空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性能的測量與分析

王旭東

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學， 天津 300000）

引言

隨著我國教育事業(yè)的高速發(fā)展，廣大師生對教學環(huán)境的需求不斷提高，校園規(guī)模不斷擴大，教學設(shè)施設(shè)備總量大幅增加，致使校園能耗大幅提升。相關(guān)研究表明，近年來各地在學校建設(shè)上的投資超過了過去50 年的總和。其中建筑能耗占據(jù)總能耗的40%，特別是校園公共建筑能耗巨大。其中又以采暖和空調(diào)能耗為主，空調(diào)水系統(tǒng)和風系統(tǒng)的能耗約占整個空調(diào)系統(tǒng)能耗的80%，因此空調(diào)水系統(tǒng)和風系統(tǒng)的高效節(jié)能運行是降低能耗的關(guān)鍵?！笆奈濉逼陂g天津市將有效節(jié)約能源、提高能源綜合利用做為校園節(jié)能減排的重點。本文以高校公共建筑空調(diào)改造工程為例，對改造項目的實際節(jié)能效果進行檢測和分析，進而提出適宜的節(jié)能優(yōu)化措施[1-3]。

1 空調(diào)節(jié)能改造項目

該建筑主要為教學辦公用途，總建筑面積為近4.8 萬m2，結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，建筑總高度32 m。地上6層，局部9 層，部分位置含有地下室，主要為辦公、教學研發(fā)及實驗室等，地下一層為設(shè)備用房。在空調(diào)改造工程的設(shè)計中，嚴格按照國家有關(guān)標準的節(jié)能規(guī)范進行設(shè)計，采用電力空調(diào)系統(tǒng)為夏季制冷。

冷熱源系統(tǒng)節(jié)能改造包括空調(diào)冷源改造、空調(diào)熱源改造及冷熱源控制等，本次主要檢測分析了空調(diào)冷源節(jié)能改造措施。空調(diào)主機布置在地下設(shè)備房和室外，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計供回水溫度為7 ℃和12 ℃?？照{(diào)系統(tǒng)中平衡調(diào)節(jié)使用的冷卻塔布置于教學樓屋頂[4-7]。

2 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性能檢測

2.1 檢測范圍

在制冷空調(diào)系統(tǒng)工程完成后，根據(jù)國家規(guī)范進行驗收，對整個空調(diào)系統(tǒng)進行檢測。檢測內(nèi)容包括水系統(tǒng)（空調(diào)系統(tǒng)水總流量）、風系統(tǒng)（出風口的風量大?。?、室內(nèi)的溫度和濕度、性能系數(shù)和單位能耗數(shù)值等。

2.2 檢測依據(jù)

對上述項目的檢測，主要的依據(jù)是空調(diào)改造施工設(shè)計文件中要求的參數(shù)，此外按照《公共建筑節(jié)能檢測標準》、《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》，以及國家標準中的GB 50243—2016《通風與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》、GB 50411—2019《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收標準》等進行實際測量。

2.3 測量設(shè)備

測量設(shè)備包括數(shù)字式鉗式功率計、風量罩、多路溫濕度巡檢測試儀、超聲波流量計和電阻溫度計等。

2.4 檢測

2.4.1 室內(nèi)溫度測量

教學樓內(nèi)各空調(diào)房均設(shè)有獨立的溫度調(diào)節(jié)按鈕，教室及辦公室溫度設(shè)定為夏季為26 ℃，冬季為18 ℃；實驗室溫度設(shè)定為夏季23℃，冬季為19 ℃?？照{(diào)末端采用風機盤管加新風，檢測時嚴格按國家《通風與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》、《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收標準》執(zhí)行。房間數(shù)量按國標中的最小抽樣數(shù)量執(zhí)行，且做到均勻分布，對面積大于100 m2的房間，進行劃區(qū)檢測。同時按照標準規(guī)定，對教學樓的不同功能區(qū)檢測部位平均大于2 個。辦公室共計52 個，抽檢房間5 個；會議室5 個，抽檢2 個；研發(fā)及實驗室15 個房間，抽檢2 個。

2.4.2 風系統(tǒng)檢測

該教學樓空調(diào)系統(tǒng)末端采用風機盤管與新風的組合形式，每個樓層兩側(cè)各安裝一臺新風機組，新風換氣機安裝于樓道的吊頂中，機組采用全熱新風換氣機，在春秋季節(jié)可采用全新風運行，在空調(diào)季利用室內(nèi)的排風對室外新風進行預(yù)制冷，具有很好的節(jié)能效果。風系統(tǒng)檢測參數(shù)為各風口風量和通風空調(diào)系統(tǒng)總風量。

通風空調(diào)系統(tǒng)總風量測量采用風口風速檢測，各風口風量測量采用風量罩測量。新風機組的出風與室內(nèi)風機盤管出風口相接，根據(jù)檢測標準，整個教學樓風機盤管共455 臺，抽檢數(shù)量為45 臺，允許偏差小于15%。

2.4.3 水系統(tǒng)測量

空調(diào)水系統(tǒng)測量的包括系統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)及室內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)。水流量測量是為了確定空調(diào)系統(tǒng)是否有足夠的制冷能力，現(xiàn)場測量采用超聲波流量計來實現(xiàn)。根據(jù)國標《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收標準》的規(guī)定，空調(diào)系統(tǒng)冷熱水、冷卻水總流量的偏差不大于10%，即達到檢測標準。

2.4.4 性能系數(shù)測量

該建筑空調(diào)系統(tǒng)采用多種措施來實現(xiàn)節(jié)能降耗?？照{(diào)冷熱源采用可再生能源利用技術(shù)，利用土壤冷卻制冷。空調(diào)循環(huán)水泵采用變頻控制，采用一、二次泵系統(tǒng)，一次泵定流量運行，二次泵變流量運行，節(jié)約系統(tǒng)的輸配能耗。在空調(diào)季利用室內(nèi)的排風對室外新風進行預(yù)冷，在春秋過渡季采用全新風運行，具有很好的節(jié)能降耗效果。對空調(diào)主機性能的檢測參數(shù)包括空調(diào)機組的輸入功率、空調(diào)機組終端、進出水溫差，空調(diào)水流量等?？照{(diào)機組系統(tǒng)的檢測參數(shù)，包括空調(diào)機組及空調(diào)循環(huán)水泵輸入總功率、終端總管進出水溫差，終端總管水流量及總循環(huán)水流量等。

檢測空調(diào)機組運行期間的平均制冷量計算：

式中：T 為空調(diào)機組終端平均流量，m3/h；ρ 為空調(diào)冷水平均密度，kg/m3；cp為空調(diào)冷水平均定壓比熱容，J/（kg·K）；?tc為泵機組終端進出口水溫差，K。

2.5 檢測結(jié)果及分析

2.5.1 檢測結(jié)果

對該教學樓空調(diào)系統(tǒng)的檢測結(jié)果表明，室內(nèi)溫濕度符合設(shè)計要求，滿足用戶需求，室內(nèi)室外空調(diào)機組運轉(zhuǎn)正常，室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)按鈕滿足節(jié)能要求。空調(diào)風系統(tǒng)的檢測表明，該樓空調(diào)機組抽測的各出風口風量，符合設(shè)計值，均小于規(guī)范規(guī)定的15%偏差，室內(nèi)具有良好的氣流性（如表1 所示）。

表1 空調(diào)機組性能參數(shù)檢測數(shù)據(jù)

空調(diào)水系統(tǒng)檢測結(jié)果表明，高區(qū)用戶端偏差滿足標準要求，低區(qū)空調(diào)系統(tǒng)水流量偏差小于標準，也未超過上限。說明高、低區(qū)系統(tǒng)循環(huán)水泵的選型與空調(diào)主機匹配較好，從長期運行的經(jīng)濟成本角度分析，設(shè)計和施工滿足節(jié)能要求。

2.5.2 檢測分析

從制冷機組的全性能工作曲線中發(fā)現(xiàn)，當制冷機組處于80%～85%負荷區(qū)間時，空調(diào)機組處于綜合效率最高且能耗最低的狀態(tài)。因此，保證空調(diào)機組長時間處于合理負荷狀態(tài)，是實現(xiàn)整個空調(diào)機組節(jié)能最好的方式。運用變頻控制系統(tǒng)來解決系統(tǒng)負荷問題，通過檢測數(shù)據(jù)分析，當機組頻率調(diào)低5 Hz，便可節(jié)省約25%的電能；若將頻率調(diào)低15 Hz，可以省下約47%的電能，對電機實施變頻調(diào)速控制，可以實現(xiàn)顯著的節(jié)能效果。

為了進一步提高節(jié)能效果，同時將空調(diào)系統(tǒng)接入校園能耗監(jiān)控系統(tǒng)，進一步提高對耗能的管理。通過對重點建筑、重點房間空調(diào)能耗的數(shù)據(jù)對比，如部門能耗、設(shè)備能耗、空調(diào)是否關(guān)閉等信息；管理員可以發(fā)送、查看、相關(guān)空調(diào)耗能信息；終端監(jiān)控管理員可以通過PC 端設(shè)備、手機端設(shè)備來實現(xiàn)對空調(diào)的監(jiān)控管理，開啟關(guān)閉空調(diào)運行；空調(diào)運行數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)日志等方式進行保存。管理員通過數(shù)據(jù)分析，可以判斷空調(diào)、空調(diào)機組及相關(guān)設(shè)備是穩(wěn)定運行，并排除故障。

3 結(jié)語

通過以上分析可以得出結(jié)論，校園的節(jié)能降耗工作是一項復(fù)雜的項目，尤其對老建筑老校區(qū)更是如此。為了不影響學校正常教學工作及師生生活的運行，需要對進行空調(diào)改造的建筑進行詳盡的調(diào)研和分析，逐步實現(xiàn)校園建筑整體的節(jié)能降耗。節(jié)能設(shè)計也要兼顧環(huán)境舒適度，建立模型以評價環(huán)境舒適度，增加以信息采集、反饋調(diào)控、信息管控等空調(diào)機組數(shù)字管理模塊。此外中央空調(diào)的節(jié)能相關(guān)設(shè)計工作要積極采取有效節(jié)能技術(shù)措施，從空調(diào)機組的的輸送系統(tǒng)、冷卻塔、節(jié)能點等方面入手，減少系統(tǒng)中不必要的能耗，不斷采用新的節(jié)能技術(shù)和措施，更好地推進校園節(jié)能降耗。