商業大廈中央空調系統節能改造探討

王江華

（中山市科發節能科技發展有限公司，廣東 中山 5284000）

隨著國民經濟的迅猛發展和人們生活水平的不斷提高，中央空調系統已經進入了各類建筑當中，特別是商業大廈，中央空調的能耗也是十分驚人的，一般賓館、寫字樓中央空調能耗約占總能耗的30%～40%，商業大廈的空調能耗占總能耗的50%以上。常規中央空調系統是按照最大冷熱負荷進行選型設計的，但全年最熱的天氣就只有那一段時間，因而，中央空調大多時間是低于機組額定負荷狀態下運行的，造成了電能的極大浪費，因此，如何對中央空調系統進行節能改造，以提高運行效率，減少能耗，這是一個急需解決的問題。

1 原有空調系統概況

某商業大廈共13層，總建筑面積約13000m2，空調面積約7461m2。有制冷及采暖系統。為了達到節能降耗效果，對原有空調系統進行了節能改造。

1.1 制冷系統

圖1 中央空調制冷水系統結構圖

（1）制冷源：包括2臺單螺桿冷水機組，總制冷量為1231kW，夏天供冷。

（2）水系統：供冷采用一次泵定流量水系統，每層水平管及空調立管采用同程設計。冷凍水供回水溫度7℃～12℃；在屋頂設置膨脹水箱，進行補水定壓；冷凍水循環泵30kW，2臺；冷卻水循環泵30kW，2臺；冷卻塔風機7.5kW。

1.2 水系統

水系統采用二次泵定流量，采暖一次泵提供熱水到采暖板換熱器，采暖二次泵提供采暖熱水。空調熱水供回水溫度50℃～60℃。熱水一次泵2.2kW，2臺熱水二次泵15kW，2臺；在屋頂設置膨脹水箱，進行補水定壓。

1.3 空調系統自動控制

冷水機組能量調節和進出水溫度，由主機控制器自動控制。冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等設備，由主機房空調電控柜進行控制。冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機及進水電動閥進行聯鎖。冷水機組，由冷量或溫度進行臺數控制；冷卻塔由回水溫度控制其風機的運行。

2 中央空調系統節能改造

2.1 改造目的

中央空調系統中，各種風機和水泵的容量，是根據建筑物最大冷熱負荷設計選定的，并留有一定的設計余量。中央空調系統負荷，主要跟建筑物的圍壁與環境的熱交換及其外界環境相關的；對于固定的建筑物，其負荷主要是隨室外環境條件而變化的。中央空調的冷熱負荷，在絕大部分時間內遠低于設計負荷；即實際上大部分時間運行在低負荷狀態；中央空調大部分時間運行在設計負荷的60%以下。系統末端設備所需冷凍水量一般小于設計流量，而水系統是用定流量運行；故在部分負荷時，將浪費能源。空調水系統的耗電量約占空調總耗電量的15%～20%，根據負荷變化對水系統采用變流量運行，可帶來可觀的節能效果。

2.2 改造原理

對冷凍水系統、冷卻水系統、熱水系統，利用變頻無級調速技術，解決了其供冷量不隨末端負荷需求變化而造成的電能浪費問題。在各種水泵電機拖動系統中接入變頻系統，改變電機轉速來調節流量、壓力以及溫度等變化，以取代閥門控制流量，達到節能效果。

(1)調節電機速度與節省水泵功率

由流體力學知：P=Q×H.

式中：P為水泵功率；Q為水泵流量；H為水泵的壓頭（揚程）。

由于流量Q與轉速N的一次方成正比，壓頭H與轉速N的平方成正比，所以功率P與轉速N的立方成正比。如果水泵效率一定，當要調節流量下降時，轉速N可成比例地下降，水泵電機的耗電功率與轉速近似成立方關系下降。

例如：一臺水泵電機功率30kW，當轉速下降到原轉速的4/5時（運行頻率為40Hz，額定頻率為50Hz），其耗電量為15.36kW，省電48.8%；當轉速下降到原轉速的1/2時，其耗電量為3.75kW，省電87.5%。

(2)變頻調速原理

交流電動機的同步轉速：n＝60f(1－s)/p.式中：n為異步電動機的轉速；f為異步電動機的頻率；s為電動機轉差率；p為電動機極對數。轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

3 改造成果

3.1 節能

通過加負荷及無負荷實驗，觀察分析結果，空調節能效果達到24.8%以上，如表1。

表1 節能實驗狀況及效果

3.2 提高功率因數

交流設備的容量以視在功率S表示：

式中：S為視在功率；P為有功功率；Q為無功功率。

其中：P=S×cosθ Q=S×sinθ

功率因數cosθ越小，有功功率P越小，無功功率Q越大。無功功率不但增加線損和設備發熱，更主要的是功率因數的降低會導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重。普通水泵電機的功率因數在0.6～0.7之間，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，可使cosθ≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。通過加負荷及無負荷實驗，觀察分析結果，提高了其功率因數，見表2。

表2 節能實驗狀況及效果

結束語

總之，能耗與節能是空調行業發展的永恒主題，商業建筑的中央空調能耗大是一個普遍存在的問題，中央空調系統的節能潛力是很大，節能改造后的效益也是非常明顯的，關鍵是如何挖掘。因此，節能改造將會成為未來空調設計的基本課題和方向之一。

[1]上實大廈中央空調節能改造案例介紹[J].城市開發，2010.01.

[2]湯德濃.某移動通訊綜合大樓中央空調節能改造方案[J].廣東土木與建筑，2008.11.