商業(yè)大廈中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造探討

王江華

（中山市科發(fā)節(jié)能科技發(fā)展有限公司，廣東 中山 5284000）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，中央空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了各類建筑當(dāng)中，特別是商業(yè)大廈，中央空調(diào)的能耗也是十分驚人的，一般賓館、寫字樓中央空調(diào)能耗約占總能耗的30%～40%，商業(yè)大廈的空調(diào)能耗占總能耗的50%以上。常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)是按照最大冷熱負(fù)荷進(jìn)行選型設(shè)計的，但全年最熱的天氣就只有那一段時間，因而，中央空調(diào)大多時間是低于機(jī)組額定負(fù)荷狀態(tài)下運行的，造成了電能的極大浪費，因此，如何對中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，以提高運行效率，減少能耗，這是一個急需解決的問題。

1 原有空調(diào)系統(tǒng)概況

某商業(yè)大廈共13層，總建筑面積約13000m2，空調(diào)面積約7461m2。有制冷及采暖系統(tǒng)。為了達(dá)到節(jié)能降耗效果，對原有空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能改造。

1.1 制冷系統(tǒng)

圖1 中央空調(diào)制冷水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）制冷源：包括2臺單螺桿冷水機(jī)組，總制冷量為1231kW，夏天供冷。

（2）水系統(tǒng)：供冷采用一次泵定流量水系統(tǒng)，每層水平管及空調(diào)立管采用同程設(shè)計。冷凍水供回水溫度7℃～12℃；在屋頂設(shè)置膨脹水箱，進(jìn)行補(bǔ)水定壓；冷凍水循環(huán)泵30kW，2臺；冷卻水循環(huán)泵30kW，2臺；冷卻塔風(fēng)機(jī)7.5kW。

1.2 水系統(tǒng)

水系統(tǒng)采用二次泵定流量，采暖一次泵提供熱水到采暖板換熱器，采暖二次泵提供采暖熱水?？照{(diào)熱水供回水溫度50℃～60℃。熱水一次泵2.2kW，2臺熱水二次泵15kW，2臺；在屋頂設(shè)置膨脹水箱，進(jìn)行補(bǔ)水定壓。

1.3 空調(diào)系統(tǒng)自動控制

冷水機(jī)組能量調(diào)節(jié)和進(jìn)出水溫度，由主機(jī)控制器自動控制。冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等設(shè)備，由主機(jī)房空調(diào)電控柜進(jìn)行控制。冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)及進(jìn)水電動閥進(jìn)行聯(lián)鎖。冷水機(jī)組，由冷量或溫度進(jìn)行臺數(shù)控制；冷卻塔由回水溫度控制其風(fēng)機(jī)的運行。

2 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造

2.1 改造目的

中央空調(diào)系統(tǒng)中，各種風(fēng)機(jī)和水泵的容量，是根據(jù)建筑物最大冷熱負(fù)荷設(shè)計選定的，并留有一定的設(shè)計余量。中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷，主要跟建筑物的圍壁與環(huán)境的熱交換及其外界環(huán)境相關(guān)的；對于固定的建筑物，其負(fù)荷主要是隨室外環(huán)境條件而變化的。中央空調(diào)的冷熱負(fù)荷，在絕大部分時間內(nèi)遠(yuǎn)低于設(shè)計負(fù)荷；即實際上大部分時間運行在低負(fù)荷狀態(tài)；中央空調(diào)大部分時間運行在設(shè)計負(fù)荷的60%以下。系統(tǒng)末端設(shè)備所需冷凍水量一般小于設(shè)計流量，而水系統(tǒng)是用定流量運行；故在部分負(fù)荷時，將浪費能源?？照{(diào)水系統(tǒng)的耗電量約占空調(diào)總耗電量的15%～20%，根據(jù)負(fù)荷變化對水系統(tǒng)采用變流量運行，可帶來可觀的節(jié)能效果。

2.2 改造原理

對冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)，利用變頻無級調(diào)速技術(shù)，解決了其供冷量不隨末端負(fù)荷需求變化而造成的電能浪費問題。在各種水泵電機(jī)拖動系統(tǒng)中接入變頻系統(tǒng)，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量、壓力以及溫度等變化，以取代閥門控制流量，達(dá)到節(jié)能效果。

(1)調(diào)節(jié)電機(jī)速度與節(jié)省水泵功率

由流體力學(xué)知：P=Q×H.

式中：P為水泵功率；Q為水泵流量；H為水泵的壓頭（揚程）。

由于流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓頭H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，所以功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比。如果水泵效率一定，當(dāng)要調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速N可成比例地下降，水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方關(guān)系下降。

例如：一臺水泵電機(jī)功率30kW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時（運行頻率為40Hz，額定頻率為50Hz），其耗電量為15.36kW，省電48.8%；當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時，其耗電量為3.75kW，省電87.5%。

(2)變頻調(diào)速原理

交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速：n＝60f(1－s)/p.式中：n為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；f為異步電動機(jī)的頻率；s為電動機(jī)轉(zhuǎn)差率；p為電動機(jī)極對數(shù)。轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。

3 改造成果

3.1 節(jié)能

通過加負(fù)荷及無負(fù)荷實驗，觀察分析結(jié)果，空調(diào)節(jié)能效果達(dá)到24.8%以上，如表1。

表1 節(jié)能實驗狀況及效果

3.2 提高功率因數(shù)

交流設(shè)備的容量以視在功率S表示：

式中：S為視在功率；P為有功功率；Q為無功功率。

其中：P=S×cosθ Q=S×sinθ

功率因數(shù)cosθ越小，有功功率P越小，無功功率Q越大。無功功率不但增加線損和設(shè)備發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低會導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費嚴(yán)重。普通水泵電機(jī)的功率因數(shù)在0.6～0.7之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，可使cosθ≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。通過加負(fù)荷及無負(fù)荷實驗，觀察分析結(jié)果，提高了其功率因數(shù)，見表2。

表2 節(jié)能實驗狀況及效果

結(jié)束語

總之，能耗與節(jié)能是空調(diào)行業(yè)發(fā)展的永恒主題，商業(yè)建筑的中央空調(diào)能耗大是一個普遍存在的問題，中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能潛力是很大，節(jié)能改造后的效益也是非常明顯的，關(guān)鍵是如何挖掘。因此，節(jié)能改造將會成為未來空調(diào)設(shè)計的基本課題和方向之一。

[1]上實大廈中央空調(diào)節(jié)能改造案例介紹[J].城市開發(fā)，2010.01.

[2]湯德濃.某移動通訊綜合大樓中央空調(diào)節(jié)能改造方案[J].廣東土木與建筑，2008.11.