摘要：本文結(jié)合既有建筑的中央空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計與運行狀況，分析與討論了水系統(tǒng)的節(jié)能改造技術(shù)。既有中央空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)有：主機變頻、空調(diào)泵變頻、水蓄冷、高效泵。非線性、大滯后的中央空調(diào)水系統(tǒng)適合采用智能控制算法。
　　關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；節(jié)能；改造
　　引言
　　對近幾年來多宗中央空調(diào)系統(tǒng)的統(tǒng)計調(diào)查與初淺分析，筆者認為存在以下幾個問題：(1)冷熱源總裝機容量偏大，投入運行的臺數(shù)一般占裝機容量的1/3～3/4，單臺機組的負荷一般在60％以下；(2)沒有安裝低負荷運行的小機組；(3)水系統(tǒng)一般為定流量系統(tǒng)，供回水溫差在1～4.40℃；(4)部分離心機組在低負荷運行時(4月、5月、9月、10月)喘振，有的機組甚至無法正常運行；(5)空調(diào)水泵揚程選擇偏大，導(dǎo)致單臺水泵無法正常工作；（6）主機、冷卻、冷凍水泵終端設(shè)備等彼此匹配性差；（7）系統(tǒng)降效快。究其主要原因有：（1）設(shè)計人員遷就業(yè)主“寧左勿右”、“只高不低”，政府投資的工程尤甚；（2）業(yè)主忽視了空調(diào)系統(tǒng)維護清洗。
　　1冷源改造技術(shù)
　　對于冷源機房容量選擇大，通過臺數(shù)控制不能滿足安全、高效運行的情況，成熟的改造技術(shù)有：制冷機組變頻控制；水蓄冷；增加低容量機組；擴大空調(diào)區(qū)域（例如，某政府高校約3萬平米的綜合樓的中央空調(diào)系統(tǒng)建成后，又將該系統(tǒng)惠及另外三棟共約900平米的學(xué)員樓）等。以下結(jié)合有關(guān)工程討論冷源改造技術(shù)。
　　1．1制冷機組變頻改造
　　1.1.1制冷機的性能系數(shù)COP現(xiàn)狀
　　2007年就22棟國家政府機構(gòu)辦公樓和大型公共建筑。通過測試或根據(jù)運行記錄計算機組的性能系數(shù)COP，其機組的COP普遍低于公共建筑的強制性標準。
　　案例一：A辦公樓安裝了3臺500RT的離心式冷水機組(2001年投入運行)，壓縮機功率340kW。
　　3臺機組通常只運行1臺，即使在天氣炎熱的情況下，也僅開啟2臺。通過測試，制冷機組的COP在3.50～4.14之間，低于公共建筑的強制性標準，也低于設(shè)計工況的COP。
　　案例二：B酒店的制冷機組為工頻離心式機組(2001年投入運行)，共有4×400USRT的機組，負荷最大時運行2臺，機組的設(shè)計能效比為5.43。根據(jù)2007年10月22～31日對制冷機組運行參數(shù)的測試，1#機組的負荷率在41％～76％之間變化，COP值在3.33～4.27之間，低于公建標準。2#機組的負荷率在38％～86％之間變化，其中，在80％～86％的負荷率為10.93％，60％～69％負荷率的概率最大(34.82％)。COP值在2.88～4.62之間，低于公建標準。
　　1.1.2制冷主機COP節(jié)能改造
　　冷水機組99％以上的時間運行在部分負荷工況。通過調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片開度來調(diào)節(jié)機組輸出冷量的恒速離心機，最高效率點通常在70％～80％負荷左右，負荷率80％時對應(yīng)的COP為5.885，負荷率100％時對應(yīng)的COP為5.33，負荷率40％時COP為5.1，隨著負荷降低，單位冷量能耗增加較顯著。
　　
　　圖1COP與恒速、變頻負荷率的關(guān)系
　　從圖1中可看出，變頻運行的制冷機，其最高效率點可以在部分負荷下，如40％～50％負荷左右，50％負荷對應(yīng)的COP為11.95。機組變頻控制還能提高機組的功率因數(shù)，優(yōu)化機組啟動性能，避開喘振點，提高機組可靠性。
　　案例三：C有限公司的中央空調(diào)采用了2臺650冷噸離心式制冷機組。于2005年8月20日投
　　入使用，冷水機組用于生產(chǎn)車間空調(diào)，24h不間斷運行，負荷穩(wěn)定，標準出水溫度，夏天2臺運行，冬天單臺運行。l#機于2007年9月改造為變頻制冷機組。經(jīng)過一年多的運行實踐，無論是在大負荷運行或是小負荷運行(只要符合變頻條件)，都比工頻機組節(jié)能。根據(jù)2007年10月15日10：10～l0月16日10：10的測試，2臺機組負荷率在60％～67％。每天節(jié)省1439kWh，節(jié)能率為20.85％。該機組工頻運行的COP為7.03，變頻時COP為l0.05，即機組工頻運行時的COP低，機組的節(jié)能效果好。如果5～10月(合計6個月)按開2臺制冷機組計算(考慮0.8的安全系數(shù))，1l～次年4月(合計6個月)運行1臺機組，電費為0.55元/kwh，每年可為公司節(jié)省18.2萬元，實際運行表明，節(jié)省的運行費用大于l8.5萬元。主機變頻改造的經(jīng)濟效益與節(jié)能效益如表1所示。
　　表1主機變頻改造的經(jīng)濟效益與節(jié)能效益
　　5～10月節(jié)電量/kWh 11～次年4月節(jié)電量/kWh 全年節(jié)電量/kWh 全年節(jié)省的運行費用/萬元
　　207216 129510 336726 18.5
　　1.1.3水蓄冷改造
　　利用既有的常規(guī)冷水機組，改造為水蓄冷的系統(tǒng)。其方法是利用消防水池、原有蓄水設(shè)施或建筑物地下室等作為蓄冷容器，增加放冷泵、充冷泵、板式換熱器設(shè)備。此項改造技術(shù)具有如下優(yōu)點：
　　(1)設(shè)備安全運行。避免“大馬拉小車”；
　　(2)節(jié)能。系統(tǒng)高負荷運轉(zhuǎn)時間大幅度增加，制冷效率可以提高5％～8％；
　　(3)經(jīng)濟效益。投資一般3～4年可以回收。水蓄冷不僅能為用戶、為社會創(chuàng)造節(jié)能效益，而且創(chuàng)造的經(jīng)濟效益可用于其他節(jié)能改造項目，解決節(jié)能改造資金瓶頸問題；
　　(4)社會效益。平衡電網(wǎng)負荷，充分發(fā)揮電站的發(fā)電效益，減少電廠投資，凈化環(huán)境。
　　案例四：D科技大樓原為常規(guī)的中央空調(diào)系統(tǒng)(能源合同管理項目)，制冷機組為離心式制冷機組，
　　制冷量600冷噸。2008年改造為水系統(tǒng)中央空調(diào)，改造項目投入運行后，通過測試，得出以下幾點：
　　(1)滿足設(shè)計要求。低谷時段所蓄的冷量，可以滿足該大樓白天3-4h空調(diào)所需的冷量。
　　(2)移峰填谷。在高溫條件下，水蓄冷可以移峰888kWh，減少平谷段860kWh，增加1554kWh低谷段電量；在一般溫度下，水蓄冷可以移峰684kWh，減少平谷段1034kWh，增加1414kWh低谷段電量，創(chuàng)造了社會效益和環(huán)境效益。
　　(3)經(jīng)濟效益：在高溫條件下，每天節(jié)約電費1988元；在一般氣候下，節(jié)約1885元。
　　(4)空調(diào)節(jié)能。節(jié)約電量3.6萬kwh(不計發(fā)電廠的節(jié)煤量)，占原用電量的5.70％；電費
　　33675.3元，占總節(jié)約費用(75萬元)的4.49％。
　　(5)保證并提高機組的安全可靠運行系數(shù)。
　　1.1.4增加小容量機組
　　案例五：E辦公樓設(shè)計時為三大一小制冷機組，業(yè)主為了節(jié)省投資改為3臺大機組，投入運行后，在低負荷時，機組無法啟動或者喘振。通過增加2臺風(fēng)冷熱泵機組才滿足大樓的正常供冷以及設(shè)備的正常運行。
　　2空調(diào)循環(huán)泵改造技術(shù)
　　2.1空調(diào)循環(huán)泵變頻改造的條件
　　根據(jù)空調(diào)水系統(tǒng)的特點，借助智能自控技術(shù)、高速可靠的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)及先進的控制軟件，對空調(diào)水泵采用基于計算機網(wǎng)絡(luò)的智能控制變頻技術(shù)。主要應(yīng)具有以下優(yōu)點：實時跟蹤空調(diào)負荷，減少冷凍水、冷卻水用量，減少能耗與運行費用；減少空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)備的振動和磨損，延長設(shè)備的使用壽命；可以實現(xiàn)對水泵電機的“軟啟動”、“軟停機”，減少電流對電機的沖擊；提高電機的效率，改善其運行條件；降低電機和冷卻塔的噪聲。
　　2.2工程實例概述
　　案例六：某高層商用寫字樓，總建筑面積3.8萬m2。大樓的中央空調(diào)系統(tǒng)冷熱源采用2臺600RT離心式冷水機組供冷，冬天由1臺2.5t的燃油鍋爐供暖，其他輔助設(shè)備如表2所示。
　　表2冷源系統(tǒng)主要設(shè)備
　　設(shè)備 主要參數(shù) 數(shù)量
　　冷機機組 制冷量600冷噸（2110kW）,壓縮機功率374kW 2臺
　　冷凍水泵 立式離心泵：流量未知，楊程未知，電機功率55kW 2臺
　　由于氣候狀況與室內(nèi)熱源變化，改造前，5月、9月運行1臺主機，冷卻水泵2臺，1臺冷凍水泵，1臺冷卻塔(4臺風(fēng)機)；7月、8月運行2臺主機，2臺冷凍泵，4臺冷卻泵，4臺冷卻塔(6臺風(fēng)機)。控制水平停留在人工操作運行臺數(shù)，水系統(tǒng)流量僅能在50％或100％運行。針對“大流量，小溫差”運行狀況進行節(jié)能改造，對2臺冷凍水泵、2臺冷卻泵變頻調(diào)速控制(設(shè)計要求，為避免變頻水泵空轉(zhuǎn)與倒流，不允許工頻泵與變頻泵同時運行)。冷熱源控制系統(tǒng)的通信協(xié)議采用過程現(xiàn)場總線PROFIBUS，控制器的算法采用模糊控制，水泵的運行狀態(tài)以及中央空調(diào)系統(tǒng)中的主要過程參數(shù)實現(xiàn)界面集中監(jiān)控。
　　2．3改造效果分析
　　2.3.1測試結(jié)果
　　通過測試，可以得出以下幾點：
　　(1)節(jié)能。節(jié)能效果如表3所示。從表3中可看出，制冷系統(tǒng)總節(jié)電率為24.85％。冷凍水泵、冷卻水泵采用了模糊變頻控制，不僅節(jié)省了水泵的用電量，而且提高了機組的能效比，1#機組能效比提高了12.79％，2#機組能效比提高了10.51％。
　　表3改造后系統(tǒng)各部分節(jié)能率
　　制冷機組 冷卻水泵 冷凍水泵 制冷系統(tǒng)
　　9.13% 43.52% 72.33% 24.85%
　　注：室外溫度為33℃
　　(2)具有經(jīng)濟效益。寫字樓中央空調(diào)部分年用電58萬元左右，按改造后年節(jié)省24.85％的費用計算，則每年至少節(jié)省l4.41萬元。投資3～4年完全能回收。
　　(3)降低了冷凝溫度，提高了機組安全運行的可靠性。1#、2#機組分別降低了1T、1.1T。
　　(4)增大了供回水溫差。1#機組：變頻運行，冷卻水溫差為3.0℃，冷凍水溫差3.6℃；工頻運行，1#機組冷卻水溫差為2.4℃，冷凍水溫差1.812。2#機組：變頻運行，冷卻水溫差為2.4℃，冷凍水溫差3.7℃；工頻運行，2#機組冷卻水溫差為1.6℃，冷凍水溫差2.3℃。
　　(5)減少了水流量。1#機組減少了27.25％．2#機組減少了27.93％。
　　(6)提高室內(nèi)溫度的控制精度。在變頻控制下，房間溫度24．2℃；工頻控制下，房間溫度23.9℃。
　　2.3.2考核說明
　　經(jīng)過近一年的運行，系統(tǒng)運行正常，但有兩點需要說明。
　　(1)實際節(jié)電率為20.5％。主要原因為：改造前，中央空調(diào)水系統(tǒng)的運行狀況處于節(jié)約型節(jié)能，也就是說，在某些時段不滿足室內(nèi)空氣舒適度的要求(設(shè)備停止運行)；改造后，系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)舒適度運行，提高了環(huán)境服務(wù)質(zhì)量。
　　(2)沒有考慮具體工程的實際情況，冷卻水泵的頻率下限值調(diào)得太低。因為我市的5月濕度大，焓值高，導(dǎo)致機組頻繁啟停。重新設(shè)定冷卻水泵的頻率下限值，機組工作正常。
　　3結(jié)論
　　通過以上的討論，既有中央空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)有：主機變頻、空調(diào)泵變頻、水蓄冷、高效泵。非線性、大滯后的中央空調(diào)水系統(tǒng)適合采用智能控制算法。多項工程節(jié)能改造表明：中央空調(diào)水系統(tǒng)的各項節(jié)能率為20.5％～31％，不到3年即可回收節(jié)能投資，而且空調(diào)系統(tǒng)運行正常，室內(nèi)溫濕度滿足要求。
　　參考文獻
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