中央空調系統節能改造工程

耿東喜

（廣電總局機關服務局，北京 100866）

一、前言

隨著經濟建設的飛速發展、人們生活質量的不斷提高，空調的應用日益廣泛和普及，空調系統的能耗逐年增加。目前，大型公共建筑空調系統能耗已占到整個建筑能耗的40%—60%，當今能源和環境問題已成為制約社會發展的關鍵問題。空調系統的節能已成為節能領域中的一個重點和熱點。

二、工程概況

廣播大樓空調系統建于1999年，是屬于舊樓加固維修新增空調系統，該系統空調建筑面積6000平方米，冷熱源主要由制冷機、冷溫水系統、冷卻水系統、供油系統，制冷機采用遠大直燃機。

型號：BZ150ⅦBCH1

水泵型號：WILO-NP150/315V-55/4；WILO-NP150/400V-90/4

三、中央空調系統存在問題及改造措施

由于本系統制冷機采用直燃型（燃油）溴化鋰吸收式制冷機，由于近年來油價飆升，其價格翻了幾倍，近年來空氣污染越來越嚴重，而此類燃料經燃燒后排放大量的氮氧化物、二氧化硫及廢氣等污染物。該項目的實施，將燃油改用天然氣后對環境改善起至關作用。

通過對大樓各分項的電量數據，結合相關設備運行記錄以及一些經驗公式，對數據進行了進一步的分析處理，得出了各個用能系統能耗份額，如圖1所示。

針對以上耗能問題分別對直燃型（燃油）溴化鋰吸收式制冷機進行油（柴油）改氣（天然氣）改造；循環水泵進行變頻節能改造。

（一）水泵變頻節能改造

1 水泵變頻節能改造的必要性

水泵類設備在其應用領域中，往往根據不同的生產、生活需求采用調整閥、回流閥、截止閥等節流設備進行流量、壓力、水位等信號的控制。這樣，不論系統需求大小，水泵都以全速運轉，而運行工況的變化則使得能量以調整閥、回流閥、截止閥等節流損失消耗掉了。水泵類設備多數采用異步電動機直接驅動的方式運行，存在啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點。不僅影響設備使用壽命，而且當負荷出現機械故障時不能瞬間動作保護設備，時常出現泵損壞同時電機也被燒毀的現象。

積極推進以更換新水泵和裝配變頻器為主要內容的水泵變頻節能改造項目的實施，較好地發揮變頻水泵系統提高用電效率、降低用電需求、優化用電特性方面的作用，不僅在緩解電力供需矛盾上做出了積極貢獻，而且日益成為落實科學發展觀、建設資源節約型社會的重要措施。

2 水泵變頻節能原理

系統在部分負荷下運行時，通過拉大供、回水溫差，減小水流量，同時維持空調系統負荷不變，來節約水泵的電能。即水泵通過變頻，在小于工頻的狀態下工作，降低水泵輸入功率（小于額定功率），節約電能。

水泵的轉速與流量、揚程及功率之間的關系可表示如下：

式（1）～（3）中：Q0、H0、n0、N0分別為水泵在額定工況下的流量（m3/h）、揚程（m）、轉速（m3/h）、功率（kW）；Q1、H1、n1、N1分別為水泵在實際工況下的流量（m3/h）、揚程（m）、轉速（m3/h）、功率（kW）。

可見，水泵的流量Q與轉速n成正比（溫差Δt與轉速n成反比），揚程H與轉速n的二次方成正比，而軸功率與N與轉速n的三次方成正比，由此可見，水泵的轉速降低，可以節約大量的電能。系統運行時，系統主機大部分時間在非滿負荷（部分負荷）狀態下運行，換熱器所需的換熱量也隨著減少（水量不變時溫差變小），此時如果維持機組熱水溫差不變，可以減少熱水流量（即減小水泵的轉速）。因此，通過水泵的變頻控制來改變水的流量可以節約電能。

3 中央空調系統進行變頻改造方案

根據實際運行情況水泵長年的運行，嚴重偏離原有水泵的工作點，且相差較大，造成電機功率過高，存在大量能源浪費。將原有水泵NL150/315V—55/4：NL150/400V—90/4撤除。

根據現有水泵實際運行工況，結合水泵原設計額定工況，經分析考慮水泵并聯的運行參數特性和系統的穩定運行，選新型水泵。水泵型號：NL150/315-45/4；NL150/315-45/4。

4 中央空調系統進行變頻改造的優點

本節按照上節中的改造方案與現有水泵在測試當時工況下運行的能耗及費用進行比較分析。

（1）設備運行情況

空調系統水泵運行時間每年120天，日均運行12h。冬季供暖系統水泵運行時間每年120天，日均運行24h。

（2）現有水泵年耗電量（kW·h）：

現有水泵年耗電量： 559440（kW·h）

（3）按改造方案改造后水泵年耗電量（kW·h）：

由于采用變頻措施，改造后水泵年耗電量： 265643（kW·h）。

（4）改造方案水泵節能率：

（5）節能改造后每年節約的資金：節能改造后年節約資金= ΔW·Y ΔW：年節電總量（kW·h）

Y：電價（元/kW/h），此處按0.8元/kW/h計算

圖1

節能改造后年節約資金= ΔW·Y=293797×0.8 =235038（元）。

（6）節能改造增加的純投資：

增加的純投資=X1。

X1：改造設備、施工和設計費（元）

節能改造增加的純投資=X1= 729227（元）。

（7）節能改造后長期節約的資金：

節能改造后長期節約資金=U+V+W+S。

U：過去因壓力有時過高而損失的閥門和管件費用（元）（此項目不涉及此項）。

V：減少高壓泄露過多的耗費（元）（此項目不涉及此項）。

W：杜絕電機損壞和聯軸器故障，減少維修費用（元）。

S：因減少供水故障而提高的生產效益（元）。

W+S：按照老舊系統平均每年普通維護支出8000元計算。

本項目節能改造后長期節約資金=U+V+W+S=8000（元）

（8）計算出采用節能改造項目投資回收期：

節能改造項目投資回收期

（二）直燃型（燃油）溴化鋰吸收式制冷機進行油改氣改造

1 項目概況

直燃機房位于大樓東翼地下一層，機房內設有三臺直燃機組，燃料為柴油。直燃機組排煙經豎井排至屋面。機組為大約60000多m2的建筑提供冷源和熱源，同時肩負著大樓A區的衛生熱水的供應工作。全年24h不間斷運行。

油改氣項目根據相關設計規范，直燃機房的土建、結構、暖通、電氣、消防都要進行相應的更新改造。

2 項目的可行性和必要性

（1）根據《鍋爐房設計規范》GB 50041-2008第15.1.2條的土建要求的規定“鍋爐房的外墻、樓地面或屋面，應有相應的防爆措施，并應有相當于鍋爐間占地面積10%的泄壓面積，需要進行直燃機房土建結構改造以達到泄爆面積要求。

（2）因將燃料改為天然氣后，根據現場實際情況及《鍋爐房設計規范》GB 50041-2008、《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》GB 50058的要求，直燃機房內相應的暖通設備和電氣設備需要進行更新改造，以適應燃氣鍋爐房的設計規范要求。

（3）根據現行《高層民用建筑設計防火規范》第7.6.6.1條的規定，高層建筑內的燃氣鍋爐房的消防系統也要隨之更新改造，已達到消防設計規范要求。

3 改造方案

（1）加固工程

在機房的東墻上開一個42m2泄爆口，同時對洞口進行加固。

（2）土建工程

在空調機房東墻外側做出了南北走向泄爆通道，兩側泄爆口總面積約為42m2，達到消防主管部門關于泄爆面積必須大于機房總面積10%的要求。

（3）電氣工程

機房原照明燈、墻上插坐改成防爆型。

（4）消防改造

在控制室加裝七氟丙烷設備。

（5）暖通工程

將機房原送風、排風、排煙系統全部拆除，按規范設計新的系統。

（6）更換直燃機燃燒器

將原燃燒機更換為德國原裝燃氣威索燃燒機，同時添加燃氣閥組和電氣控制系統，具備多級安全保護功能。對使用天然氣的直燃機房，消防上也無特殊要求，機房現有送、排風系統可以利用，另需增加手提干粉滅火器、泄爆口及燃氣泄漏報警裝置（由燃氣公司負責安裝），一旦發生泄露馬上自動啟動排風系統，并自動截斷天然氣入口總閥，確保機房安全。

4 經濟性分析及社會效益

（1）經濟性分析

柴油熱值為10200kcal/kg，天然氣熱值為8600kcal/m3，1kg柴油的熱值相當于1.186m3天然氣。柴油按均價8500元/噸，天然氣按2.7元/m3計算：每公斤柴油可節省1×8.5-1.186×2.7＝5.3元。2013年直燃機柴油耗量約為460t，則可節約燃料費用460×1000×5.3=2438000元。

（2）社會效益

天然氣作為清潔能源，不含一氧化碳，也比空氣輕，采用天然氣作為能源，可減少煤和石油的用量，因而大大改善環境污染問題；天然氣作為一種清潔能源，無殘液、無污染、無硫化物產生、推廣和普及天然氣有助于減少酸雨形成，舒緩地球溫室效應，從根本上改善環境質量。

結語

本項目經過現場測試、數據分析，結合水泵系統實際運行管理情況，我們提出了改造方案，推薦更適合系統的高效水泵并裝配變頻器，節能率可達52.5%，3年即可用節省的費用收回改造投資。通過改造后回測空調系統水泵運行正常，水泵運行能夠滿足空調系統的負荷要求，水泵節能效果明顯。采用天然氣作為能源，可減少煤和石油的用量，因而減少大氣污染，改善空氣質量， 節約能源費用約43%，取得良好的經濟和社會效益。

[1]廣電總局空調水系統節能改造方案報告[Z].北京飛捷利達科技有限公司.

[2]蘇明哲，張存泉.變頻節能技術在空調水系統中的應用[J].供熱制冷，2004.