中央空調(diào)裝置節(jié)能策略和運用分析

摘 要：近年來，我國大力倡導(dǎo)節(jié)能減排、提倡綠色生活，中央空調(diào)的節(jié)能優(yōu)化是一大重要方向。文章首先針對中央空調(diào)在我國建筑工程中的發(fā)展應(yīng)用展開分析，詳細(xì)分析了中央空調(diào)裝置節(jié)能策略，最后圍繞案例分析中央空調(diào)裝置節(jié)能策略的運用情況，以供參考。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào);發(fā)展;節(jié)能策略;運用

中圖分類號：TB657 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.036

節(jié)能減排是國家重要的政策，近年來，國家頒布了一系列節(jié)能的規(guī)定，促進產(chǎn)品使用能耗的降低。從建筑能耗的角度分析，隨著人們對室內(nèi)舒適度、空氣品質(zhì)要求的不斷提高，中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷擴大，由此增加了建筑能耗，如何降低中央空調(diào)的能耗，成為目前研究的重點問題之一。

1 中央空調(diào)在建筑工程的發(fā)展概述

基于社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷提高，更加追求建筑環(huán)境舒適性，在各個方面開始諸多嘗試，進一步改善生活、工作環(huán)境。從大量高檔住宅、寫字樓、大型商業(yè)中心的建設(shè)與投入使用情況看，早期主要通過自然通風(fēng)、電動風(fēng)扇實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，發(fā)展至今，空調(diào)設(shè)備已經(jīng)實現(xiàn)了普及。

目前，中央空調(diào)系統(tǒng)以其設(shè)備集中、便于維護、操作方便、能效高等優(yōu)點在各種建筑工程中得到了大規(guī)模的推廣運用，但是，此系統(tǒng)運行能耗巨大，據(jù)統(tǒng)計，大型公共建筑中央空調(diào)夏季運行能耗占建筑能耗50%～70%，由此，建筑行業(yè)節(jié)能中，中央空調(diào)能耗控制是一大關(guān)鍵[1]。

中央空調(diào)系統(tǒng)主要組成如圖1所示，其設(shè)計往往難以滿足建筑的最大負(fù)荷，并留有10%～20%設(shè)計負(fù)荷余量。因此，中央空調(diào)多數(shù)處于部分負(fù)荷狀態(tài)，系統(tǒng)設(shè)計負(fù)荷與實際運行負(fù)荷極不匹配。

建筑負(fù)荷是一個逐時多變的參數(shù)，受到人員流動、氣象參數(shù)、建筑圍護結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，實際運行往往缺少對空調(diào)系統(tǒng)的運行管理方法，難以根據(jù)實際負(fù)荷相應(yīng)地調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)綜合運行能效低，造成能源白白浪費。因此，要根據(jù)末端用戶的實時冷負(fù)荷情況給出優(yōu)化控制策略，動態(tài)地調(diào)節(jié)系統(tǒng)各設(shè)備的運行參數(shù)，使空調(diào)系統(tǒng)時刻處于高能效運行狀態(tài)[2]。

2 中央空調(diào)裝置節(jié)能策略分析

2.1 冷水機組運行策略優(yōu)化

2.1.1單臺機組冷量優(yōu)化分配

根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的實際運行情況分析，當(dāng)建筑負(fù)荷發(fā)生變化時，優(yōu)先采取調(diào)節(jié)單臺機組制冷量的方式滿足建筑物的冷負(fù)荷需求?，F(xiàn)階段，各類冷水機組運行中可根據(jù)外界環(huán)境的氣象變化，合理調(diào)節(jié)運行狀態(tài)，將冷凍出水的溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。

以單臺水冷螺桿式冷水機組為例，主要包括以下幾種節(jié)能手段：滑閥調(diào)節(jié)、塞柱閥調(diào)節(jié)、變頻調(diào)節(jié)。滑閥調(diào)節(jié)、變頻器調(diào)節(jié)可使壓縮機輸氣量在10%～100%內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。塞柱閥調(diào)節(jié)可使壓縮機輸氣量在不同區(qū)間有級調(diào)節(jié)（如25%、50%、75%、100%）。

螺桿式冷水機組滑閥調(diào)節(jié)原理如圖2所示。其中，圖2（a）為機組滿載情況下，排氣端滑閥全開，排出體積為VC的氣體;圖2（b）為機組部分負(fù)載情況下，此時吸入氣體部分經(jīng)過旁通返回吸氣段，排出體積為VP的氣體，減少了能量傳遞。相關(guān)學(xué)者研究顯示，采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的機組長期處于部分負(fù)載率工況下，可獲得更佳的節(jié)能效果。

2.1.2 多機組聯(lián)合運行策略優(yōu)化

多臺機組同時運行的情況下，需根據(jù)建筑物的實際負(fù)荷率、機組運行臺數(shù)、負(fù)荷分配情況進行調(diào)整，提高機組能效，降低系統(tǒng)能耗[3]。

以兩臺螺桿式冷水機組聯(lián)合運行為例，主要運行控制策略如下：

第一，平均負(fù)載法：基于建筑不同負(fù)荷率下，均由2臺機組承擔(dān)建筑所需冷負(fù)荷，且采用相同的機組負(fù)載率。

第二，機組平均負(fù)荷法：僅1臺機組運行滿足建筑所需冷負(fù)荷（要求機組的運行負(fù)載率在100%以下），此時建筑負(fù)荷全部由1臺機組承擔(dān);當(dāng)1臺機組運行無法滿足建筑負(fù)荷需求時，則啟動2臺機組并在相同負(fù)載率下運行[4]。

第三，逐臺啟動法：僅1臺機組運行滿足建筑所需冷負(fù)荷時，控制策略與平均負(fù)荷法相同;當(dāng)1臺機組運行無法滿足建筑負(fù)荷需求時，維持第1臺機組滿負(fù)載運行，同時啟動第2臺機組，承擔(dān)剩余的建筑負(fù)荷需求。

對于中央空調(diào)系統(tǒng)運行而言，無論采用何種運行策略，根本目的在于降低建筑能耗，確保機組建筑不同負(fù)荷情況下的運行效率，對此，要做好綜合分析與選擇，獲得最佳節(jié)能效果。

2.2 冷凍水系統(tǒng)運行策略優(yōu)化

中央空調(diào)系統(tǒng)運行情況顯示，如果建筑物負(fù)荷率在25%以下，則空調(diào)冷凍水系統(tǒng)將產(chǎn)生“大流量、小溫差”的運行工況，提高冷凍水的供水溫度，可提高機組COP，降低冷凍水系統(tǒng)的運行能耗，且此方法不僅可以減少低負(fù)荷率情況下的系統(tǒng)耗電量，還可用于其他負(fù)荷率的情況下。

建筑物運行中，空調(diào)系統(tǒng)的運行工況調(diào)整存在落后建筑負(fù)荷變化的情況?；谑彝鉁囟瓤煞从辰ㄖ湄?fù)荷變化情況，可監(jiān)測室外溫度的變化，并提前設(shè)定不同機組的冷凍水供水溫度值。同時，由于冷凍水的供水溫度直接影響室內(nèi)溫濕度，必須在維持室內(nèi)舒適性的前提下合理調(diào)節(jié)冷凍水的供水溫度。

2.3 冷卻水系統(tǒng)運行策略優(yōu)化

在建筑物冷負(fù)荷需求一定的情況下，可在確保機組安全的基礎(chǔ)上，適當(dāng)減小冷卻水的流量、維持冷卻塔較大風(fēng)量運行，由此獲得較低溫度的機組冷卻進水，提高機組的運行性能。此方法主要是通過增大冷卻循環(huán)水的供回水溫差，實現(xiàn)冷卻水系統(tǒng)的變溫差、變流量運行。通過冷卻水供回水溫差的提高，可減小冷卻水的流量，降低冷卻循環(huán)水泵的能耗[5]。

同時，機組的冷卻進水較低的情況下，有利于提高機組性能，然而冷卻水的流量減小也將影響機組換熱性能，不利于機組能效。對此，必須綜合考慮水泵變頻運行效率、冷水機組安全運行最小的流量要求，一般情況下水泵頻率至少為30 Hz。

3 中央空調(diào)裝置節(jié)能策略的運用分析

3.1 某中央空調(diào)系統(tǒng)運行基本情況

配置上存在“大牛拉小車”。此中央空調(diào)系統(tǒng)是1997年建造制劑樓時設(shè)計的，配置是溴化鋰機組SX2—1115、冷卻泵37 kW/34 m/300 m3、冷卻塔350型15 kW風(fēng)機、冷凍泵37 kW/47 m/300 m3組成中央空調(diào)系統(tǒng)。2003年，由于鍋爐的搬遷，由溴化鋰機組更換成水冷機組FTW—130，該機組為雙機頭90 kW（單機頭45 kW）冷卻98 m3、冷凍79 m3，但循環(huán)系統(tǒng)并沒做任何改動。

控制上單機啟停、星三角降壓啟動。中央空調(diào)機組、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔風(fēng)機與生產(chǎn)樓層風(fēng)機均為單機直接啟停，均為人工操作。每次啟動后都要由車間通知方可停機，造成很大的能源浪費，特別是單個樓層生產(chǎn)時問題尤為突出[6]。

變壓器的運行載荷過重。現(xiàn)在使用的變壓器的容量為400 kVA，變壓器的效率一般為0.8，電容柜補償無功，可將功率因數(shù)提高到0.9，根據(jù)公式：P=S×COSφ，變壓器有功功率為360 kW;從2003年更換成電能水冷式空調(diào)機組后，只要空調(diào)系統(tǒng)運行，就占據(jù)了變壓器額定容量的37%～50%（單機頭137 kW，雙機頭179 kW）。

3.2 系統(tǒng)改造措施

3.2.1 設(shè)備選擇

循環(huán)泵：根據(jù)中央空調(diào)機組參數(shù)FTW—130—2冷卻水98 m3、冷凍水79 m3選擇合適的冷凍泵、冷卻泵作為冷凍系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的循環(huán)泵。揚程選擇：更換循環(huán)泵，循環(huán)管路工況沒有發(fā)生任何改變，在此揚程以原泵的揚程作為參考。流量的選擇：根據(jù)機組設(shè)備提供的參數(shù)，水泵流量應(yīng)為冷水機組額定流量1.1～1.2倍（1臺取1.1倍，2臺并聯(lián)取1.2倍），在此取1.15。經(jīng)計算，選用22 kW/37 m/120 m3作為冷卻泵;22 kW/44 m/93.6 m3作為冷凍泵。

變頻器：本次選用ABB ACS510—1—046A—4變頻器作為冷凍泵、冷凍泵調(diào)速單元，其不但功能范圍廣、性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠，而且無須額外使用PLC。

PID溫控器：本次選用OHR—DN30模糊PID溫控器作為冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔分機溫控單元，抗干擾能力強，具有自整定功能，可自動調(diào)節(jié)最優(yōu)參數(shù)，獲得更佳控制效果，控制溫度精度達(dá)±0.1 ℃。

3.2.2 系統(tǒng)節(jié)能改造

中央空調(diào)系統(tǒng)啟停由樓層風(fēng)機發(fā)出信號控制，為確保無誤啟動，中央空調(diào)系統(tǒng)啟動時采用人工啟動。當(dāng)樓層風(fēng)機發(fā)出啟動信號時，中央空調(diào)系統(tǒng)方可人工啟動;當(dāng)樓層風(fēng)機停機時，中央空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)要求自動停機。

冷凍循環(huán)泵、冷卻循環(huán)泵由變頻器和PID溫控器共同控制，PID溫控器采集冷凍水、冷卻水的回水溫度，回水的溫度通過信號形式輸入變頻器，變頻器根據(jù)實際溫度偏差決定冷凍水、冷卻水的流量[7]。

冷卻塔風(fēng)機的啟停由PID溫控器控制，PID溫控器采集冷卻水溫度，采用溫控器的上下偏差報警功能控制冷卻塔的啟停。進入樓層風(fēng)機盤管的冷凍閥由手動閥門改為電動閥門，其打開與關(guān)閉通過風(fēng)機的啟動與停止控制[8]。

3.3 節(jié)能效果

本次節(jié)能改造構(gòu)建了調(diào)整冷卻、冷凍水循環(huán)控制系統(tǒng)，通過減少空調(diào)機組設(shè)備的功率，減輕了變壓器的載荷，達(dá)到節(jié)能降耗目的。

此外，在空閑期通過自動控制系統(tǒng)對設(shè)備自動截流或停機，降低空調(diào)機組能耗。中央空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)技改前后能耗對比如表1所示。

4 結(jié)語

綜上所述，基于綠色、環(huán)保、節(jié)能理念的推廣，對中央空調(diào)運行能耗控制提出了更高的要求。中央空調(diào)是現(xiàn)代建筑物中能耗最大的裝置，為實現(xiàn)節(jié)能降耗維持一個最佳的工作狀態(tài)十分重要，對此需加強各個組成部分節(jié)能改造，如冷水機組、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等，通過自動、協(xié)調(diào)控制，提高系統(tǒng)運行效率，減少能源消耗，獲得顯著的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊裔.中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)綜述[J].現(xiàn)代信息科技，2019（13）：193-194.

[2] 植仲培.廣州大學(xué)城中央空調(diào)節(jié)能改造研究[J].機電工程技術(shù)，2019（6）：243-245.

[3] 陳柳枝.風(fēng)機盤管自適應(yīng)節(jié)能控制策略的研究與應(yīng)用[J].低碳世界，2019（6）：43-44.

[4] 閆軍威，黃琪，周璇.基于Double—DQN的中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運行[J].華南理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2019（1）：135-144.

[5] 周榮輝.探討中央空調(diào)冷凍機房節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].云南化工，2018（12）：142-143.

[6] 朱肖晶，朱兵，王科，等.中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用分析[J].電力需求側(cè)管理，2018（2）：25-28.

[7] 皮琳琳.高層樓宇中央空調(diào)的節(jié)能環(huán)保綜合策略研究[J].南方農(nóng)機，2017（20）：85-86.

[8] 余雪，嚴(yán)良文，梅年豐，等.中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造案例研究[J].計量與測試技術(shù)，2016（11）：53-55，59.

作者簡介：單卓（1976—），男，湖南衡東人，本科，工程師，研究方向：空調(diào)水暖安裝。