從高校能源管理看空調系統的節能改造

文｜南京天溯自動化控制系統有限公司 楊 毅 苗升伍

1 概述

隨著全球經濟的持續增長，建筑的資源消耗和環境效應日益嚴重；減少建筑能源消耗和污染排放、節約資源、保護環境、實現建筑與自然的和諧共存是我們共同面對的課題。近年來，隨著我國高校教育制度的改革，大學校園的建設進入了一個高峰期，校園建筑從1978年的3.3×106m2發展到現在的超過3.0×108m2。由于功能的特殊性，校園建筑不僅有人員密集、能源消耗大等特點，在建設環境、建筑策劃、使用管理等諸多方面也有獨特的需求。要想實現校園建設的可持續發展，必須考慮應用新技術、新工藝、新材料，以實現節能、節水、節材、節地及資源綜合利用的目標，促進資源的高效與循環利用。

總結天溯在智能建筑領域7年多的經驗，要真正實現智能建筑的節能，應當根據客戶不斷增長的需求以及國家宏觀政策，推出自主創新的智能建筑能源管理解決方案，集成樓宇自控、冷熱源變頻控制、照明節能控制、供配電以及多回路能耗計量系統等單項節能技術，為客戶提供建筑電氣節能設計、產品選擇、工程實施以及運營管理全程服務，幫助客戶將節能減排的指標切實轉化為具體的計劃、方案和管理制度。

分析天溯智能建筑能源管理解決方案可知，一套好的節能方案應該從能源規劃、數據采集、分析診斷、節能控制、經驗總結五個方面統一規劃，消除傳統能源管理重數據采集、輕分析診斷，重設備改造、輕節能增效管理等缺點，以實現能源使用安全化、能源消耗可視化、節能增效管理化。

（1）整體能源規劃：在建筑規劃階段介入，強弱電相結合、系統化地設計建筑節能目標及實現手段。

（2）能耗數據采集：全面管理各類能耗及用能設備，建立全景數據庫，為能源審計、節能診斷提供數據基礎。

（3）節能分析診斷：整合各類建筑管理系統，構建節能數據模型，建立能源消耗評價體系，根據診斷結果制定節能方案。

（4）節能控制實現：落實節能方案，改造用能設備，管理用能習慣，使用智能化控制系統全面實現建筑節能目標。

（5）經驗總結推廣：重視數據積累與沉淀，為建筑后期改擴建提供規劃依據，實現建筑持續節能。

2 高校能源管理

2.1 高校能耗特點

校園能源消耗具有比較明顯的特點：電力能耗高峰冬季集中在1月份，而夏季集中在9月份；供冷、供暖季節的能耗高于過渡季節，夏季能耗高于冬季；夏季能耗高峰時間段與氣象最熱時間段并不重合，主要原因在于7、8月為暑假，學生大部分離校，學校用電量因此減少。

據調查發現，校園的各類能耗中，電力消耗在總能耗中所占比重最大。校園中的耗電設備主要為空調、照明設備、計算機、飲水機、電風扇、電采暖器、實驗設備、電梯、生活水泵等。在全年的電能消耗中，各類設備耗電所占比例如圖1（計算機、飲水機、電采暖器及電風扇的能耗計入辦公能耗中，電梯和生活水泵的能耗算作其他能耗。數據參考南方某學校）所示：空調能耗在總的電力消耗中占比最大，達65.5%；照明、辦公及其他能耗分別占總電力消耗的14.8%、14.4%和5%。

圖1 校園各類設備耗電比例圖

2.2 中央空調節能

通常情況下中央空調能耗占建筑總能耗的40%～60%，因此中央空調節能是建筑節能的重要手段。目前，各類建筑中的中央空調普遍存在“大馬拉小車”的情況，即中央空調系統主機和水泵等設備的選型都大于系統實際負荷需求，這造成了大量能量的浪費。

中央空調系統常用節能改造技術手段主要有四種。

（1）中央空調自動控制

樓宇自動控制系統與中央空調系統集成聯網，根據建筑實時負荷調整中央空調系統主機和其他設備，在保證室內溫度和濕度滿足要求的前提下，盡可能地節約能源。

（2）主機房模糊變頻控制

主機房模糊變頻控制系統主要對冷凍機房內的耗能設備進行節能運行群控。由于冷凍機房設備的能耗占到建筑能耗的50%左右，因此主機房模糊變頻控制技術在建筑中的應用非常有價值。

（3）冷/熱量回收

將室內空氣的冷/熱量回收，可大量節省冷凍機或鍋爐的能耗。冷/熱量回收技術的特點是投資少，投資回收期短。

（4）冰蓄冷

冰蓄冷即在夜間用電低谷時段開啟制冷機系統，將電力以冷量的形式儲存在蓄冷設備內，在白天用電高峰時段將所儲存的冷量釋放到空調系統中去。應用冰蓄冷技術能有效平衡電網的負荷，移峰填谷，充分發揮電站的發電效率，節能減排。

校園對中央空調、空調器的使用主要集中在行政辦公樓、圖書館、會議廳以及培訓中心等公共活動區。

天溯智能建筑能源管理解決方案中的中央空調模塊化能效控制系統通過分散式智能控制模塊（冷凍水能效控制模塊、主機開機策略控制模塊、冷卻水能效控制模塊、熱源控制模塊、水力平衡模塊、冷卻塔能效控制模塊）與中央能效控制軟件的協同工作，最大程度地達到節能的目的：

◆ 冷凍水控制模塊采用主機定流量運行、末端變流量運行，只改變集、分水器間流量的控制模式，解決了冷凍水變流量對主機系統構成影響的實質性難題；

◆ 主機開機策略控制模塊可對機組群的效率進行綜合判斷，并交由系統統一做出控制決策判斷，自動開啟或關閉各個系統，為多機組、群控提供了方便，提高了各機組運行能效；

◆ 冷卻水能效控制模塊是建立在壓差保護、溫差修正、冷凝溫度檢測、冷機效率計算、低溫變工況運行等基礎上的綜合控制模塊；

◆ 水力平衡模塊實現了全系統的動態水力平衡控制；實現了冷量的平衡配置，提高了空調舒適度；提高了系統的運行效率，實現了節能降耗；提供了靈活的冷量（熱量）分配調控方式；

◆ 冷卻塔能效控制模塊通過對冷卻塔進出水溫度的環比，實時監控功率輸出與溫度變化的關系，計算出近似濕球溫度值，作為當前冷卻塔的最佳冷卻目標，提升冷卻塔整體運行效率。

系統可對制冷系統（冷源系統、冷卻塔系統、冷水循環系統、冷卻循環系統、冷水力平衡系統）、制熱系統、溫水循環系統、熱水力平衡系統進行全面監控。

2.3 壁掛式或柜式空調節能

校園較多采用壁掛式或柜式空調機，采用分散控制；雖然控制比較靈活，但電能的浪費嚴重。據調查，校園大部分辦公室夏季設定溫度為20℃～24℃，冬季為26℃～28℃。美國國家標準局認為把夏季設定溫度從24℃改為26.7℃，約可節約能量15%；把冬季設定溫度從24.4℃～26.7℃改為21℃～22℃，約可節能18%。可見，為降低能耗，在滿足工作學習和人體健康要求的情況下，空調房間室內設定溫度，夏季應盡可能提高，冬季應盡可能降低。采用天溯智能建筑能源管理解決方案中的中央空調末端計量與監測管理系統可有效促成用戶合理使用空調、實現空調末端節能管理。該系統采用電子控制技術與網絡通信技術，實現對中央空調末端風機盤管的運行計時和智能化控制。系統以溫控器為核心，集溫度控制、運行計時、切斷管理、集中監控、限溫管理功能于一體，還可實現中央空調分戶/室計量、節能管理、能耗定額管理等功能，可組網進行遠程管理與控制。

另外，可以考慮在會議室、會客室、閱覽室設置紅外線感應器。如果這些房間在室內無人時沒有關閉空調，紅外線感應器可在檢測到房間內無人后自行關閉空調。

通過對各子系統的優化控制和技術改造，整個系統可以得到以下提升：中央空調系統節能20%以上，所有空調在改造后整體節能30%以上；冷凍水低溫保護、冷卻水高溫保護、故障報警等各種保護全面、安全穩定；空調效果借助分水平衡控制得到全面提升；借助全自動化控制，人工操作得以減少，設備維修率得以降低。

3 結束語

大學校園是個功能分區復雜的“小社會”，包括各院系集中布置的教學區及實驗樓，由行政辦公樓、圖書館以及培訓中心等組成的公共活動區，由學生公寓、食堂、配套服務設施等組成的生活區，產研結合的科技園區，以及體育運動區和公共綠化區。各功能分區的單體建筑間既相互獨立又相互影響，這是綠色校園建筑區別于其他綠色建筑的最大特點。因此，綠色校園的建設應綜合考慮校園總體規劃與建筑設計，應遵循可持續發展原則，體現綠色平衡理念，充分展示人文與建筑、環境與科技的和諧統一。