初探中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能及改造優(yōu)化

郭健涌

福建嘉博聯(lián)合設(shè)計(jì)股份有限公司（361000）

初探中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能及改造優(yōu)化

郭健涌

福建嘉博聯(lián)合設(shè)計(jì)股份有限公司（361000）

隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平的提高，我國中央空調(diào)系統(tǒng)的推廣及運(yùn)用越來越廣泛，在當(dāng)前高層建筑中也發(fā)揮著越來越重要的作用。但是，在享受中央空調(diào)帶來的便利的同時(shí)，其能耗大的缺點(diǎn)卻不容忽視。文章以某工程為例，從個(gè)別到一般，以當(dāng)前中央空調(diào)系統(tǒng)所具有的問題展開探索，提出一些關(guān)于節(jié)能方面的建議，為今后中央空調(diào)的改進(jìn)提供一定的幫助。

中央空調(diào)；節(jié)能改造；設(shè)計(jì)

1　工程概況

某高層建筑的空調(diào)系統(tǒng)建成于2001年，屬于舊樓加固維修新增的空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)空調(diào)建筑面積達(dá)6800m2，其冷熱源主要由制冷機(jī)、冷溫水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、供油系統(tǒng)提供，制冷機(jī)采用遠(yuǎn)大直燃機(jī)。

型號(hào)：BZ150ⅦBCH1。水泵型號(hào)：WILO-NP150/ 315V-55/4；WILO-NP150/400V-90/4。

2　中央空調(diào)系統(tǒng)存在問題及改造措施

中央空調(diào)系統(tǒng)所使用的制冷機(jī)是直燃型 （燃油）溴化鋰吸收式制冷機(jī)。此制冷機(jī)所用的原料是油，但是近些年油價(jià)居高不下，制冷機(jī)的使用因此需要花費(fèi)更多的資金。另外，由于是用油作為原材料，所以在使用過程中排放出來的二氧化碳、二氧化氯等有害廢氣，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大危害。因此，節(jié)能改造項(xiàng)目具有重大意義，用天然氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油會(huì)大大降低對(duì)環(huán)境的危害。

為了更好地解決各個(gè)用能系統(tǒng)的能耗份額的問題，筆者認(rèn)為應(yīng)該將直燃型（燃油）溴化鋰吸收式制冷機(jī)進(jìn)行優(yōu)化處理，用天然氣代替燃油，變頻節(jié)能，采用循環(huán)水泵。

2.1水泵變頻節(jié)能改造

2.1.1水泵變頻節(jié)能改造的必要性

就實(shí)際情況來說，水泵類設(shè)備在生活中運(yùn)用得很廣，而且常常會(huì)根據(jù)不同的需求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，比如根據(jù)回流閥設(shè)備對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行控制，根據(jù)調(diào)整閥設(shè)備對(duì)流量信號(hào)進(jìn)行控制。通過這種方法，在任何條件下，水泵都能在安全狀況下全速工作，但是由于這樣的調(diào)整，會(huì)讓能量因調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流損失而浪費(fèi)掉。因?yàn)樗妙愒O(shè)備選用的運(yùn)作方式是異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方法，所以會(huì)產(chǎn)生機(jī)器運(yùn)行時(shí)電流量較大的弊端，這對(duì)機(jī)器的保護(hù)會(huì)有很大影響。這些隱患不但會(huì)造成設(shè)備使用壽命的減少，而且會(huì)在出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)造成設(shè)備損傷，還會(huì)在泵出現(xiàn)故障時(shí)損害電機(jī)。

實(shí)施好水泵變頻的節(jié)能改造項(xiàng)目，做好水泵與裝配變頻器的更新?lián)Q代工作，能夠充分展現(xiàn)變頻水泵系統(tǒng)在用電領(lǐng)域的高性能、低消耗、高產(chǎn)出的特點(diǎn)。一方面能夠解決用電供求上的困難，另一方面也是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，響應(yīng)建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的政策的需要。

2.1.2中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造方案

依照現(xiàn)實(shí)狀況來看，由于水泵經(jīng)常使用，時(shí)間久了，會(huì)使水泵遠(yuǎn)離之前的工作點(diǎn)，而且這個(gè)距離還相當(dāng)大。這樣會(huì)引發(fā)電機(jī)功率過高的狀況，會(huì)使得許多能源浪費(fèi)。撤除原有水泵NL150/315V-55/4與NL150/400V-90/4。依照水泵原計(jì)劃的設(shè)定情況，再和現(xiàn)在水泵的現(xiàn)實(shí)工作狀況相結(jié)合，從整體效益出發(fā)思考水泵并聯(lián)運(yùn)行參數(shù)特性，達(dá)到系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，從而采用新型水泵。水泵型號(hào)分別為NL150/ 315-45/4與NL150/315-45/4。

2.1.3中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的優(yōu)點(diǎn)

在本小節(jié)中，會(huì)根據(jù)上節(jié)里改造方案和現(xiàn)有水泵的實(shí)際工作情況，結(jié)合其相應(yīng)的耗能與耗費(fèi)展開分析處理。

1）空調(diào)系統(tǒng)水泵每年要運(yùn)行120d，平均一天運(yùn)行12h。冬季供暖系統(tǒng)水泵每年運(yùn)行120d，平均1d運(yùn)行24h。

2）現(xiàn)有水泵年耗電量為559440（kW·h）。

3）由于采用變頻措施，改造后水泵年耗電量僅為265643（kW·h）。

4）改造方案水泵節(jié)能率：

5）節(jié)能改造后每年節(jié)約的資金：節(jié)能改造后年節(jié)約資金=ΔW·YΔW，Y為年節(jié)電總量（kW·h），電價(jià)（元/kW·h），此處按0.8元/kW·h計(jì)算，節(jié)能改造后年節(jié)約資金=ΔW·Y=293797×0.8=235038（元）。

6）節(jié)能改造增加的純投資：增加的純投資=X1。其中X1為改造設(shè)備、施工和設(shè)計(jì)費(fèi)（元），節(jié)能改造增加的純投資=X1=729227（元）。

7）節(jié)能改造后長期節(jié)約的資金：節(jié)能改造后長期節(jié)約資金=U+V+W+S。其中，U為過去因壓力有時(shí)過高而損失的閥門和管件費(fèi)用（元）（此項(xiàng)目不涉及此項(xiàng)）；V為減少高壓泄露過多的耗費(fèi)（元）（此項(xiàng)目不涉及此項(xiàng)）；W為杜絕電機(jī)損壞和聯(lián)軸器故障，減少維修費(fèi)用 （元）；S為因減少供水故障而提高的生產(chǎn)效益（元）。W+S為按照老舊系統(tǒng)平均每年普通維護(hù)支出8000元計(jì)算。本項(xiàng)目節(jié)能改造后長期節(jié)約資金=U+V+W+S=8000（元），采用節(jié)能改造項(xiàng)目投資回收期為3年。

2.2直燃型（燃油）溴化鋰吸收式制冷機(jī)進(jìn)行油改氣改造

2.2.1項(xiàng)目概況

在大樓東面的地下一樓是放置直燃機(jī)的地方，里面有三臺(tái)直燃機(jī)組，每時(shí)每刻都在運(yùn)作，從不停歇。正因?yàn)橛辛怂鼈儾拍転榇髽茿區(qū)提供熱水，才能輸送冷源與熱源給大概60000m2以上的大面積建筑物。直燃機(jī)組采用的是柴油作為動(dòng)力源，產(chǎn)生的煙塵通過豎井排放到空氣里，這樣造成的污染較大。因此，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，將柴油改為天然氣，并將直燃機(jī)房在以下幾個(gè)方面進(jìn)行改造：基本結(jié)構(gòu)調(diào)整、暖氣通風(fēng)口的選擇、消防裝置的安置等。

2.2.2項(xiàng)目的可行性和必要性

1）依照《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50041-2008第15.1.2條關(guān)于土地建設(shè)的相關(guān)要求：“需要有設(shè)置相匹配的防爆設(shè)施在鍋爐房的附近，為其安全提供保障。除此之外，還要求直燃機(jī)房土建結(jié)構(gòu)改造達(dá)到泄爆面積，并且還必須有相應(yīng)的泄壓面積（相當(dāng)于鍋爐間占地面積10%）?！?/p>

2）由于將天然氣作為替代燃料后還是有缺點(diǎn)的，因此按照《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50058與 《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50041-2008的相關(guān)規(guī)定，有必要對(duì)直燃機(jī)房內(nèi)的相關(guān)電氣、暖氣、通話裝置實(shí)施檢查，并予以改造，達(dá)到燃?xì)忮仩t房對(duì)此的相關(guān)要求。

3）依照《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第7.6.6.1條的要求，為達(dá)到消防部門關(guān)于高層建筑的設(shè)計(jì)防火規(guī)范的指標(biāo)，高層建筑應(yīng)有所改變，而燃?xì)忮仩t房的消防系統(tǒng)需要進(jìn)行重新整改。

2.2.3改造方案

1）加固工程

在機(jī)房的東墻上開一個(gè)面積為42m2泄爆口，同時(shí)要對(duì)洞口進(jìn)行加固處理。

2）土建工程

為實(shí)現(xiàn)消防部門制定的關(guān)于泄爆面積必須大于機(jī)房總面積10%的規(guī)定，這就需要規(guī)劃南北走向的泄爆通道于空調(diào)機(jī)房東墻外側(cè)，并且應(yīng)留有總面積大概42m2的泄爆口在機(jī)房兩側(cè)。

3）電氣工程

將機(jī)房原照明燈及墻上插坐全部改為防爆型。

4）消防改造

在控制室加裝七氟丙烷設(shè)備。

5）暖通工程

將機(jī)房原送風(fēng)、排風(fēng)、排煙系統(tǒng)全部拆除，按規(guī)范設(shè)計(jì)新的系統(tǒng)。

6）更換直燃機(jī)燃燒器

為了實(shí)現(xiàn)多重安全保障功能，選用了德國的威索燃燒機(jī)替代了原本的燃燒機(jī)，并增加了電氣操控系統(tǒng)與燃?xì)忾y組。同時(shí)，為了更好地達(dá)到保護(hù)機(jī)房的目的，特別提出了以下處理方式：首先，采用機(jī)房已經(jīng)裝備的送風(fēng)系統(tǒng)、出風(fēng)系統(tǒng)；其次，安裝好滅火器（選擇手提干粉類型的）；最后，增加泄爆口和安裝報(bào)警裝置來檢測(cè)燃?xì)馐欠裥孤▓?bào)警裝置的安置交給燃?xì)夤救珯?quán)負(fù)責(zé)）。這樣，在發(fā)生燃?xì)庑孤┑臅r(shí)候，報(bào)警裝置會(huì)自動(dòng)開啟排風(fēng)功能，進(jìn)行空氣疏通，同時(shí)關(guān)閉天然氣的進(jìn)口。這一系列的措施，讓直燃機(jī)房即使使用天然氣，也不會(huì)產(chǎn)生大的安全隱患。

2.2.4經(jīng)濟(jì)性分析及社會(huì)效益

1）經(jīng)濟(jì)性分析

柴油熱值為10200kcal/kg，天然氣熱值為8 600kcal/m3，1kg柴油的熱值相當(dāng)于1.186m3天然氣。柴油按均價(jià)8500元/t，天然氣按2.7元/m3計(jì)算：每公斤柴油可節(jié)省1×8.5-1.186×2.7＝5.3元。2013年直燃機(jī)柴油耗量約為460t，則可節(jié)約燃料費(fèi)用460×1000×5.3=2438000元。

2）社會(huì)效益

天然氣作為一種清潔能源，其所含有害氣體較少，且天然氣的分布較廣，易于開采，利用其作為能源使用，能夠大大減少對(duì)煤炭資源和礦產(chǎn)資源的使用，有利于環(huán)境的保護(hù)。其次，相比使用其他礦產(chǎn)資源，天然氣具有排污少、無硫化物、安全干凈等特點(diǎn)，因此能夠減少酸雨的形成，減緩全球變暖的趨勢(shì)，保護(hù)環(huán)境。

3　結(jié)語

本項(xiàng)目最終選擇了安裝變頻器來配合高效水泵的運(yùn)行，這種方式是參照了水泵系統(tǒng)的實(shí)地操作情況，經(jīng)過多次測(cè)試，再吸取不足之處進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，對(duì)本項(xiàng)目提出的改造方法。這種方式可以使得節(jié)能率高達(dá)52.5%，3年時(shí)間節(jié)約下來的費(fèi)用，足以用來收回投資資本。在改造之后，水泵的運(yùn)行已經(jīng)能夠承擔(dān)起空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并能夠保持水泵的穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)能成果非常顯著。使用一些新型能源，能夠有效的保護(hù)大氣層，提高空氣的清新度。使用天然氣，可以在生活中減少煤與石油的普及度，經(jīng)監(jiān)測(cè)可以節(jié)省43%左右的費(fèi)用，達(dá)到很好的節(jié)能效果，并在經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益上取得更大的成功。

［1］胡雪梅，任艷艷.中央空調(diào)的變頻拉制設(shè)計(jì)及節(jié)能分析田［J］.電機(jī)與控制應(yīng)用，2011（38）.