中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造方案

一、現(xiàn)有建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀

我國建筑能源消耗約占國家能源消耗的20%—30%，隨著人們生存環(huán)境和辦公環(huán)境的日益改善這一比例還存在逐步上升之勢。建筑能耗中中央空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗約占50%—70%，部分建筑甚至達(dá)到80%。也就是說空調(diào)能耗是建筑能源消耗中最主要的組成部分，如果我們能從這一重要環(huán)節(jié)上著手，合理優(yōu)化最佳方案，探索節(jié)能的最大空間，對(duì)于我們使用者來說將會(huì)產(chǎn)生最直接的經(jīng)濟(jì)效益，同樣也積極的緩解了國家的能源緊張局面。我認(rèn)為中央空調(diào)節(jié)能方案應(yīng)深入涉及到即將建設(shè)的項(xiàng)目以及目前正在運(yùn)行使用的空調(diào)項(xiàng)目，要具體結(jié)合設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理及節(jié)能改造等幾個(gè)方面進(jìn)行實(shí)施。

我國現(xiàn)有的中央空調(diào)系統(tǒng)基本上是從九十年代初期開始設(shè)計(jì)使用的，最近幾年的發(fā)展速度更為迅猛。前期的空調(diào)設(shè)計(jì)中普遍存在冷熱源設(shè)備裝機(jī)容量大、水泵選型過大、系統(tǒng)配置不合理等系列問題，造成的后果是

（1）冷熱源選型過大，開機(jī)容量遠(yuǎn)小于裝機(jī)容量，造成設(shè)備的閑置浪費(fèi)。

（2）設(shè)計(jì)負(fù)荷偏大，水泵的流量偏大，導(dǎo)致系統(tǒng)大流量小溫差運(yùn)行。

（3）水泵揚(yáng)程選配過高或附加系數(shù)過大，空調(diào)水系統(tǒng)實(shí)際流量和水阻較小時(shí)，導(dǎo)致系統(tǒng)流量變大，電機(jī)出處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致電機(jī)燒毀。

（4）多臺(tái)冷水主機(jī)和多臺(tái)水泵并聯(lián)時(shí)，根據(jù)負(fù)荷的變化范圍，運(yùn)行調(diào)節(jié)性能較差不能保證負(fù)荷變化時(shí)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（5）大部分時(shí)間水泵處于低效率運(yùn)行，調(diào)節(jié)性能較差。

（6）由于南京地區(qū)夏季濕度較大，冷卻塔效率較差，不能保證冷水機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行。

（7）工程設(shè)計(jì)中取消自動(dòng)控制裝置，末端設(shè)備取消電動(dòng)閥與溫控裝置，增加了主機(jī)與水泵的運(yùn)行電耗。

目前我們常見的中央空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行方式主要為雙管同程式一次泵變流量或一次泵定流量。雙管異程式因管路水平衡問題很少在大型公共建筑中使用。三管式及四管式因初投資及實(shí)際的使用要求所限制也很少采用。一次泵定流量系統(tǒng)水流量不能因負(fù)荷變化而進(jìn)行調(diào)節(jié)，一次泵變流量系統(tǒng)末端設(shè)置電動(dòng)二通閥與溫度控制裝置，可以通過自動(dòng)控制裝置進(jìn)行水流量調(diào)節(jié)，可以通過控制水泵的停啟臺(tái)數(shù)達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的效果。一次泵變流量系統(tǒng)必須設(shè)置壓差控制儀與旁通管控制供回水壓差以保證蒸發(fā)器水流量的恒定，保證制冷主機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行工況。不同的空調(diào)運(yùn)行方式在系統(tǒng)控制與運(yùn)行原理上存在很大的不同，所以在我們考慮系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行管理之前，應(yīng)首先對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)做一個(gè)全面的分析與了解。

二、各項(xiàng)改造方案的研究與分析

1、系統(tǒng)改造方案的多元化

目前，社會(huì)上專業(yè)化的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造企業(yè)單位較多，各家公司對(duì)空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)改造的側(cè)重點(diǎn)也各不相同，總體來說中央空調(diào)的節(jié)能改造主要是針對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行工況、系統(tǒng)智能化控制、能源管理智能化平臺(tái)的改造，落實(shí)到實(shí)施措施及環(huán)節(jié)主要包括以下幾個(gè)方面（1）通過對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)管路的數(shù)據(jù)分析，對(duì)水泵的揚(yáng)程與水流量加以調(diào)整，以合理的小功率水泵代替高能耗不合理的大功率空調(diào)水泵（2）通過智能化控制的建設(shè)和升級(jí)，以更精確的運(yùn)行狀態(tài)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析，使空調(diào)系統(tǒng)處于最佳工況運(yùn)行，減小能源浪費(fèi)環(huán)節(jié)（3）利用夜間峰谷電價(jià)差值，進(jìn)行蓄冰蓄熱處理以達(dá)到節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用的目的。（4）利用能耗監(jiān)控及管理平臺(tái)，通過數(shù)據(jù)計(jì)量分析，尋求更加合理的運(yùn)行管理模式。

各家公司節(jié)能改造方案的總體思路是為了節(jié)省中央空調(diào)運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用，但各方案又有自己獨(dú)特的技術(shù)理念與特點(diǎn)。下面我就針對(duì)每個(gè)節(jié)能方案的特點(diǎn)結(jié)合我院中央空調(diào)現(xiàn)狀及常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行具體分析，提出自己的一點(diǎn)看法。

2、針對(duì)冷凍水系統(tǒng)節(jié)能改造方案分析

某公司提出的針對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能改造方案，是通過對(duì)已經(jīng)運(yùn)行的中央空調(diào)水系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，首先判斷系統(tǒng)的運(yùn)行與配置是否合理，有無節(jié)電的可能性，節(jié)電的空間，有無改造的必要。我們知道常規(guī)中央空調(diào)水系統(tǒng)包括冷凍水系統(tǒng)與冷卻水系統(tǒng)，兩系統(tǒng)為獨(dú)立的水循環(huán)系統(tǒng)，隨著空調(diào)主機(jī)設(shè)備技術(shù)的不管更新，制冷設(shè)備的效率不斷提高，空調(diào)水循環(huán)動(dòng)力設(shè)備在空調(diào)系統(tǒng)總能耗占比越來越大。針對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)提出的改造方案，技術(shù)改造的對(duì)象為冷凍水泵、冷卻水泵與不利循環(huán)管路的整改。前面我們提到的中央空調(diào)設(shè)計(jì)中存在的第三點(diǎn)問題，即冷凍水泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程與流量偏大的問題。此類的技術(shù)改造正是抓住設(shè)計(jì)中存在的這種缺陷而加以改進(jìn)，以合理揚(yáng)程與流量的小功率水泵代替現(xiàn)有運(yùn)行大功率水泵，以此達(dá)到節(jié)能的目的。

中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)主要以閉式循環(huán)系統(tǒng)為主。在冷凍水泵的設(shè)計(jì)及選型中主要是針對(duì)水泵揚(yáng)程及流量的選型，閉式系統(tǒng)水泵揚(yáng)程與建筑高度無關(guān)，水泵揚(yáng)程只需克服最不利循環(huán)管路的阻力，阻力因數(shù)包括供回水管路的沿程與局部阻力、制冷主機(jī)蒸發(fā)器的水壓降、最末端空氣冷卻器的阻力及各個(gè)閥門的阻力之和。冷卻水系統(tǒng)揚(yáng)程為供回水管路阻力、主機(jī)冷凝器的水壓降、冷卻塔集水盤水位至冷卻塔布水器高差及冷卻塔所需的噴射壓頭之和。兩個(gè)水系統(tǒng)的水泵揚(yáng)程的選擇為各自的阻力之和乘以1.05—1.1的安全系數(shù)為準(zhǔn)?？照{(diào)水泵的揚(yáng)程選擇必須以此為依據(jù)，并要經(jīng)過嚴(yán)格的水力計(jì)算，要針對(duì)不同管徑不同的水流速對(duì)應(yīng)的比摩阻進(jìn)行精確的水力計(jì)算，最終得出最不利管路的阻力，從而得出最準(zhǔn)確的揚(yáng)程數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)選用揚(yáng)程。但是在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，不可否認(rèn)有些設(shè)計(jì)人員相對(duì)比較保守，過分依賴于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，沒有經(jīng)過謹(jǐn)慎的水力計(jì)算，而是選擇類似建筑的參數(shù)再適當(dāng)放大安全系數(shù)，最終選擇了設(shè)計(jì)比實(shí)際偏大的結(jié)果。

此類節(jié)能改造理念正是建立在現(xiàn)行水泵的選型過大的基礎(chǔ)之上的，它是通過測試水系統(tǒng)供回水壓差等因素來確定空調(diào)水系統(tǒng)的實(shí)際揚(yáng)程和流量，同各運(yùn)行單位現(xiàn)有實(shí)際配置的水泵的技術(shù)參數(shù)的差值為它所示的水泵節(jié)能空間，這種理論結(jié)合數(shù)據(jù)的測試的確存在它的合理性一面。如果從整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行上分析，水泵節(jié)能改造方案實(shí)施的先決條件是必須對(duì)空調(diào)系統(tǒng)作一個(gè)更全面的測試，測試的范圍應(yīng)包括：水系統(tǒng)最不利循環(huán)管路阻力、空調(diào)水系統(tǒng)的額定水流量、分水器各支路的水力是否平衡，水流量的分配是否合理、水泵電機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)功率、水泵的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)效率等。此外，還須對(duì)使用單位的空調(diào)運(yùn)行方式進(jìn)行更全面的了解分析，空調(diào)水系統(tǒng)是采用一次泵系統(tǒng)還是二次泵系統(tǒng)，一次泵變流量還是一次泵定流量，雙管同程式還是雙管異程式，空調(diào)水系統(tǒng)的自動(dòng)化控制范圍，末端設(shè)備是否設(shè)置電動(dòng)閥與溫控裝置，各空調(diào)區(qū)域的實(shí)際使用情況，使用周期的變化情況，負(fù)荷變化曲線等綜合因素。只有充分掌握這些情況才能使空調(diào)的節(jié)能改造方案更具體，更具針對(duì)性。

3、結(jié)合我院中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀的分析

以南京市第一醫(yī)院為例，我院原有中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)采用一次泵定流量雙管同程式水循環(huán)系統(tǒng)，空調(diào)主機(jī)主要為螺桿式制冷主機(jī)，空調(diào)末端風(fēng)機(jī)盤管支路控制閥門為手動(dòng)截止閥。空調(diào)水系統(tǒng)無自動(dòng)控制裝置，無壓差旁通控制，是最簡單的定流量系統(tǒng)，除人為因素外，不能根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，能耗較大。首先，我們無法對(duì)空調(diào)末端水流量進(jìn)行控制，手動(dòng)截止閥始終處于全開狀態(tài)，這樣整個(gè)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)為定流量運(yùn)行。但是在實(shí)際的使用過程中，日間負(fù)荷變化與季節(jié)性負(fù)荷變化很大，特別是夜間運(yùn)行與冬季運(yùn)行過程中，日均負(fù)荷變化就相當(dāng)明顯，如果空調(diào)水系統(tǒng)采用定流量運(yùn)行，水泵能耗浪費(fèi)就比較嚴(yán)重，同時(shí)水泵的負(fù)載對(duì)其使用壽命也產(chǎn)生較大影響。目前我院中央空調(diào)運(yùn)行過程中的負(fù)荷變化能量調(diào)節(jié)主要是依靠人為調(diào)整空調(diào)主機(jī)與水泵的停啟臺(tái)數(shù)來滿足實(shí)際的運(yùn)行工況。我院夏季最熱月空調(diào)運(yùn)行過程中，五臺(tái)主機(jī)全部開啟，冷凍水泵與冷卻水泵也以最大功率組合運(yùn)行，這種組合方式看起來似乎很合理，但實(shí)際運(yùn)行工況并非為最佳方案。

4、中央空調(diào)水系統(tǒng)改造的建議和要求

針對(duì)我院空調(diào)水系統(tǒng)的改造方案主要涉及水泵的改造及不利循環(huán)管路的整改，通過降低流量、揚(yáng)程等參數(shù)選用小功率水泵代替原設(shè)計(jì)大功率水泵以達(dá)到節(jié)能的目的。我認(rèn)為他們節(jié)能改造的前提必須滿足以下幾個(gè)方面的要求：

（1）、改造后水泵揚(yáng)程必須滿足最不利循環(huán)管路的阻力損失，流量必須滿足制冷主機(jī)蒸發(fā)器水流量的安全范圍。

（2）、原設(shè)計(jì)中冷凍水揚(yáng)程流量偏大的主要原因是想通過大流量來解決各支路水力難以平衡的問題，所以節(jié)能改造的同時(shí)應(yīng)解決系統(tǒng)水力平衡問題。由于我院中央空調(diào)集中控制三個(gè)區(qū)域的空調(diào)負(fù)荷，內(nèi)、外科樓及門診樓，內(nèi)外科樓距空調(diào)機(jī)房較近，兩支路的最不利循環(huán)管路也相對(duì)接近，門診樓支路較長，其最不利循環(huán)管路阻力最大。即改造后水泵的揚(yáng)程必須滿足門診樓支路最不利循環(huán)管路的的阻力損失，其他兩支路可以通過支管閥門的開度來控制流量的分配與實(shí)際的揚(yáng)程。如果此問題不能很好的解決，將會(huì)造成管路流量的分配不合理，出現(xiàn)局部空調(diào)區(qū)域效果很差的現(xiàn)象。

（3）、必須保證改造后空調(diào)的使用效果不受影響，這也是我們最基本的要求。

5、系統(tǒng)改造的節(jié)能評(píng)估

我們選擇節(jié)能改造的目的是為了合理優(yōu)化系統(tǒng)配置方案，使空調(diào)水系統(tǒng)處于最佳工況運(yùn)行狀態(tài)以達(dá)到節(jié)能減小運(yùn)行成本的目的，不允許出現(xiàn)水泵節(jié)能改造后出現(xiàn)其他環(huán)節(jié)能耗的增加而導(dǎo)致系統(tǒng)能耗并無變化，更不允許出現(xiàn)空調(diào)的制冷制熱品質(zhì)的下降。在空調(diào)末端出風(fēng)口溫度的測試點(diǎn)的選擇上必須選擇最不利循環(huán)管路末端的風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行測試，測試的對(duì)象除了出風(fēng)溫度外還應(yīng)對(duì)末端支路的水壓、流速進(jìn)行測試，保證流速范圍達(dá)到0.5—0.6M/S。在對(duì)水泵改造前后的性能測試上應(yīng)考慮綜合因素，在揚(yáng)程與流量都能滿足的前提下，電機(jī)效率必須保證處于高效率運(yùn)行區(qū)域，低能耗低效率的運(yùn)行模式也不宜選用。

如果我們選擇此類的改造方案，在技改效果測試上應(yīng)更加細(xì)化與合理：（1）、水系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，測試出風(fēng)溫度時(shí)必須選擇分水器每支路的最不利循環(huán)管路的末端進(jìn)行測溫檢測，應(yīng)選擇5個(gè)甚至更多點(diǎn)進(jìn)行樣點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，記錄此時(shí)制冷主機(jī)的出水溫度與回水溫度，記錄冷卻水的供回水溫度與室外干球溫度，采集綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析。

（2）、對(duì)改造前后冷媒水的供回水壓差進(jìn)行分析，對(duì)分水器與集水器之間各支路的壓差與流量進(jìn)行分析，要保證不利循環(huán)管路改造后水流量的合理分配，滿足各支管實(shí)際流量的需要。

（3）、在功率的檢測中，要結(jié)合改造前后水泵的輸出功率進(jìn)行分析，同時(shí)要結(jié)合制冷主機(jī)的供回水溫度及水流量對(duì)制冷主機(jī)的輸出功率進(jìn)行分析，以免出現(xiàn)主機(jī)效率的下降而導(dǎo)致實(shí)際能耗的增加。另外在電機(jī)功率的測試上不應(yīng)由改造方進(jìn)行測試，應(yīng)有業(yè)主單位邀請(qǐng)專門的檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行測試并記錄備案。

三、其他節(jié)能改造技術(shù)方案

通過智能化控制升級(jí)改造也是中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能改造方案之一，通過樓宇控制系統(tǒng)改造和計(jì)算機(jī)模糊控制原理對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的能量需求作為隨機(jī)變量進(jìn)行系統(tǒng)采樣和模糊控制，優(yōu)化系統(tǒng)的能量輸出控制，它可以減小人為控制帶來的不利因素而使系統(tǒng)更加合理化運(yùn)行。通過控制器對(duì)冷凍水控制單元、冷卻水控制單元、冷卻塔風(fēng)機(jī)控制單元，通過恒壓差、恒溫差及變頻控制技術(shù)達(dá)到系統(tǒng)的合理化運(yùn)行。我院目前中央空調(diào)系統(tǒng)為一次泵定流量雙管同程式，要實(shí)現(xiàn)上述智能化控制的實(shí)現(xiàn)，必須對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行合理改造。要達(dá)到一次泵變流量智能化控制的效果必須進(jìn)行改造的項(xiàng)目是1、末端溫控單元的改造2、分水器與集水器之間增加壓差傳感器與旁通控制以保證供回水壓差的恒定。這樣才能保證制冷主機(jī)蒸發(fā)器流量的恒定即恒壓差，主機(jī)才可穩(wěn)定運(yùn)行。3、現(xiàn)有水泵與風(fēng)機(jī)電機(jī)增加變頻器進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)即變頻控制4、供回水主管增加溫度傳感器與流量計(jì)以保證供回水溫差的恒定即恒溫差控制。5、要增加一套智能化控制設(shè)備，包含很多比較分散的控制器和執(zhí)行器，涉及到整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的綜合布線工程。

對(duì)于我院目前的中央空調(diào)系統(tǒng)來說，采用智能化系統(tǒng)以及能耗監(jiān)控與管理平臺(tái)系統(tǒng)改造確實(shí)能夠達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的，但是從涉及幾百萬元以上的投資成本與改造的施工工期及現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際情況來看，還須我們慎重分析研究。此方案的選擇與否與我院現(xiàn)有中央空調(diào)系統(tǒng)硬件設(shè)施的更新和能源中心的整體規(guī)劃建設(shè)存在很大的關(guān)系。我院內(nèi)、外科樓多年前已經(jīng)進(jìn)行了裝飾出新改造，但空調(diào)系統(tǒng)并未進(jìn)行系統(tǒng)性改造，老門診樓大樓至今使用已近二十年，其中空調(diào)管道系統(tǒng)與空調(diào)末端趨于老化階段，未來兩年也須整體更新，這些因素都制約著現(xiàn)有中央空調(diào)系統(tǒng)的智能化節(jié)能改造的全面實(shí)施。選擇一次性方案整體規(guī)劃設(shè)計(jì)，圍繞工程改造計(jì)劃進(jìn)行分步實(shí)施，以避免重復(fù)施工的浪費(fèi)是我們理想的規(guī)劃目標(biāo)。

冰蓄冷或水蓄冷的空調(diào)方案目前技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，結(jié)合國家能源戰(zhàn)略的導(dǎo)向，政府與供電公司對(duì)此項(xiàng)目也進(jìn)行了積極的推廣。結(jié)合大型醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間規(guī)律特點(diǎn)，蓄冷的必要性是存在的，在場地空間條件具備的前提下，只要在方案優(yōu)化與設(shè)計(jì)施工合理的前提下，解決好初投資成本與運(yùn)行成本回收矛盾的問題，再加上供電部門不斷的峰谷電價(jià)比例調(diào)整及相應(yīng)的的費(fèi)用減免政策，冰蓄冷空調(diào)改造方案是可以考慮的重要方案之一，這里不再進(jìn)行具體分析。