西安某大型商場空調系統能耗分析與節能措施研究

鄭程升

摘要：本文通過測試對某大型商場空調系統能耗作了研究分析。通過對商場室內外溫度測試后進行了分析，發現商場中不同樓層存在著溫度分布不均勻現象。隨著樓層升高，每層的室內溫度也升高。同時對機組測試中還發現，冷機處于部分負荷狀態下運行，制冷機低效運行。最后通過分析結果提出了幾項節能措施并對其節能效果進行分析。

關鍵詞：大型商場，空調系統，能耗，節能措施

0引言

隨著科技的進步和人們對室內空氣品質要求的不斷提高，建筑物及其空調系統的能耗問題也日益顯現出來[1]，在大型商場建筑能耗比例中，空調能耗足足占到整個建筑能耗的50%-60%[2]。由于大型商場人員和燈光密度較大，內部熱源的發熱量較高，加上其潛熱量也很大，故其各部分負荷在全年負荷中所占比例和其他類型建筑物有很大差異。據有關專家統計，如果能夠合理綜合使用有效的節能技術，那么大型公共建筑可以實現節能達30%以上[3]。因此，大型公共建筑的節能潛力還很大，很有必要研究大型公共建筑的能耗。

1建筑及空調系統概況

該商場建筑面積為99240m2，其中地下設備用房共占16035 m2，地上部分為83205 m2。商場地下兩層，地上七層，總高度30.55米。商場空調面積約為8.0萬m2，空調夏季冷負荷為16100kW，制冷站設于地下二層，選用五臺特靈離心式冷水機組，其中四臺制冷量為3500 kW，一臺制冷量為2100 kW，提供7-12℃的冷凍水。

2商場測試結果分析

在2012年7月24日到2012年7月30日，在供冷季選取一周的時間對商場室內、外溫度、制冷機的冷凍水及冷卻水進、出口水溫度等進行了實際測量。在商場每層均勻布置測點，對商場室內不同區域的全空氣空調系統在運行時的溫度狀態進行了逐時測量。通過整理測試數據可以看出，該商場內的逐時溫度分布逐層升高。由于商場一層門沒有設置空氣幕，導致了室外熱空氣進入室內，故一層室內溫度比其他樓層的室內溫度高。餐廳位于七層，廚房的設備散熱量比較大，加上餐廳的人流量大，故該層測試的溫度就明顯較高。除了一層、和七層外，其余各層的溫度平均值基本保持在設計值26℃左右。

2.2制冷機組運行狀況實測結果分析

在2012年7月24日到2012年7月30日，對制冷機房內1號制冷機組的冷凍水和冷卻水進出口溫度進行實測。根據實測結果發現，1號冷水機組冷凍水實際平均供水溫度為 10.8℃，實際回水溫度為 14.1℃，實際供回水溫度高于設定值7/12℃。實際的供回水溫差的平均值為 3.3℃小于設定的供、回水溫差5℃。從整理的測試數據看出，1號冷水機組冷卻水供水溫度實際值基本保持在29℃左右，回水溫度保持在32℃左右，冷卻水實際供回水溫度均低于設定值32/37℃。在測試期間商場冷卻水實際的平均供、回水溫差為 3℃低于設定的供、回水溫差5℃。根據測試數據得知冷機冷凍水、冷卻水實際供回水溫差大部分時間在3℃左右，說明冷水機組大部分時間處于低效運行。

3節能措施研究

3.1提高空調房間設定溫度節能

根據空調冷負荷組成以及其計算公式可以看出，如果空調房間的設定溫度被合理地提高，主要可以達到以下三方面的節能效果：

1）提高空調設定溫度，室內外傳熱溫差就可以降低從而由圍護結構傳熱形成的那部分空調負荷自然也就隨之降低；

2）提高空調設定溫度，就會降低室內外傳熱溫差從而室外新風所形成的空調負荷就隨之降低；

3）當室外溫度低于室內溫度時，通過采用合理通風措施進行蓄冷，可以有效減少空調運行時間；

3.2采用變頻技術的節能

由于空調系統負荷隨著室外天氣的變化隨時變化，但是在空調設計、設備選型通常都是按照最不利工況進行的，而經過研究發現空調系統在部分負荷下工作占絕大部分時間，其中空調機組在設計最大冷負荷的75%以下運行的時間占到了全部運行時間的97.5% [4]，這就表明了大部分時間空調系統是按照大流量小溫差的方式運行。目前定流量系統在國內被廣泛采用，盡管采用多臺水泵并聯運行通過臺數調節的方式解決這個問題，但這種方式的調節范圍非常有限，帶來的節能效果自然也不是最好[5]。采用變頻調速技術是一種比較科學的做法，利用變頻技術進行節能的這項措施，只需要對商場機房現有的定轉速水泵加裝變頻裝置，這樣原有的定流量系統就變成變流量系統了。風機同樣也可以通過加變頻裝置，將原有定風量系統改變為變風量系統。通過對水泵與風機使用變頻進行模擬，從模擬結果發現，采用變頻后冷機的年耗電量約減少6.83萬kWh，而水泵的年耗電量減少達60.16萬kWh，可以看出水泵采用變頻技術對于水泵的節能的潛力很大。風機采用變頻技術實現變風量同樣也能達到節能效果。

3.3采用夜間通風技術節能

西安地區夏季室外最高溫度高，空調運行期長，夏季夜間溫度較低，溫度不超過 25℃。亓曉琳等人結合我國各地區夏季的氣象條件引入CCP（“Climatic Cooling potential”）的概念[6]，分析了北方地區辦公建筑夜間通風的適用性。同時還計算了各典型城市氣候降溫潛力，其中西安七月份的平均溫度日較差為8.38℃，CCP為10.55[7]，這就說明了西安地區日較差在8℃左右比較適宜采用夜間通風，根據西安市空調期室外逐時干球溫度得知6～9月日較差大于8℃共有80天，故適合采用夜間通風日期約80天。通過采用夜間通風，可以達到推遲人工制冷的開啟時間。空調期應用夜間通風延遲人工制冷開啟時間共80h，空調期共節省電量 44000 kWh。

4結論

本文通過對西安市某大型商場進行測試并進行分析，可以得到如下結論：

（1）通過測試結果可知，該商場中各樓層存在著溫度分布不均勻現象。隨著樓層升高，每層的室內溫度也升高。

（2）在不影響商場室內人員舒適度的要求下，合理提高室內空調的溫度設定點可以達到一定的節能效果。

（3）采用變頻技術可以達到較好的節能效果。采用水泵變頻后冷機的年耗電量約減少6.83萬kWh，而水泵的年耗電量減少達60.16萬kWh。采用風機變頻后冷機年耗電量約減少34.12萬kWh，風機的年耗電量減少7.38 kWh。

（4）通過采用夜間通風技術延遲人工制冷開啟時間共80h。空調期共節省電量 44000kWh，節能率約為3.1%。與其它的節能措施相比，夜間通風只要通過簡單的措施控制新風機組的啟停即可實現，而不需要對原有系統進行任何修改和投資任何費用。

參考文獻

[1]沈浩，李念平.商場空調系統能耗評價與節能措施的研究[J].制冷空調與電力機械2005，（2）：31

[2]. 江億，薛志峰.商業建筑節能技術與市場分析.2000年暖通空調年會論文集

[3].薛志峰，江億. 北京市大型公共建筑用能現狀與節能潛力分析[J]. 暖通空調，2004，34（9）：23～24.

[4].李震，肖勇全等.固定流量系統改為變流量系統的探討[J].建筑熱能通風空調.2004： 47～50

[5].高吉祥， 哈爾濱某辦公樓能耗分析及節能方案研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2008

[6]N.Bultmann，H.Manz，P.Heiselberg. Climatic potential for passive cooling of buildings by night-time ventilation in Europe [J].Applied Energy 84（2007）187～201

[7].亓曉琳，北方辦公建筑夜間通風降溫潛力及適用性研究[D].西安：西安建筑科技大學2009