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，對于我們使用者來說將會產(chǎn)生最直接的經(jīng)濟效益，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)的項目以及目前正在運行使用的空調(diào)項目，要具體結(jié)合設(shè)計、施工、運行管理及節(jié)能改造等幾個方面進(jìn)行實施。

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)計中普遍存在冷熱源設(shè)備裝機容量大、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，開機容量遠(yuǎn)小于裝機容量，造成設(shè)備的閑置浪費。

（2）設(shè)計負(fù)荷偏大，水泵的流量偏大，導(dǎo)致系統(tǒng)大流量小溫差運行。

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

（4）多臺冷水主機和多臺水泵并聯(lián)時，根據(jù)負(fù)荷的變化范圍，運行調(diào)節(jié)性能較差不能保證負(fù)荷變化時穩(wěn)定經(jīng)濟運行。

（5）大部分時間水泵處于低效率運行，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，不能保證冷水機組滿負(fù)荷運行。

（7）工程設(shè)計中取消自動控制裝置，末端設(shè)備取消電動閥與溫控裝置，增加了主機與水泵的運行電耗。

目前我們常見的中央空調(diào)水系統(tǒng)運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)置電動二通閥與溫度控制裝置，可以通過自動控制裝置進(jìn)行水流量調(diào)節(jié)，可以通過控制水泵的停啟臺數(shù)達(dá)到節(jié)能運行的效果。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，保證制冷主機的穩(wěn)定運行工況。不同的空調(diào)運行方式在系統(tǒng)控制與運行原理上存在很大的不同，所以在我們考慮系統(tǒng)的節(jié)能運行管理之前，應(yīng)首先對空調(diào)水系統(tǒng)做一個全面的分析與了解。

二、各項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，各家公司對空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)改造的側(cè)重點也各不相同，總體來說中央空調(diào)的節(jié)能改造主要是針對空調(diào)水系統(tǒng)運行工況、系統(tǒng)智能化控制、能源管理智能化平臺的改造，落實到實施措施及環(huán)節(jié)主要包括以下幾個方面（1）通過對空調(diào)水系統(tǒng)管路的數(shù)據(jù)分析，對水泵的揚程與水流量加以調(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，以更精確的運行狀態(tài)點數(shù)據(jù)分析，使空調(diào)系統(tǒng)處于最佳工況運行，減小能源浪費環(huán)節(jié)（3）利用夜間峰谷電價差值，進(jìn)行蓄冰蓄熱處理以達(dá)到節(jié)省運行費用的目的。（4）利用能耗監(jiān)控及管理平臺，通過數(shù)據(jù)計量分析，尋求更加合理的運行管理模式。

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)運行及維護(hù)費用，但各方案又有自己獨特的技術(shù)理念與特點。下面我就針對每個節(jié)能方案的特點結(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，提出自己的一點看法。

2、針對冷凍水系統(tǒng)節(jié)能改造方案分析

某公司提出的針對空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能改造方案，是通過對已經(jīng)運行的中央空調(diào)水系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)分析，首先判斷系統(tǒng)的運行與配置是否合理，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)為獨立的水循環(huán)系統(tǒng)，隨著空調(diào)主機設(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)動力設(shè)備在空調(diào)系統(tǒng)總能耗占比越來越大。針對空調(diào)水系統(tǒng)提出的改造方案，技術(shù)改造的對象為冷凍水泵、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)計中存在的第三點問題，即冷凍水泵的設(shè)計揚程與流量偏大的問題。此類的技術(shù)改造正是抓住設(shè)計中存在的這種缺陷而加以改進(jìn)，以合理揚程與流量的小功率水泵代替現(xiàn)有運行大功率水泵，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)計及選型中主要是針對水泵揚程及流量的選型，閉式系統(tǒng)水泵揚程與建筑高度無關(guān)，水泵揚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、制冷主機蒸發(fā)器的水壓降、最末端空氣冷卻器的阻力及各個閥門的阻力之和。冷卻水系統(tǒng)揚程為供回水管路阻力、主機冷凝器的水壓降、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。兩個水系統(tǒng)的水泵揚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)。空調(diào)水泵的揚程選擇必須以此為依據(jù)，并要經(jīng)過嚴(yán)格的水力計算，要針對不同管徑不同的水流速對應(yīng)的比摩阻進(jìn)行精確的水力計算，最終得出最不利管路的阻力，從而得出最準(zhǔn)確的揚程數(shù)據(jù)為設(shè)計選用揚程。但是在實際的設(shè)計過程中，不可否認(rèn)有些設(shè)計人員相對比較保守，過分依賴于經(jīng)驗數(shù)據(jù)，沒有經(jīng)過謹(jǐn)慎的水力計算，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)計比實際偏大的結(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)的實際揚程和流量，同各運行單位現(xiàn)有實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。如果從整個空調(diào)系統(tǒng)的運行上分析，水泵節(jié)能改造方案實施的先決條件是必須對空調(diào)系統(tǒng)作一個更全面的測試，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、水泵電機的實際運轉(zhuǎn)功率、水泵的實際運轉(zhuǎn)效率等。此外，還須對使用單位的空調(diào)運行方式進(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)的自動化控制范圍，末端設(shè)備是否設(shè)置電動閥與溫控裝置，各空調(diào)區(qū)域的實際使用情況，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，更具針對性。

3、結(jié)合我院中央空調(diào)系統(tǒng)運行現(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)主機主要為螺桿式制冷主機，空調(diào)末端風(fēng)機盤管支路控制閥門為手動截止閥。空調(diào)水系統(tǒng)無自動控制裝置，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，我們無法對空調(diào)末端水流量進(jìn)行控制，手動截止閥始終處于全開狀態(tài)，這樣整個空調(diào)冷凍水系統(tǒng)為定流量運行。但是在實際的使用過程中，日間負(fù)荷變化與季節(jié)性負(fù)荷變化很大，特別是夜間運行與冬季運行過程中，日均負(fù)荷變化就相當(dāng)明顯，如果空調(diào)水系統(tǒng)采用定流量運行，水泵能耗浪費就比較嚴(yán)重，同時水泵的負(fù)載對其使用壽命也產(chǎn)生較大影響。目前我院中央空調(diào)運行過程中的負(fù)荷變化能量調(diào)節(jié)主要是依靠人為調(diào)整空調(diào)主機與水泵的停啟臺數(shù)來滿足實際的運行工況。我院夏季最熱月空調(diào)運行過程中，五臺主機全部開啟，冷凍水泵與冷卻水泵也以最大功率組合運行，這種組合方式看起來似乎很合理，但實際運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、揚程等參數(shù)選用小功率水泵代替原設(shè)計大功率水泵以達(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方面的要求：

（1）、改造后水泵揚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蒸發(fā)器水流量的安全范圍。

（2）、原設(shè)計中冷凍水揚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)機房較近，兩支路的最不利循環(huán)管路也相對接近，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際的揚程。如果此問題不能很好的解決，將會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)處于最佳工況運行狀態(tài)以達(dá)到節(jié)能減小運行成本的目的，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)口溫度的測試點的選擇上必須選擇最不利循環(huán)管路末端的風(fēng)機盤管進(jìn)行測試，測試的對象除了出風(fēng)溫度外還應(yīng)對末端支路的水壓、流速進(jìn)行測試，保證流速范圍達(dá)到0.5—0.6M/S。在對水泵改造前后的性能測試上應(yīng)考慮綜合因素，在揚程與流量都能滿足的前提下，電機效率必須保證處于高效率運行區(qū)域，低能耗低效率的運行模式也不宜選用。

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)運行一段時間后，測試出風(fēng)溫度時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個甚至更多點進(jìn)行樣點數(shù)據(jù)采集，記錄此時制冷主機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）、對改造前后冷媒水的供回水壓差進(jìn)行分析，對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，同時要結(jié)合制冷主機的供回水溫度及水流量對制冷主機的輸出功率進(jìn)行分析，以免出現(xiàn)主機效率的下降而導(dǎo)致實際能耗的增加。另外在電機功率的測試上不應(yīng)由改造方進(jìn)行測試，應(yīng)有業(yè)主單位邀請專門的檢測機構(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改造也是中央空調(diào)系統(tǒng)運行的節(jié)能改造方案之一，通過樓宇控制系統(tǒng)改造和計算機模糊控制原理對空調(diào)系統(tǒng)的能量需求作為隨機變量進(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)更加合理化運行。通過控制器對冷凍水控制單元、冷卻水控制單元、冷卻塔風(fēng)機控制單元，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，要實現(xiàn)上述智能化控制的實現(xiàn)，必須對整個空調(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蒸發(fā)器流量的恒定即恒壓差，主機才可穩(wěn)定運行。3、現(xiàn)有水泵與風(fēng)機電機增加變頻器進(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，涉及到整個空調(diào)系統(tǒng)的綜合布線工程。

對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)控與管理平臺系統(tǒng)改造確實能夠達(dá)到節(jié)能運行的目的，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)能改造的全面實施。選擇一次性方案整體規(guī)劃設(shè)計，圍繞工程改造計劃進(jìn)行分步實施，以避免重復(fù)施工的浪費是我們理想的規(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，政府與供電公司對此項目也進(jìn)行了積極的推廣。結(jié)合大型醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)運行的時間規(guī)律特點，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)計施工合理的前提下，解決好初投資成本與運行成本回收矛盾的問題，再加上供電部門不斷的峰谷電價比例調(diào)整及相應(yīng)的的費用減免政策，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。