大型建筑中央空調系統節能改造探析

黃榮濤

摘 要：在能源日趨緊張的今天，中央空調的節能改造對我國可持續發展戰略的實行有重大的意義。全面分析了影響大型建筑空調系統能耗的因素，在不影響舒適性的情況下，就中央空調系統的節能改造工作提出了一些建設性的建議，以期為今后的工作提供參考。

關鍵詞：建筑節能工程；空調系統；節能改造；自動化控制

中圖分類號：TU201.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.108

1 能耗原因分析和節能改造措施

對于中央空調系統，其能耗主要包括主機系統（即壓縮機系統）、空氣處理器、水泵和冷卻塔等設備的運行能耗。針對中央空調各運行設備的能耗，提出了相應的解決措施，以加強自動化控制運行機制。對于中央空調系統，其能耗主要表現在以下2方面：①為了能夠向空氣處理設備有效供給冷量、熱量而造成的冷（熱）源能耗；②輸送空氣、水的風機和水泵等設備的能耗。當室內的冷負荷穩定后，室外的氣象參數保持不變時，負荷會隨著圍護結構傳熱性、室內空氣參數的變化而變化；對于新風負荷，室外的空氣焓值穩定后，負荷就會隨著新風量的增多而升高。由以上分析可知，在中央空調系統的運行過程中，能耗影響因素主要有室內設計標準、室外氣象參數和圍護結構特性，同時，還包括室內人、照明、設備的熱負荷和濕負荷等。然而，無論哪種類型的能耗影響，如果不及時采取有效的防治措施，必然會產生高能耗，造成相關的不利影響。

2 節能改造思路

2.1 改變型式，實現節能改造

2.1.1 風機盤管智能化管理

目前，大型建筑中央空調系統中用到的風機盤管控制技術比較落后，缺乏必要的維護。加裝溫度限制裝置后，可以實現對制冷供暖季節的溫度控制、盤管和動力站主機的聯鎖，使在非空洞季節和非空調時段盤管自動停止工作。這種做法施工簡單，節能效果顯著。但是，在執行的過程中要注意2點：①當溫度達到限定要求時，空調停止工作，減少風機能耗，降低冷水機組能耗。②聯鎖控制。在非供冷供熱時段，風機盤管自鎖，無法本地啟動，以防風機消耗能量。采用人員探測裝置檢測到辦公室無人并超過設置的時間后，自動關閉空調。

2.1.2 排風系統中的能量回收或重復應用

對于新風系統，其能耗非常大。在實踐過程中，為了保證室內空氣的質量，通常會增加新風量的供應，這也就造成了大量的能耗損失。當新鮮空氣進入室內后，室內就會排出具有冷、熱特性的空氣。對于多數建筑，當空氣從室內排出時，基本上是有一定規律可循的，所以，可以有效回收應用排風系統中的空氣，特別是對新風量較大的排風熱回收，能夠在一定程度上減少新風能耗。

2.1.3 冷熱源節能改造

對于中央空調系統，可以選擇冷熱源的主要形式。在此過程中，需要全面對比、分析和研究初期資金、服役期限、能耗標準、運行資金和安全可靠性要求等。從節能層面來講，在改造和設計建筑中央空調系統冷熱源的過程中，應當嚴格按照公共建筑節能設計標準和要求進行——以節能指標為基礎，盡可能選用那些高能量利用率的裝置和熱源系統。對于嚴寒地區，可以將地下水、天然冰、蒸發冷卻技術和太陽能等作為中央空調系統節能改造過程中的冷熱源。從應用實踐情況來看，與其他能源相比，由于天然冷熱源在制冷、制熱領域具有一定的優勢，所以，在對建筑中央空調系統型式進行節能改造的過程中可以優先選擇。

2.2 節能改造策略

根據建筑中央系統既定的供熱模式，可對其進行適當的改造，比如設計成水平、垂直兩種系統。在傳統的垂直順流基礎上，在順流單管系統熱力入口、立管所在處增設溫度控制器，從而有效控制中央空調系統。從實踐結果來看，這種節能改造工作可以合理管控局部系統、溫度等，同時，在熱力入口處計算系統總熱量，經過改造后，可以最大限度地應用原來的中央系統和相關設備，而且這對室內裝修的影響也比較小，它能在一定程度上減少對原有中央系統的改造量。除了上述方法外，還可以采用以下幾種方法改造建筑中央空調系統中的供熱系統，即加設垂直雙管和跨越管。以加設跨越管為例，將其加設在散熱器水平支管間，并將其設計成與散熱器并聯的狀態，將兩三個通恒溫閥安裝在散熱器周圍，使其能夠根據室內溫度的變化情況有效控制散熱器內的熱水流量。采用這種方式用戶可以自主調節室內溫度，從而達到節能降耗的目的。對于公共住宅建筑，還可在每組散熱器上安裝電子式或蒸發式熱分配表，以計算中央空調系統運行過程中的熱量損耗。在此過程中，還可以將熱量計量設備布設在室外熱力入口位置，以此計算系統熱量。

2.3 應用變頻技術

中央空調系統包括冷凍水和冷卻水兩部分，所以，在水泵系統節能改造的過程中，可以采用變頻器。

2.3.1 冷凍水泵系統的閉環管控

在大型建筑中央空調系統節能改造的過程中，利用變頻空調器可以確保機組頻繁停機，有效避免了空調器頻繁啟動的情況，省卻了啟動電能消耗。在節能改造工作中，變頻器是根據冷凍水泵和冷卻水泵的電機轉速來調節的，它是在滿足空調運轉的基礎上，使空調能夠發揮正常的運轉效益，避免能量耗費，進而達到節能的目的。在此過程中需要注意的是：①在制冷模式下，冷凍水泵系統閉環管控。在確保最末端設備冷凍水流量正常供給的基礎上，確定冷凍泵變頻器的最小工作頻率，然后將其設定為下限頻率，并將其鎖定。變頻冷凍水泵的頻率調節主要是通過設置在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水的回水溫度，利用溫度控制器設定的溫度來設定變頻器頻率的增減，具體的控制方式為：當冷凍回水溫度超過設定溫度時，頻率就會無極上調。②在制熱模式下，冷凍水泵系統閉環管控。在這種模式下，在中央空調系統中的熱泵運行過程中，冷凍水泵系統的管控方案是：與制冷模式管控方案相同，在確保最末端設備冷凍水流量正常供給的情況下，確定冷凍泵的最小工作頻率，設定下限頻率。變頻冷凍水泵的頻率調節主要是通過安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器檢測冷凍水的回水溫度，由溫度控制器設定的溫度控制變頻器頻率的增減。然而，在這個過程中也有一定的差別，即當冷凍回水溫度比設定的溫度低時，頻率無極上調；溫度傳感檢測到的冷凍水回水溫越高，則變頻器輸出的頻率就越低。

2.3.2 冷卻水系統閉環管控

在改造冷卻水系統的過程中，對冷卻水系統進行閉環管控的節電效果非常顯著。在確保冷卻塔有冷卻水流出時，通過管控變頻器輸出頻率來有效調節冷卻水的流量。當中央空調冷卻水的出水溫度相對較低時，就減少冷卻水的流量；當中央空調冷卻水的出水溫度相對較高時，就加大冷卻水的流量，在確保中央空調機組正常運行的基礎上達到節能、增效的目的。

3 結束語

總而言之，中央空調系統是建筑結構中能耗比較大的部分，它不僅與空調冷熱源、系統和設備能量的有效利用有密切的關系，而且還與圍護結構朝向、形狀和保溫隔熱性能等因素有關。本文主要從改變型式、建筑中央空調供熱系統節能改造策略和建筑中央空調系統節能改造過程中的變頻技術應用等方面入手，闡述了如何加強大型建筑中央空調系統節能改造工作，以期我國大型建筑節能事業的可持續發展貢獻一份力量。

參考文獻

[1]李鳳英，蘭志東.蘆洋基于既有建筑中中央空調系統節能改造的分析[J].科技傳播，2013（17）.

[2]中國建筑科學研究院.GB 50736—2012 民用建筑供中央風與空氣調節設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

〔編輯：白潔〕

Abstract： In todays increasingly tense energy， energy-saving central air-conditioning for the implementation of sustainable development strategies have great significance. This paper analyzes the factors affecting surface air conditioning systems of large buildings energy consumption without compromise on comfort， it is energy-saving central air conditioning system work put forward some constructive suggestions in order to provide a reference for future work.

Key words： energy efficient building； air-conditioning system； energy saving； automation and control