能论文; 热源论文; 空调系统论文; 风机论文; 热量论文; 《基层建设》2017年第19期论文;