陜西省某商場空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造研究

賀靜靜

(陜西能源職業(yè)技術學院,陜西 咸陽 712000)

0 引言

隨著現(xiàn)代公共建筑的廣泛建設，針對公共建筑的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計也變得越來越重要[1]。在公共建筑的耗能中，暖通的耗能占比達到68%。大型中央空調(diào)作為暖通涉及的重要設備，耗能占比最高。雖然現(xiàn)階段我國的大型公共建筑占我國建筑總面積的5%不到，但是其耗能占比超過了全國城鎮(zhèn)居民用電量的25%[2-4]。

如何在保證公共建筑內(nèi)的舒適性的前提下，最大可能地降低公共建筑的能耗，是現(xiàn)階段建筑節(jié)能設計的重點[5-6]。

針對大型公共建筑的建筑節(jié)能在國內(nèi)外已有過相關的研究[7-9]。喬富榮等[10]以東莞某辦公建筑為例，針對集中式空調(diào)系統(tǒng)研究了一種空調(diào)節(jié)能分析方法。夏麟等[11]從空調(diào)和供暖的舒適度兩個方面分析了上海某辦公建筑的空調(diào)節(jié)能效果。劉鳴等[12]結合氣候特性分析了蒸發(fā)冷卻空調(diào)新風系統(tǒng)的應用。本文主要結合陜西省某商場空調(diào)系統(tǒng)，對其節(jié)能進行改造，并分析了其節(jié)能的效果。

1 空調(diào)系統(tǒng)能耗分析

設備的能耗主要通過以下公式進行計算[13-15]：

(1)

式中：P、U、I分別為空調(diào)設備的功率、設備的電壓和電流；cosφ為功率因數(shù)。

制冷機和冷卻塔的制冷量計算公式如下：

(2)

式中：Cp、ρ、Q分別為制冷機水的比熱容、水的密度、冷卻塔的冷卻水流量；th、tg分別為冷卻塔的回水溫度和供水溫度。

水泵的能耗η計算式為：

(3)

式中：Q、H、N分別為水泵的流量、水泵的揚程和水泵的軸功率。

2 某商場空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能診斷分析

本次針對陜西省某商場空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造主要包含：拆除建筑內(nèi)的部分結構，將原來的格局進行細微調(diào)整。為了滿足商場的功能需求，在節(jié)能改造過程中加入了新風系統(tǒng)。為了對商場的空調(diào)系統(tǒng)有更好的認識，需要對其節(jié)能進行診斷分析。本文選擇的測試儀器匯總表如表1所示。

表1 測試儀器匯總表

該商場的原有空調(diào)系統(tǒng)有2臺制冷機組并行運行，分別為1號機組和2號機組，兩臺機組的額定制冷功率為1 920 kW。選擇1號制冷機組進行測試，其冷水機組在不同測試時間點的制冷量和耗電量如圖1和圖2所示。

圖1 1號冷水機組制冷量變化曲線

圖2 1號冷水機組耗電量變化曲線

通過對機組的能耗值進行分析可得，機組在實際運行過程中其能效比約為4.9，滿足規(guī)范設計要求。

3 某商場空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造

本文設計的空調(diào)智能控制系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3 空調(diào)智能控制系統(tǒng)原理圖

本次空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造主要有以下幾個方面：首先是硬件系統(tǒng)的升級，增加了智能的控制箱，能夠智能監(jiān)控空調(diào)系統(tǒng)的狀態(tài)；其次，在空調(diào)系統(tǒng)的風管上增加了傳感器，主要用于感知空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的溫度；最后，針對空調(diào)系統(tǒng)的控制信號閥門進行改造，智能控制空調(diào)系統(tǒng)的風量。

3.1 節(jié)能改造方案實施

空調(diào)水系統(tǒng)的改造主要是利用可編輯邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)智能控制箱代替原有的控制柜。PLC智能控制系統(tǒng)如圖4所示。從圖4可以看出：空調(diào)水系統(tǒng)體現(xiàn)在水管上的節(jié)能改造主要是增加了溫度傳感器，這樣能夠智能監(jiān)測制冷機的能耗，避免室內(nèi)溫度過低或者過高，降低空調(diào)系統(tǒng)的整體能耗。空調(diào)水系統(tǒng)PLC智能控制箱能夠監(jiān)測空調(diào)設備的運行狀態(tài)，對冷水機組、冷水泵和冷水塔等重要設備實施開關控制和遠程的啟閉。

圖4 PLC智能控制系統(tǒng)圖

3.2 空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能分析

商場改造后，空調(diào)系統(tǒng)7月每日室外氣溫及制冷循環(huán)耗能數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 7月每日室外氣溫及制冷循環(huán)能耗數(shù)據(jù)表

從表2可以看出：商場空調(diào)系統(tǒng)的耗電量隨著室外氣溫的增大而增大，整個7月室外溫度波動較大；7月28日商場空調(diào)的耗電量最高，其當日的空調(diào)系統(tǒng)用電量達到了4 700 kW·h。

圖5所示為7月當?shù)刈罡邭鉁嘏c最低氣溫逐日變化曲線；圖6和圖7所示分別為制冷循環(huán)用水量、耗電量隨室外氣溫變化曲線。從圖6、圖7可以發(fā)現(xiàn)：7月中的43 ℃為最高的氣溫。耗電量最低的是7月8日和7月9日，耗水量最小的時間是7月8日。在7月8日，其最高溫度和最低溫度之差為4 ℃。與耗電量最低的時間相比，其最高溫度和最低溫度之差比較接近。

圖5 7月當?shù)刈罡邭鉁嘏c最低氣溫逐日變化曲線

圖6 制冷循環(huán)用水量隨室外氣溫變化曲線

圖7 制冷循環(huán)耗電量隨室外氣溫變化曲線

本文設計的夏季某商場空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)溫度為(25±1)℃。如表3所示為不同室內(nèi)溫度空調(diào)能耗的影響。

表3 不同室內(nèi)溫度空調(diào)能耗的影響

從表3可以發(fā)現(xiàn)：當空調(diào)室內(nèi)溫度由26 ℃降低至24 ℃時，其累計的冷負荷增加了6 029 kW·h。通過上述分析可知：改造后，商場空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果顯著提高。同時，適當提高夏季室內(nèi)溫度的設定對于空調(diào)系統(tǒng)的整體節(jié)能量有明顯的效果。

4 結論

本文針對陜西省某商場的空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能改造。改造后的空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)過一年運行，其空調(diào)系統(tǒng)運行穩(wěn)定，空調(diào)水系統(tǒng)能夠智能控制，提高了系統(tǒng)運行的智能化，降低了人為控制的失誤。增加的PLC智能控制箱可以實現(xiàn)空調(diào)水智能監(jiān)測制冷機的能耗，避免室內(nèi)溫度過低或者過高，降低空調(diào)系統(tǒng)的整體能耗。

本文的主要結論如下:夏、冬季選擇中央空調(diào)對商場的溫度進行調(diào)節(jié)時，在滿足室內(nèi)新風量達到規(guī)范要求的前提下，不要隨意提高最小的新風標準，節(jié)約能耗；在春、秋季的氣溫較舒適季節(jié)，盡量選擇新風系統(tǒng)，以減少空調(diào)系統(tǒng)的負荷、降低空調(diào)系統(tǒng)的全年能耗。