中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造工程

耿東喜

（廣電總局機(jī)關(guān)服務(wù)局，北京 100866）

一、前言

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展、人們生活質(zhì)量的不斷提高，空調(diào)的應(yīng)用日益廣泛和普及，空調(diào)系統(tǒng)的能耗逐年增加。目前，大型公共建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗已占到整個(gè)建筑能耗的40%—60%，當(dāng)今能源和環(huán)境問題已成為制約社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵問題。空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能已成為節(jié)能領(lǐng)域中的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

二、工程概況

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

型號(hào)：BZ150ⅦBCH1

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

三、中央空調(diào)系統(tǒng)存在問題及改造措施

由于本系統(tǒng)制冷機(jī)采用直燃型（燃油）溴化鋰吸收式制冷機(jī)，由于近年來油價(jià)飆升，其價(jià)格翻了幾倍，近年來空氣污染越來越嚴(yán)重，而此類燃料經(jīng)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(xiàng)目的實(shí)施，將燃油改用天然氣后對(duì)環(huán)境改善起至關(guān)作用。

通過對(duì)大樓各分項(xiàng)的電量數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)設(shè)備運(yùn)行記錄以及一些經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步的分析處理，得出了各個(gè)用能系統(tǒng)能耗份額，如圖1所示。

針對(duì)以上耗能問題分別對(duì)直燃型（燃油）溴化鋰吸收式制冷機(jī)進(jìn)行油（柴油）改氣（天然氣）改造；循環(huán)水泵進(jìn)行變頻節(jié)能改造。

（一）水泵變頻節(jié)能改造

1 水泵變頻節(jié)能改造的必要性

水泵類設(shè)備在其應(yīng)用領(lǐng)域中，往往根據(jù)不同的生產(chǎn)、生活需求采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設(shè)備進(jìn)行流量、壓力、水位等信號(hào)的控制。這樣，不論系統(tǒng)需求大小，水泵都以全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流損失消耗掉了。水泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，存在啟動(dòng)電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備，時(shí)常出現(xiàn)泵損壞同時(shí)電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。

積極推進(jìn)以更換新水泵和裝配變頻器為主要內(nèi)容的水泵變頻節(jié)能改造項(xiàng)目的實(shí)施，較好地發(fā)揮變頻水泵系統(tǒng)提高用電效率、降低用電需求、優(yōu)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(xiàn)，而且日益成為落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的重要措施。

2 水泵變頻節(jié)能原理

系統(tǒng)在部分負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，通過拉大供、回水溫差，減小水流量，同時(shí)維持空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷不變，來節(jié)約水泵的電能。即水泵通過變頻，在小于工頻的狀態(tài)下工作，降低水泵輸入功率（小于額定功率），節(jié)約電能。

水泵的轉(zhuǎn)速與流量、揚(yáng)程及功率之間的關(guān)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(yáng)程（m）、轉(zhuǎn)速（m3/h）、功率（kW）；Q1、H1、n1、N1分別為水泵在實(shí)際工況下的流量（m3/h）、揚(yáng)程（m）、轉(zhuǎn)速（m3/h）、功率（kW）。

可見，水泵的流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比（溫差Δt與轉(zhuǎn)速n成反比），揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比，而軸功率與N與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，由此可見，水泵的轉(zhuǎn)速降低，可以節(jié)約大量的電能。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)主機(jī)大部分時(shí)間在非滿負(fù)荷（部分負(fù)荷）狀態(tài)下運(yùn)行，換熱器所需的換熱量也隨著減少（水量不變時(shí)溫差變小），此時(shí)如果維持機(jī)組熱水溫差不變，可以減少熱水流量（即減小水泵的轉(zhuǎn)速）。因此，通過水泵的變頻控制來改變水的流量可以節(jié)約電能。

3 中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造方案

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況水泵長年的運(yùn)行，嚴(yán)重偏離原有水泵的工作點(diǎn)，且相差較大，造成電機(jī)功率過高，存在大量能源浪費(fèi)。將原有水泵NL150/315V—55/4：NL150/400V—90/4撤除。

根據(jù)現(xiàn)有水泵實(shí)際運(yùn)行工況，結(jié)合水泵原設(shè)計(jì)額定工況，經(jīng)分析考慮水泵并聯(lián)的運(yùn)行參數(shù)特性和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，選新型水泵。水泵型號(hào)：NL150/315-45/4；NL150/315-45/4。

4 中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的優(yōu)點(diǎn)

本節(jié)按照上節(jié)中的改造方案與現(xiàn)有水泵在測試當(dāng)時(shí)工況下運(yùn)行的能耗及費(fèi)用進(jìn)行比較分析。

（1）設(shè)備運(yùn)行情況

空調(diào)系統(tǒng)水泵運(yùn)行時(shí)間每年120天，日均運(yùn)行12h。冬季供暖系統(tǒng)水泵運(yùn)行時(shí)間每年120天，日均運(yùn)行24h。

（2）現(xiàn)有水泵年耗電量（kW·h）：

現(xiàn)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(jié)能率：

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

Y：電價(jià)（元/kW/h），此處按0.8元/kW/h計(jì)算

圖1

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

（6）節(jié)能改造增加的純投資：

增加的純投資=X1。

X1：改造設(shè)備、施工和設(shè)計(jì)費(fèi)（元）

節(jié)能改造增加的純投資=X1= 729227（元）。

（7）節(jié)能改造后長期節(jié)約的資金：

節(jié)能改造后長期節(jié)約資金=U+V+W+S。

U：過去因壓力有時(shí)過高而損失的閥門和管件費(fèi)用（元）（此項(xiàng)目不涉及此項(xiàng)）。

V：減少高壓泄露過多的耗費(fèi)（元）（此項(xiàng)目不涉及此項(xiàng)）。

W：杜絕電機(jī)損壞和聯(lián)軸器故障，減少維修費(fèi)用（元）。

S：因減少供水故障而提高的生產(chǎn)效益（元）。

W+S：按照老舊系統(tǒng)平均每年普通維護(hù)支出8000元計(jì)算。

本項(xiàng)目節(jié)能改造后長期節(jié)約資金=U+V+W+S=8000（元）

（8）計(jì)算出采用節(jié)能改造項(xiàng)目投資回收期：

節(jié)能改造項(xiàng)目投資回收期

（二）直燃型（燃油）溴化鋰吸收式制冷機(jī)進(jìn)行油改氣改造

1 項(xiàng)目概況

直燃機(jī)房位于大樓東翼地下一層，機(jī)房內(nèi)設(shè)有三臺(tái)直燃機(jī)組，燃料為柴油。直燃機(jī)組排煙經(jīng)豎井排至屋面。機(jī)組為大約60000多m2的建筑提供冷源和熱源，同時(shí)肩負(fù)著大樓A區(qū)的衛(wèi)生熱水的供應(yīng)工作。全年24h不間斷運(yùn)行。

油改氣項(xiàng)目根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，直燃機(jī)房的土建、結(jié)構(gòu)、暖通、電氣、消防都要進(jìn)行相應(yīng)的更新改造。

2 項(xiàng)目的可行性和必要性

（1）根據(jù)《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50041-2008第15.1.2條的土建要求的規(guī)定“鍋爐房的外墻、樓地面或屋面，應(yīng)有相應(yīng)的防爆措施，并應(yīng)有相當(dāng)于鍋爐間占地面積10%的泄壓面積，需要進(jìn)行直燃機(jī)房土建結(jié)構(gòu)改造以達(dá)到泄爆面積要求。

（2）因?qū)⑷剂细臑樘烊粴夂螅鶕?jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50041-2008、《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058的要求，直燃機(jī)房內(nèi)相應(yīng)的暖通設(shè)備和電氣設(shè)備需要進(jìn)行更新改造，以適應(yīng)燃?xì)忮仩t房的設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

（3）根據(jù)現(xiàn)行《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第7.6.6.1條的規(guī)定，高層建筑內(nèi)的燃?xì)忮仩t房的消防系統(tǒng)也要隨之更新改造，已達(dá)到消防設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3 改造方案

（1）加固工程

在機(jī)房的東墻上開一個(gè)42m2泄爆口，同時(shí)對(duì)洞口進(jìn)行加固。

（2）土建工程

在空調(diào)機(jī)房東墻外側(cè)做出了南北走向泄爆通道，兩側(cè)泄爆口總面積約為42m2，達(dá)到消防主管部門關(guān)于泄爆面積必須大于機(jī)房總面積10%的要求。

（3）電氣工程

機(jī)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(shè)備。

（5）暖通工程

將機(jī)房原送風(fēng)、排風(fēng)、排煙系統(tǒng)全部拆除，按規(guī)范設(shè)計(jì)新的系統(tǒng)。

（6）更換直燃機(jī)燃燒器

將原燃燒機(jī)更換為德國原裝燃?xì)馔魅紵龣C(jī)，同時(shí)添加燃?xì)忾y組和電氣控制系統(tǒng)，具備多級(jí)安全保護(hù)功能。對(duì)使用天然氣的直燃機(jī)房，消防上也無特殊要求，機(jī)房現(xiàn)有送、排風(fēng)系統(tǒng)可以利用，另需增加手提干粉滅火器、泄爆口及燃?xì)庑孤﹫?bào)警裝置（由燃?xì)夤矩?fù)責(zé)安裝），一旦發(fā)生泄露馬上自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)系統(tǒng)，并自動(dòng)截?cái)嗵烊粴馊肟诳傞y，確保機(jī)房安全。

4 經(jīng)濟(jì)性分析及社會(huì)效益

（1）經(jīng)濟(jì)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(dāng)于1.186m3天然氣。柴油按均價(jià)8500元/噸，天然氣按2.7元/m3計(jì)算：每公斤柴油可節(jié)省1×8.5-1.186×2.7＝5.3元。2013年直燃機(jī)柴油耗量約為460t，則可節(jié)約燃料費(fèi)用460×1000×5.3=2438000元。

（2）社會(huì)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(huán)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(chǎn)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(yīng)，從根本上改善環(huán)境質(zhì)量。

結(jié)語

本項(xiàng)目經(jīng)過現(xiàn)場測試、數(shù)據(jù)分析，結(jié)合水泵系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行管理情況，我們提出了改造方案，推薦更適合系統(tǒng)的高效水泵并裝配變頻器，節(jié)能率可達(dá)52.5%，3年即可用節(jié)省的費(fèi)用收回改造投資。通過改造后回測空調(diào)系統(tǒng)水泵運(yùn)行正常，水泵運(yùn)行能夠滿足空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷要求，水泵節(jié)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(zhì)量， 節(jié)約能源費(fèi)用約43%，取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

[1]廣電總局空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造方案報(bào)告[Z].北京飛捷利達(dá)科技有限公司.

[2]蘇明哲，張存泉.變頻節(jié)能技術(shù)在空調(diào)水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].供熱制冷，2004.