摘要：目前世界建筑能耗问题越来越严重，而中央空调系统的能耗在建筑能耗中占重要的比重，因此，必须重视对中央空调水系统节能改造的工作。本文结合工程实例，分析了水系统的运行，并系统介绍了节能改造及效果，以期为有关方面提供参考借鉴。
关键词：中央空调；水系统；节能改造方案；分析
0 引言
随着世界能源的日益短缺，节能问题已成为一个越来越迫切的问题。由于目前能源供应紧张对我国经济发展和社会生活产生了巨大的冲击，节约能源的重要性逐渐被人们所意识到，因此节能减排成为一项重大举措。而中央空调在公用和民用建筑物中能耗巨大，约占建筑总能耗的55%，其中，中央空调水系统是耗能最大的部分。所以，降低循环水系统的能耗便成为空调系统节能降耗的关键。因此，本文介绍了水系统节能改造，探讨了中央空调的节能改造方法和措施。
表１ 某大型商场循环水泵和冷却塔配备情况
1中央空调水系统概况
某大型商场建筑面积约47000㎡，共６层，经营范围包括超市商铺、餐饮娱乐、办公培训等。商场设有全空气集中空调系统，配有额定制冷量分别为3517KW和1758kw的水冷离心式制冷主机各２台，循环水泵和冷却塔的配备情况如表1所示。
商场平均每层配有约１２台卧式空调机，功率为1.5～15KW 不等，每个风柜房配有新风机或新风阀，新风与回风在风柜房混合，经空调机处理后送出。空调系统全年运行，除秋、冬季部分时间外，每天运行12ｈ。2010年该商场空调系统的总电耗为505.47万ｋＷ?ｈ，约占商场总电耗的30%；其中制冷主机能耗约占空调系统能耗的58％，是空调系统节能改造的重点；水泵和冷却塔能耗占空调系统能耗的21％，末端能耗占21％。对该商场空调系统的运行状况进行现场调研发现，该系统运行过程中存在以下问题：
1）制冷主机的启停、切换及出水温度设置等均由物业管理人员依靠经验操作，不能根据冷负荷变化及时自动调节主机运行台数和运行参数，主机运行效率不高；
2）冷水泵、冷却水泵采用一级泵定流量方式运行，无法根据冷负荷和季节变化调节流量；
3）冷却塔虽已配备变频器，但频率依靠人工调节，无法根据冷负荷和室外气象参数变化进行变频变风量控制，不投入运行的冷却塔存在冷却水旁通的问题；
4）空调机组的水阀采用回风温度控制，但不能根据供冷区域的实际环境温度及季节变化自动调整设置温度，且无法调节送风量，部分空调机组存在电动机皮带严重打滑、滤网堵塞等问题，无法达到预期的供冷效果；
5）新风机、新风闸采用人工管理，无法根据室外气象参数变化及室内空气质量进行新风量的动态调节，过渡季没有充分利用室外新风降低空调负荷；
６）商场内冷热不均现象严重，最高温度和最低温度之差达４℃；
７）收银台、餐厅等人流密度大的地方空气质量差，容易出现闷热感；
８）部分风管出现漏风现象，难以达到预期的供冷效果。
该商场空调系统日常管理控制主要由空调运行操作人员完成，由于该商场的物业管理人员缺乏集中空调运行管理控制的专业知识，仅凭个人经验进行操作，无法根据室外气象参数变化及室内环境舒适性调节空调系统各运行参数，造成空调系统运行过程中的能源浪费。可见，该商场空调系统具有较大的节能潜力。
２ 空调系统节能改造方案
针对该商场集中空调系统运行过程中存在的问题，应用多种空调节能技术对该空调系统的冷源及末端设备进行改造，并建立自动控制系统实现空调系统的科学管理。
2.1室内环境舒适性与室外气象参数监测
１）在商场供冷区域均匀设置环境舒适性测点（包括温度测点、湿度测点），实时监测商场内各区域环境温湿度及商场内冷热不均情况；
２）在收银台、餐厅等人流密度大的地方设置CO2与VOC挥发性有机化合物）监测点，实时监测室内空气质量状况；
３）设置室外温湿度监测点，实时监测室外温湿度情况。
2.2 空调系统冷源和输送系统节能改造
１）制冷主机运行台数与负荷率的动态优化。以投入运行的制冷主机的总COP最高为目标，对制冷主机的运行台数、各制冷主机的负荷率进行优化控制。
２）制冷主机冷水出水温度优化。综合考虑室外温湿度参数及商场内冷负荷情况，调节制冷主机冷水出水温度，当室外温湿度与冷负荷降低时，调高冷水出水温度，提高制冷主机的运行效率。
３）水泵变流量控制。根据冷水供回水压差动态调节冷水泵的运行频率，当空调系统冷负荷降低、冷水供回水压差增大时，降低冷水泵的运行频率，从而降低冷水泵的运行能耗；冷却水泵则根据冷却水供回水温差动态调节运行频率，当空调系统冷负荷降低、冷却水供回水温差减小时，降低冷却水泵的运行频率，从而降低冷却水泵的运行能耗。为保证制冷主机的正常运行，设定冷水、冷却水的流量变化范围在８０％～１００％之间。
４）冷却塔运行台数及风机变风量优化控制。
根据冷却水回水温度与室外环境温度之差对冷却塔的运行台数及每台冷却塔的风机频率进行优化控制，当冷却水回水温度与室外环境温度之差较大、冷却塔散热效果良好时，减少冷却塔的运行台数并降低冷却塔风机频率，从而降低冷却塔的运行能耗。
2.3 空调系统末端节能改造
１）基于室内环境舒适性的空调机组变水量、变风量控制。在上述室内环境舒适性参数监测的基础上，将每台空调机组与对应供冷区域设置的环境舒适性测点进行“捆绑”控制，空调机组根据对应供冷区域的舒适性测点反馈的商场内环境温度情况，动态调节空调机组的冷水流量和风机频率，控制空调机组的送风温度和送风量，降低空调系统的运行能耗，同时改善商场内冷热不均的状况。
２）利用室外新风的自然冷却能力。在过渡季及冬季，根据室外温湿度监测点实时反馈的室外空气温湿度情况，当室外空气的比焓低于商场内设计状态点的比焓时，自动开启新风机和新风阀，加大新风量或全新风运行，充分利用新风的自然冷却能力对商场进行降温，减少空调能耗。
３）基于室内空气质量的新风机、新风阀变风量控制。根据商场内空气质量监测点反馈的CO2与VOC浓度动态调节新风量，在保证室内空气质量的前提下降低冷负荷。
表2 商场空调系统节能改造后的节能效果
2.4 空调系统运行管理及设备维护
除上述空调设备节能改造外，该项目针对商场空调系统在运行管理及设备维护上存在的问题采取了以下措施：
１）空调系统运行时间的精细设定———商场可根据工作日、节假日、促销日等不同运营模式按需求设定空调末端及冷源设备的开关机时间；
２）检查、修补破损的风管，并适当调整各送风口的开度，保证空调末端能达到预期的供冷效果；
３）调整空调机组的风机皮带，定时清洁滤网，保证空调机组的正常运行；
４）对于不投入运行的冷却塔，及时关闭其冷却水管路水阀，防止冷却水旁通影响冷却塔运行效率。
2.5 建立集中空调节能管理控制系统
该空调系统节能改造项目在上述改造措施的基础上，综合考虑商场业主的实际管理需求，建立了集中空调节能管理控制系统，并通过该节能管理控制系统对商场集中空调进行实时优化控制，实现空调系统的节能运行。该空调节能管理控制系统主要由以下子系统组成：
１）集中空调节能管理控制系统监控平台软件；
２）空调系统冷源节能集成优化管理控制系统；
３）基于无线通讯技术的末端空调设备远程监控系统；
４）基于无线通讯技术的环境舒适性参数采集监测系统。
该空调节能管理控制系统除了能实现空调系统的节能运行外，还具备许多其他功能，主要包括：
1）实时监测商场内各区域温湿度、CO2与VOC浓度等环境舒适性参数，监测结果以图像形式在平台软件上实时显示；
２）实时监测室外空气的温度与相对湿度，并实时显示监测结果
３）实时监测并显示制冷主机、水泵、冷却塔及末端空调设备的运行状态；
４）对空调设备的开关机时间进行精细设定；
５）统计并显示制冷主机、水泵、水阀、传感器等空调设备的总运行时间，实现空调设备检修提醒；
６）记录并管理主要空调设备的报警时间和解除时间及报警次数等；
除了在现场监控外，通过用户权限设置，各管理部门可利用互联网或局域网，借助集中空调节能管理控制系统监控平台软件，在用户权限内对整个集中空调系统的运行状态、运行参数、能耗情况以及商场内的环境舒适性进行实时监控。
３ 空调系统改造后效果
3.1 节能量测试方法
该商场空调系统节能改造后，每２个月选取气象条件相近的２天进行节能量测试，分别为“手动测试日”与“自动测试日”；采用甲方（该商场业主）、乙方（空调节能公司）均认可的空调系统自动测试和人工抄表测试相结合的方式进行节能量测试。
手动测试日关闭集中空调节能管理控制系统，空调系统按节能改造前的运行习惯由商场管理人员手工操作运行；自动测试日集中空调节能管理控制系统投入使用，空调系统由节能系统自动控制运行。测试期间安排测试人员记录商场供冷区域的温度，保证商场内环境满足舒适性要求。测试完毕后记录２天空调系统的用电量。
3.2 节能效果及经济性分析
现场测试数据表明，该商场集中空调系统节能改造后节能效果显著，特别是在过渡季及冬季，空调节能系统充分利用室外干燥低温空气对室内进行降温，节能效果尤其明显。表２为2012年11月至2013年８月的节能量测试数据，空调系统平均节电率为28.4％，预计年节电量在150ｋＷ?ｈ（假设2013年９—10月空调系统总节电量与2012年11—12月相当）以上，每年节省电费135万元以上（当地电价为0.9元／（ｋＷ?ｈ））。
图２，３分别为夏季（７—８月）、冬季（１—２月）
测试日冷源能效比曲线（夏季空调冷源运行时间为09：30—21：30，冬季为10：00—21：00）。可以看出，自动测试日（空调节能系统投入运行）空调冷源能效比与手动测试日（关闭空调节能系统）相比有明显提高；改造后空调冷源能效比夏季平均约为３，冬季约为4.5，与改造前相比平均提高10％以上。冬季由于空调冷负荷较低，冷水出水温度较高，因此冷源能效比比夏季高。
图２ 夏季测试日空调冷源能效比曲线
图３ 冬季测试日空调冷源能效比曲线
该项目总投资约为280万元，按每年节省电费135万元计算，投资回收期约为2.1年；此外，该项目采用合同能源管理模式，商场业主（甲方）无需初始投资，并与空调节能公司（乙方）逐年分享节能收益，其中节能效益分享期为４年，第５年及以后商场业主不仅可获得全部节能收益（每年135万元），并且可免费获得该节能改造项目中所投资设备的所有权，对商场业主而言具有很好的经济性。
4 结语
总之，中央空调水系统的节能改造对实现中央空调的整体节能具有重要意义。要想实现最佳节能效果，我们就必须明确了解中央空调水系统的具体情况，对水系统能效进行系统的分析并选用科学合理地水系统节能改造方案，改造后要对其节能效果、节点效益进行分析验证，只有这样才能获得更高的中央空调节能效益，进而获得更高的社会与生态效益。
参考文献：
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[2]陈珊珊，韩家甜.中央空调水系统节能设计[J].现代建筑电气.2012（07）
[3]谢琼慧.中央空调水系统变频节能改造的探讨[J].科技与创新.2014
[4]江东凡.中央空调水系统节能改造的探讨[J].科技与创新.2015
论文作者:袁元
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/1
标签：节能论文; 空调系统论文; 空调论文; 商场论文; 冷却塔论文; 室外论文; 水泵论文; 《基层建设》2016年9期论文;