中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造實(shí)踐及節(jié)能效果分析

（廣東工業(yè)大學(xué)，廣州 510006）

0 引言

以廣州為代表的我國(guó)夏熱冬暖地區(qū)，夏季濕熱多雨，年平均氣溫21.8℃左右，故空調(diào)能耗在該地區(qū)公共機(jī)構(gòu)/建筑能耗中占比很大。當(dāng)前國(guó)家正在全力推進(jìn)節(jié)約型公共機(jī)構(gòu)示范單位創(chuàng)建和綠色校園建設(shè)，通過(guò)節(jié)能改造來(lái)降低空調(diào)能耗、提升空調(diào)能效顯得尤為重要。

在中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造實(shí)踐研究方面，通過(guò)對(duì)具體改造案例的分析和研究可以更好地檢驗(yàn)改造方案和選用技術(shù)的適用性。閆軍威等［1］針對(duì)既有中央空調(diào)運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，建立了空調(diào)節(jié)能管理控制系統(tǒng)，改造后部分項(xiàng)目平均節(jié)能率達(dá)28%以上。劉金平等［2］通過(guò)采用冷水系統(tǒng)水力平衡及冷水機(jī)組優(yōu)化控制、增加冷凍水泵及實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)等措施的綜合節(jié)能改造，節(jié)能率可達(dá)26.3%。賀淼淼等［3］對(duì)空調(diào)系統(tǒng)冷水供水溫度、流量等運(yùn)行參數(shù)建立基于功率的能耗模型，采用遺傳算法進(jìn)行運(yùn)行策略優(yōu)化，優(yōu)化后空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能13.24%。文獻(xiàn)［4］通過(guò)對(duì)某變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)控制改造的研究，表明采用變靜壓變送風(fēng)溫度控制方法后室內(nèi)熱舒適性得到明顯提高，且在部分負(fù)荷下節(jié)能效果較為明顯。

在中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)數(shù)學(xué)模型仿真研究方面，凌善旭等［5］在所建立的空調(diào)系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上研究了部分負(fù)荷下系統(tǒng)冷凍水及冷卻水流量等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)調(diào)控的優(yōu)先級(jí)與節(jié)能潛力，系統(tǒng)全局優(yōu)化控制，節(jié)能率可達(dá)11.7%。文獻(xiàn)［6］的研究結(jié)果表明，對(duì)集中供冷中央空調(diào)系統(tǒng)能耗影響最大的參數(shù)是溫度、濕度，對(duì)于單棟建筑的系統(tǒng)耗冷量，室外溫度、濕度兩個(gè)變量就能夠解釋其超過(guò)90%的變化。王賀等［7］通過(guò)開(kāi)展基于IMC-P的空調(diào)冷卻水溫度控制研究，發(fā)現(xiàn)基于育種算法的串級(jí)內(nèi)模控制器系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性最好。此外，王躍等［8］在夏熱冬暖地區(qū)建立了開(kāi)式湖水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，制冷能效比達(dá)到3.74 W/W。

以上空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造項(xiàng)目，通過(guò)運(yùn)用單一或綜合節(jié)能技術(shù)初步達(dá)到了節(jié)能效果，但建立數(shù)學(xué)模型并與節(jié)能改造實(shí)踐效果進(jìn)行比較分析方面有待進(jìn)一步研究。因此，本文針對(duì)某大型集中供冷中央空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)及在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在的主要問(wèn)題，提出多種空調(diào)節(jié)能技術(shù)相耦合的節(jié)能改造方案，實(shí)現(xiàn)既有空調(diào)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中控制和節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行；建立基于多元線性回歸統(tǒng)計(jì)法的中央空調(diào)系統(tǒng)基期能耗-影響因素?cái)?shù)學(xué)模型，并對(duì)節(jié)能量進(jìn)行計(jì)算和比較分析。本項(xiàng)目的實(shí)踐及研究結(jié)果可為該地區(qū)中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造提供參考和借鑒。

1 系統(tǒng)概況及存在問(wèn)題

1.1 系統(tǒng)概況

本項(xiàng)目改造的中央空調(diào)系統(tǒng)供冷區(qū)域?yàn)?棟公共教學(xué)樓，總實(shí)際改造涉及供冷面積約為9.3萬(wàn)m2。該空調(diào)系統(tǒng)采用區(qū)域集中供冷系統(tǒng)技術(shù)，冷站將一次冷凍水輸送到建筑內(nèi)的板換間后通過(guò)板式換熱器與二次側(cè)冷凍水進(jìn)行換熱，再對(duì)教學(xué)樓內(nèi)各教室進(jìn)行供冷。其中一次側(cè)冷凍水的設(shè)計(jì)溫度為3/12.5 ℃，二次側(cè)冷水設(shè)計(jì)溫度為6.5/13.5 ℃，設(shè)計(jì)用冷指標(biāo)為180 W/m2，總設(shè)計(jì)冷負(fù)荷2.38萬(wàn)kW。所有均采用上送上回的風(fēng)方式空調(diào)系統(tǒng)。本系統(tǒng)換熱設(shè)備及空氣處理機(jī)等主要設(shè)備具體參數(shù)見(jiàn)表 1，2。

表1 換熱設(shè)備具體參數(shù)

表2 空氣處理機(jī)具體參數(shù)

空調(diào)系統(tǒng)主要運(yùn)行時(shí)間為每年4月底至11月中旬，教學(xué)日每天運(yùn)行約12 h（08：30-20：30）。教學(xué)樓建筑能耗主要由冷耗及電耗兩部分組成，其中冷耗采用熱能表積算器來(lái)計(jì)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，改造前空調(diào)冷耗所占能耗費(fèi)用的比例為51%。因此有必要對(duì)空調(diào)系統(tǒng)（特別是冷源側(cè)）進(jìn)行分析和改造。

1.2 存在問(wèn)題

在該系統(tǒng)物業(yè)管理中雖然配置了專人進(jìn)行運(yùn)行管理，但專業(yè)化程度低，且缺乏相匹配的智能化管理控制系統(tǒng)，無(wú)法保證空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行在合理區(qū)間。由于空調(diào)冷負(fù)荷會(huì)隨室內(nèi)冷負(fù)荷需求、室外環(huán)境參數(shù)等動(dòng)態(tài)變化，人工日常管理無(wú)法及時(shí)響應(yīng)室內(nèi)冷負(fù)荷變化，故存在能源利用率低、冷耗浪費(fèi)嚴(yán)重等現(xiàn)象，空調(diào)系統(tǒng)有較大的節(jié)能優(yōu)化潛力。具體存在問(wèn)題分析如下：

（1）日常運(yùn)行依靠人工現(xiàn)場(chǎng)操作，自動(dòng)化程度低。建筑內(nèi)空調(diào)機(jī)組及板換間設(shè)備依靠專職的管理人員每天現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)機(jī)，工作量大、系統(tǒng)自動(dòng)化程度低，亟待改善；板換間二次側(cè)循環(huán)泵采用定供水壓力經(jīng)驗(yàn)值，存在設(shè)置不合理的現(xiàn)象；過(guò)渡季節(jié)無(wú)法補(bǔ)充室外的新風(fēng)降低空調(diào)冷負(fù)荷。

（2）人工管理存在開(kāi)關(guān)機(jī)滯后性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精益化管理。由于供冷面積較大，且各功能區(qū)域溫度設(shè)定要求略有所不同，人工管理難免存在疏漏，人工“一刀切式”現(xiàn)場(chǎng)管理無(wú)法進(jìn)行各功能區(qū)差別化及個(gè)性化供冷需求，存在“大流量、小溫差”等現(xiàn)象，導(dǎo)致中央空調(diào)系統(tǒng)整體運(yùn)行能效未得到充分發(fā)揮。

（3）缺乏對(duì)重要參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，空調(diào)舒適性和能源利用率難以保障。系統(tǒng)缺乏溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，室溫控制僅通過(guò)采集單點(diǎn)回風(fēng)溫度確定，難以對(duì)實(shí)際供冷效果、冷熱不均（最大達(dá)4 ℃左右）等問(wèn)題進(jìn)行全局性判斷。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，個(gè)別反映室內(nèi)溫度偏低，不僅影響人體舒適感，同時(shí)造成了冷量嚴(yán)重浪費(fèi)。板換間設(shè)備無(wú)法依據(jù)建筑冷負(fù)荷等參數(shù)（二次側(cè)供水回路壓力和溫度、室內(nèi)外溫度及末端負(fù)荷等）的變化來(lái)按需實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)二次側(cè)水泵機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和供水溫度難以保持高效運(yùn)行。此外，未對(duì)實(shí)際用冷量、用電量進(jìn)行采集監(jiān)測(cè)和分析，不利于深入挖掘空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能潛力。

（4）空調(diào)末端機(jī)組控制老化，且未進(jìn)行變頻運(yùn)行控制?？照{(diào)機(jī)組水閥為電動(dòng)通斷閥，僅能實(shí)現(xiàn)水閥的開(kāi)關(guān)，無(wú)法對(duì)水量進(jìn)行精確調(diào)節(jié)?？照{(diào)機(jī)末端組僅采用老式機(jī)械面板/旋鈕開(kāi)關(guān)控制，精度低、故障率偏高。

（5）尚未進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)調(diào)適，系統(tǒng)工況沒(méi)有運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

為有效解決以上問(wèn)題，亟需對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行綜合節(jié)能改造，建立中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)，全面提高空調(diào)自動(dòng)化、智能化管理水平，在保障滿足末端用冷舒適性的前提下有效降低空調(diào)耗能。

2 節(jié)能改造方案及思路

2.1 改造方案整體思路

針對(duì)該空調(diào)系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題，重點(diǎn)提高板換間設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行管理水平，建立集中供冷中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)冷源系統(tǒng)無(wú)人值守、節(jié)能運(yùn)行。

控制系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程與本地監(jiān)控功能，采用移動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和傳輸；同時(shí)采用雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，提供的本地監(jiān)控功能可確保系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)通訊等出現(xiàn)故障時(shí)緊急切換為本地人工應(yīng)急控制模式，確保教學(xué)樓中央空調(diào)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。

控制系統(tǒng)能夠依據(jù)建筑冷負(fù)荷（二次側(cè)供水回路壓力和溫度、室內(nèi)外溫度及末端負(fù)荷等）參數(shù)的變化來(lái)按需實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)二次側(cè)水泵機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和供水溫度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體節(jié)能。二次側(cè)水泵控制和供水溫度控制采用多種控制優(yōu)化方案，設(shè)置最不利點(diǎn)參數(shù)監(jiān)測(cè)，在保證滿足最不利點(diǎn)壓力需求的前提下，進(jìn)行水溫/壓差優(yōu)化控制。（1）二次側(cè)供水溫度的優(yōu)化控制：通過(guò)比較二次供水溫度設(shè)定值與實(shí)際供水溫度，將結(jié)果輸入PID 控制器，PID控制器則通過(guò)精確控制一次側(cè)電磁調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)控制板式換熱器一次側(cè)冷水流量，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)二次側(cè)供水溫度的目的。（2）二次側(cè)水泵優(yōu)化變頻控制［9］：通過(guò)二次側(cè)供回水管壓差來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)其運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)水泵的優(yōu)化變頻控制，通常變化范圍在30～50 Hz區(qū)間內(nèi)。

控制系統(tǒng)采用直觀的監(jiān)控界面，以系統(tǒng)原理圖形式，確保系統(tǒng)界面可視化效果好，便于遠(yuǎn)程及本地運(yùn)維操作及管理。

充分考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性，可與未來(lái)其它節(jié)能控制系統(tǒng)相互融合及對(duì)接。

2.2 節(jié)能控制系統(tǒng)架構(gòu)

節(jié)能控制系統(tǒng)主要包括運(yùn)維監(jiān)控層、現(xiàn)場(chǎng)控制層以及硬件設(shè)備層等組成，控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。其中運(yùn)維監(jiān)控層由數(shù)據(jù)服務(wù)器及運(yùn)維管理等各功能客戶端組成；現(xiàn)場(chǎng)控制層即智能現(xiàn)場(chǎng)控制柜，主要完成空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，完成采集數(shù)據(jù)和指令的上傳及下發(fā)；硬件設(shè)備層主要由位于一、二次側(cè)的換熱器、水泵、變頻器、電磁閥、水溫傳感器、壓差傳感器及電量冷量計(jì)量表具等部分組成。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意

系統(tǒng)功能模塊主要包括換熱器控制模塊、二次側(cè)循環(huán)水泵控制模塊、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制模塊等3部分，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊

2.3 系統(tǒng)具體功能

集中供冷中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)具體功能包括現(xiàn)場(chǎng)控制和監(jiān)控軟件兩部分。

2.3.1 現(xiàn)場(chǎng)控制

（1）實(shí)時(shí)采集一、二次側(cè)水溫、壓力、調(diào)動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度、室外溫濕度等參數(shù)，完成數(shù)模轉(zhuǎn)換及傳輸；（2）檢測(cè)二次側(cè)循環(huán)泵運(yùn)行狀態(tài)，包括遠(yuǎn)程狀態(tài)、工頻狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)冷凍水循環(huán)泵變頻運(yùn)行和運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制；（3）根據(jù)室外溫濕度和空調(diào)末端負(fù)荷需求的變化，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)一次側(cè)供冷量；（4）控制器可按需求擴(kuò)展I/O模塊，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)通訊，具備以太網(wǎng)接口以及手自動(dòng)切換應(yīng)急控制模式；（5）觸控屏可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及現(xiàn)場(chǎng)操作。

2.3.2 監(jiān)控軟件

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)控功能：實(shí)現(xiàn)以系統(tǒng)原理圖的形式直觀的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷源系統(tǒng)的各運(yùn)行參數(shù)；針對(duì)冷源系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)室內(nèi)外溫度及供回水、壓力、流量、用電量、用冷量等數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀界面展示；實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線集中控制，包括設(shè)備啟停、參數(shù)設(shè)置、控制模式、系統(tǒng)總覽等；（2）能耗分析功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)冷源系統(tǒng)運(yùn)行的電耗、冷耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析統(tǒng)計(jì)；（3）節(jié)能控制功能：包括實(shí)現(xiàn)依照設(shè)定的啟停時(shí)間（如教學(xué)日歷、節(jié)假日等）進(jìn)行啟停控制及溫度設(shè)置；針對(duì)隨室外溫度和室內(nèi)負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)整二次側(cè)循環(huán)泵運(yùn)行頻率、供水溫度，增加二次側(cè)供回水壓差優(yōu)化調(diào)節(jié)；綜合監(jiān)測(cè)最不利回路的系統(tǒng)壓差，系統(tǒng)采用模糊算法判定是否滿足該回路的運(yùn)行要求并做出反應(yīng)；（4）報(bào)警提示功能：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)異常報(bào)警、系統(tǒng)參數(shù)超限報(bào)警、運(yùn)行能耗超限報(bào)警等；具備故障記錄、查詢及導(dǎo)出功能；（5）數(shù)據(jù)查詢及導(dǎo)出：提供所有設(shè)備狀態(tài)參數(shù)、系統(tǒng)能耗（用電、用冷量）參數(shù)、控制參數(shù)等歷史數(shù)據(jù)的多種報(bào)表查詢及導(dǎo)出；（6）權(quán)限管理功能：支持對(duì)不同角色人員（如管理員、物業(yè)操作人員、維修人員等）分配不同的用戶權(quán)限，匹配各崗位功能需求，并最小化原則控制用戶權(quán)限，保障系統(tǒng)安全性和實(shí)操便捷性；幫助文檔：在線查詢系統(tǒng)操作手冊(cè)，便于系統(tǒng)操作及參數(shù)設(shè)置。

改造后的系統(tǒng)控制界面主要包括冷源監(jiān)控、運(yùn)行管理、參數(shù)設(shè)置、能耗監(jiān)測(cè)、設(shè)備管理、故障報(bào)警、系統(tǒng)管理及幫助等部分。通過(guò)本系統(tǒng)可按需將中央空調(diào)設(shè)定在遠(yuǎn)程、應(yīng)急和停止?fàn)顟B(tài)。

3 節(jié)能效果分析

GB/T 28750-2012［10］中給出了 3 種節(jié)能量的測(cè)量及驗(yàn)證方法：基期能耗-影響因素模型法、直接比較法和模擬軟件法。文獻(xiàn)［11］中指出對(duì)于集中供冷中央空調(diào)系統(tǒng)而言，由于系統(tǒng)整體能耗受室外溫濕度、人員及運(yùn)行管理方式等外部因素影響較大，而改造過(guò)程中一般采取多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)相疊加，它們之間存在顯著的相互影響。故測(cè)算空調(diào)系統(tǒng)改造前后的整體節(jié)能效果，宜采用基期能耗-影響因素模型法。為了從時(shí)間維度全面考察節(jié)能改造的實(shí)際效果，本文分別采用了基期能耗-影響因素模型法和直接比較法進(jìn)行分析。

3.1 基期能耗-影響因素模型的建立與驗(yàn)證

參考文獻(xiàn)［11］，采用多元線性回歸分析方法，建立集中供冷中央空調(diào)系統(tǒng)的基期能耗-影響因素?cái)?shù)學(xué)模型并進(jìn)行驗(yàn)證，為集中供冷中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的節(jié)能量計(jì)算提供參考。

3.1.1 基期能耗-影響因素模型的建立

（1）基期內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)日實(shí)測(cè)能耗：既有教學(xué)樓建筑集中供冷中央空調(diào)系統(tǒng)能耗的影響因素有環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、教室使用率等，現(xiàn)選取以上3個(gè)關(guān)鍵因素（主要考慮用冷量，暫不考慮空調(diào)末端用電量），采用多元線性回歸分析方法建立中央空調(diào)系統(tǒng)基期能耗-影響因素模型，如下：

式中Eb，d——基期內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)日實(shí)測(cè)冷耗；

β0，β1，β2，β3——多元線性回歸系數(shù)；

tb，d，φb，d，Zb，d——基期內(nèi)室外環(huán)境日平均溫度、平均相對(duì)濕度及教室使用率。

（2）基期內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)日校準(zhǔn)能耗：

式中Ea，d——空調(diào)系統(tǒng)日校準(zhǔn)冷耗；

Sr——統(tǒng)計(jì)報(bào)告期內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)供冷面積；

Sb——基期內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)供冷面積；

Tr——統(tǒng)計(jì)報(bào)告期內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)日運(yùn)行時(shí)間；

Tb——基期內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)日運(yùn)行時(shí)間；

tr，d，φr，d，Zr，d——統(tǒng)計(jì)報(bào)告期內(nèi)室外環(huán)境日平均溫度、平均相對(duì)濕度以及教室使用率。

（3）統(tǒng)計(jì)報(bào)告期內(nèi)節(jié)能量：

式中Er，d——統(tǒng)計(jì)報(bào)告期內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)日實(shí)測(cè)冷耗。

3.1.2 模型驗(yàn)證

空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造后，于2018年6月投入節(jié)能運(yùn)行，2019年9月對(duì)改造后的系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能量測(cè)量。綜合考慮教學(xué)樓用能規(guī)律，盡可能減少其他因素影響，現(xiàn)選取2017年9月的4個(gè)正常教學(xué)周（09.03～09.30）作為基期，2018年9月的4個(gè)正常教學(xué)周（09.02～09.29）作為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期。該周期內(nèi)教學(xué)安排全部開(kāi)放中央空調(diào)，故教學(xué)樓內(nèi)各教室的有效使用率等同于課室空調(diào)的開(kāi)放率，以教學(xué)課程安排為準(zhǔn)，另外，根據(jù)實(shí)際測(cè)算增加10%自習(xí)使用時(shí)間加以修正。采用SPSS 17.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行多元線性回歸分析，計(jì)算得到該空調(diào)系統(tǒng)的基期能耗-影響因素?cái)?shù)學(xué)模型。

該回歸模型的變異系數(shù)R2=0.954＞0.75，說(shuō)明模型的擬合度滿足要求。線性回歸模型的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)出見(jiàn)表3，4。

表3 模型顯著性檢驗(yàn)

表4 回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)

取α=0.05，即95%的置信區(qū)間，查F分布表得Fα（p，n-p-1）=F0.05（3，24）=3.01，從表 3 可以看出，F(xiàn)=185.749＞F0.05（3，24），故模型的線性回歸顯著。查t分布表得tα/2（n-p-1）=t0.025（24）=2.064，模型項(xiàng)前的回歸系數(shù)及其t檢驗(yàn)值的絕對(duì)值分別為 2.251，5.837，2.536，22.728 均大于t0.025（24），說(shuō)明室外環(huán)境溫度、相對(duì)濕度及教室有效使用率等3個(gè)關(guān)鍵因素的變化能較好地反應(yīng)中央空調(diào)系統(tǒng)冷耗的變化，模型的線性關(guān)系亦顯著。

計(jì)算得到改造前基期內(nèi)4個(gè)完整的教學(xué)周的空調(diào)系統(tǒng)用冷量估計(jì)值，并與實(shí)際用冷量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖3所示。兩者的平均相對(duì)誤差為7.89%，驗(yàn)證了本能耗模型具有較好的準(zhǔn)確性和適用性。因此，對(duì)于影響因素較多并且復(fù)雜的中央空調(diào)系統(tǒng)來(lái)講，該模型可以在一定程度上為其能耗預(yù)測(cè)提供參考。

圖3 基期實(shí)測(cè)用冷量與模型估計(jì)用冷量對(duì)比

統(tǒng)計(jì)報(bào)告期內(nèi)系統(tǒng)節(jié)能量Es及節(jié)能率S：

計(jì)算得到Es=-98 074 kW·h，S=19.28%。即通過(guò)基期能耗-影響因素模型計(jì)算得出該系統(tǒng)改造后的節(jié)能率為19.28%。

3.2 直接比較法

直接比較法的測(cè)試主要依據(jù)為GB/T 31349-2014、GB/T 28750-2012 等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范［12-20］。

由系統(tǒng)導(dǎo)出的2018年9月14日（改造后）運(yùn)行參數(shù)及采集的2017年9月13日（改造前）運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行具體分析，如圖4所示。由圖4可以看出，改造前后室內(nèi)溫度基本穩(wěn)定在25～27 ℃之間，即改造后空調(diào)系統(tǒng)完全滿足使用需求；改造后的逐時(shí)用冷量均低于改造前，特別是下午13：00課前時(shí)段逐時(shí)節(jié)能率達(dá)到47.71%，分析原因主要得益于改造后系統(tǒng)能夠依據(jù)建筑冷負(fù)荷的變化，通過(guò)參數(shù)補(bǔ)償來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行工況，最大程度減少不必要的浪費(fèi)。（兩天氣象條件及教室使用率基本一致，2018年9月14日，溫度為26～35 ℃，雷陣雨轉(zhuǎn)晴；2017年9月13日，溫度為27～36℃，多云轉(zhuǎn)晴。）

圖4 改造前后逐時(shí)用冷量及室內(nèi)外溫度變化曲線

圖5 改造前后2個(gè)供冷周期年度用冷量對(duì)比

如圖5所示，直觀地對(duì)比分析系統(tǒng)改造前后2個(gè)完整的供冷周期（通常為每年4月下旬至11月中上旬）的每月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以看出2019年節(jié)能改造后教學(xué)樓的實(shí)際用冷量為243.18萬(wàn)kW·h，折算用冷費(fèi)用為188.54萬(wàn)元，2017年節(jié)能改造前的用冷量為316.38萬(wàn)kW·h，折算用冷費(fèi)為245.29萬(wàn)元，每年節(jié)約用冷費(fèi)56.75萬(wàn)，實(shí)測(cè)節(jié)能率經(jīng)計(jì)算為23.14%。除2019年8月份暑假教學(xué)樓開(kāi)放考研自習(xí)室增加了用冷量以外，其余月份均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且過(guò)渡季節(jié)（4月、11月）更為明顯，其中4月份的月節(jié)能率達(dá)到46.13%。

本項(xiàng)目改造后的實(shí)測(cè)節(jié)能率為23.14%，考慮到年氣候變化及教室冷負(fù)荷實(shí)際需求的影響，該節(jié)能率與基期能耗-影響因素模型法計(jì)算得出的理論節(jié)能率19.28%可認(rèn)為基本一致。由于項(xiàng)目節(jié)能改造前能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)很難做到完整、連續(xù)，故可嘗試優(yōu)先選用基期能耗-影響因素模型法計(jì)算出的節(jié)能量/節(jié)能率應(yīng)用到中央空調(diào)合同能源管理節(jié)能改造項(xiàng)目中。

本項(xiàng)目改造投資成本約70萬(wàn)，每年節(jié)約用冷費(fèi)56.75萬(wàn)，即不到1.5 a就可以收回項(xiàng)目改造成本，具有良好明顯的節(jié)能示范和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)某集中供冷中央空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化程度低、冷耗浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行了節(jié)能改造，建立了集中供冷中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)冷源系統(tǒng)無(wú)人值守、節(jié)能運(yùn)行。

（2）控制系統(tǒng)能夠依據(jù)建筑冷負(fù)荷（二次側(cè)供水回路壓力和溫度、室內(nèi)外溫度及末端負(fù)荷等）參數(shù)的變化來(lái)按需實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)二次側(cè)水泵機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和供水溫度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體節(jié)能；系統(tǒng)同時(shí)具備本地監(jiān)控功能，確?？照{(diào)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）采用多元線性回歸分析方法，建立集中供冷中央空調(diào)系統(tǒng)的基期能耗-影響因素?cái)?shù)學(xué)模型并進(jìn)行驗(yàn)證，模型的線性回歸顯著，可為集中供冷中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的節(jié)能量計(jì)算提供參考。

（4）系統(tǒng)改造后每年可節(jié)約用冷費(fèi)56.75萬(wàn)，不到1.5 a就可以收回項(xiàng)目改造成本，具有良好的節(jié)能示范作用和經(jīng)濟(jì)效益。

（5）系統(tǒng)改造后的實(shí)測(cè)節(jié)能率為23.14%，與基期能耗-影響因素模型法計(jì)算得出的節(jié)能率19.28%基本一致。