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摘 要:商业广场空调水系统的能耗直接关系到商业广场的整体经济效益，对其进行节能改造十分必要。本文结合某商业广场实例，分析了该系统的节能改造技术。改造后，系统的能耗降低了13％～23％，可为类似商业广场空调水系统的改造提供参考。
关键词:商业广场；空调水系统；节能改造
随着人们生活水平的日益提高，人们的消费需求日益增加，商业广场的建设也越来越多。在商业广场中，空调系统能够让人们享受良好、舒适的购物环境，但是，由于许多商业广场空调水系统设计中存在着一些问题，导致系统能耗浪费较大，会对商业广场的经济效益产生巨大的影响。基于此，笔者对某商业广场空调水系统的节能改造进行了介绍。
1 项目概况
1.1 建筑概况
该商业广场集购物、娱乐、餐饮于一体，是规模较大的商业广场。总建筑面积为103560m2。建筑共10层，其中地下3层，地上7层。负二层和负三层为汽车库和机房。负一层至第五层是商场商铺，第六层是餐饮和电影厅，第七层为楼顶和电影厅的上空部分。
1.2 空调系统概况
该商业广场建筑每层的长度达204m，宽度达60.4m，地上7层高度共约35m，地下3层高度共约16m，空调总面积为54596m2。该建筑设计了2种类型的空调系统:其中第六层和第七层的电影厅采用变频多联式空调系统，其余部分采用一套空调系统。后者的机房设在负三层，膨胀水箱和冷却塔设在楼顶。该系统采用4台冷水机组，分别是1000Rt和500Rt的离心式冷水机组各2台，并联运行。空调冷冻水输送主管路同程设计，主立管和各层水平干管异程设计。冷冻水泵共6台(采用一机对一泵，两用一备的原则设计):其中3台流量为660m3/h，扬程为30m，功率为75kW；另外3台流量为330m3/h，扬程为30m，功率为37kW。冷却水系统管路为异程设计，冷却水泵共6台(采用一机对一泵，两用一备的原则设计):其中3台流量为850m3/h，扬程为28m，功率为90kW；另外3台流量为400m3/h，扬程为31.5m，功率为45kW。冷却塔10台，每台流量为250m3/h，功率为7.5kW，冷却塔风机采用了变频技术。冷水机组及水泵的控制由管理人员视天气及商场负荷情况采用手动开机或关机进行管理。
2 空调水系统的问题及分析
通过对该空调系统的结构和主要运行参数进行实际调查，并与现场管理人员沟通，发现该空调系统存在“冷热不均”的问题，尤其部分餐饮区仍存在因空调效果不好而被投诉的情况。同时，空调系统运行时存在过流量情况，导致空调系统的工作效率低。且系统水力失调情况严重，降低了自控系统的稳定性和精确性。系统中的压差旁通阀自动运行，时常出现异响及抖动。
2.1 运行数据采集
针对以上问题，随机采集了2016年6月13日的冷水机组和集分水器及末端设备的实测数据，如表1所示。
表1 冷水机组和集分水器及末端设备实测数据(2016年6月13日)
2.2 数据分析
对表1中运行数据进行分析可知:
1)冷水机组的供回水温差偏小，仅为3.8～4.5℃，远低于设计温差5℃。由式(1)可知，在冷水机组冷冻水流量不变的情况下，供回水温差仅为设计值的80％，则冷水机组输出的最大制冷量也仅为设计值的80％左右，没有达到使用的最大化。并且部分负荷时，冷水机组的运行效率更低。
Q＝cmΔt (1)
式中:Q为冷水机组制冷量(kW)；c为水的比热容(4.2kJ/(kg·℃))；m为冷冻水质量流量(kg/s)；Δt为冷冻水供回水温差(℃)。
2)2号冷水机组的设计水阻为88kPa，1号和4号冷水机组的设计水阻为91kPa。实际测试2号、1号和4号冷水机组的运行流量分别为772 m3/h，699 m3/h和792 m3/h。2号冷水机组过流112 m3/h，4号冷水机组过流132。
3)处于餐饮区等部分的空调系统的最不利环路末端设备的运行压降为30kPa(见表1)，而设计的不利环路的需求资用压头为72kPa，实际测试运行流量为设计流量的429 m3/h，出现水流量偏小的情况，从而导致该餐饮区的空调出现“不够冷”的情况。
另外，该空调系统的冷却水泵和冷冻水泵并联使用时，由于扬程不一致，会导致泵的输出扬程降低，效率也降低。并且运行流量偏小的末端设备，选用了过大的比例积分控制阀，造成控制阀的阀权度低，从而控制精度不高，流量控制不当。
2.3 整改措施
解决以上问题的关键有2点:
(1)冷水机组的冷却/冻水流量要恒定保持在设计流量，冷水机组和水泵之间流量必须匹配，制冷量大的冷水机组对应使用流量大的水泵，反之用流量小的水泵；
(2)保证每个回路能够同时按设计流量运行，并能够根据负荷变化调整流量。
因此，应对该商业广场空调系统进行全面水力平衡改造。通过水系统调试，采用科学合理的运行方法，才能解决空调系统“冷热不均”的问题，保证空调系统的运行效果，提高空调设备的运行效率，从而降低运行和管理的费用。
3 空调水系统节能改造及效果分析
3.1 改造实施
对该商业广场的空调系统进行如下改造:
(1)对每台末端设备设置平衡装置。该空调系统的末端设备均采用比例积分调节阀控制，此类调节阀的前后压差会随系统负荷波动而引起很大的变化，故在调节阀两端安装一组压差平衡装置(见图1)，恒定调节阀前后的压差，使调节阀的阀权度得到保证，从而保证调节阀的控制精度，解决空调的舒适性问题。
图1 末端设备平衡阀安装图
(2)在冷水机组上设置平衡阀，即在每台冷水机组的冷冻水出口和冷却水出口各设置一个静态流量平衡阀(冷冻水和冷却水流量直接影响冷水机组的运行效率)。安装静态流量平衡阀后，能够将冷水机组的冷冻水和冷却水流量恒定在设计值，同时解决了各冷水机组之间的水力平衡问题。
现选用某品牌平衡阀，采用其专用选型软件进行选型，结果如表2所示。
由表3可得，该商业广场空调系统在2014—2016这3年水泵的耗电量约占整个空调系统的20％。因此，通过水力平衡改造后，水泵的扬程能达到最经济的扬程，所节约的能耗是系统能耗的3％～5％。
②水力平衡改造后，大幅缩短了空调系统在高负荷下的运行时间。每天夜间空调系统停机运行状态恢复，在第二天重新启动时，大多数控制阀在变流量系统中完全打开。如果系统没有平衡，将发生过流量的现象，这会造成一些不利回路的末端设备的压降不足。不利回路要等到有利回路的房间达到设定温度(其控制阀关闭)时，才能获得设计流量。而且，如果末端设备不能达到所需流量，供回水温度达不到设计温度，对于所有的回路，包括有利回路，都将延迟房间达到设计温度的时间。因此，冷水机组启动过程变得比较困难，需要比预期的时间更长，能耗随之增大。根据相关经验，水力平衡较好的大型商场空调系统大概要运行1h，才能使房间达到所设定的温度点，而水力平衡差的系统，则又要延迟1h(见图3)。而全面平衡的系统则可避免发生这种情况，供回水温度达到设计值，从而充分保证了冷水机组开停的合理性，达到较好的按需分配，起到更好的节能作用。对于一个每天运行10h的系统，冷水机组合理开停，系统能耗可以降低5％～10％。
图3 水力平衡改造前后的运行时间比较
③水力平衡改造确保了空调设定温度调高1℃的节能措施的有效实施，从而使得空调系统至少节约5％～8％的系统能耗。
（3）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业广场集中空调进行实时优化控制，实现空调系统的节能运行。以2016年的运行电量为参照，按节约能耗13％计算，预计2017年节约电量达482040kW·h。电费按1.07元/千瓦时的价格进行计算，2012年节约电费约51.6万元，按200万元的投资费用计算，回收期约4年。
4 结束语
总之，商业广场空调水系统的能耗与商业广场的整体效益息息相关，将直接影响到商业广场的盈利能力。本文对某商业广场的空调水系统进行了节能改造，改造后原有系统的温度不均匀问题得到了解决，同时还降低了13％～23％的能耗，取得了良好的成效，对降低该商业广场的运行成本起到了重要的作用。
参考文献：
[1] 乔玲敏,张伟东,周全,王丽.某商业建筑空调系统运行情况分析及节能改造[J].暖通空调.2013(08)
[2] 程立权,吴俊峰,孔晓鸣,蔡松素,蒋德伦,张茹.某展厅中央空调系统改造及节能效果分析[J].制冷与空调.2015(01)
论文作者:朱斌斌
论文发表刊物:《防护工程》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/20
标签：空调系统论文; 流量论文; 冷水机组论文; 系统论文; 商业广场论文; 节能论文; 扬程论文; 《防护工程》2017年第18期论文;