初探中央空調系統的節能及改造優化

郭健涌

福建嘉博聯合設計股份有限公司（361000）

初探中央空調系統的節能及改造優化

郭健涌

福建嘉博聯合設計股份有限公司（361000）

隨著科學技術和經濟水平的提高，我國中央空調系統的推廣及運用越來越廣泛，在當前高層建筑中也發揮著越來越重要的作用。但是，在享受中央空調帶來的便利的同時，其能耗大的缺點卻不容忽視。文章以某工程為例，從個別到一般，以當前中央空調系統所具有的問題展開探索，提出一些關于節能方面的建議，為今后中央空調的改進提供一定的幫助。

中央空調；節能改造；設計

1　工程概況

某高層建筑的空調系統建成于2001年，屬于舊樓加固維修新增的空調系統，該系統空調建筑面積達6800m2，其冷熱源主要由制冷機、冷溫水系統、冷卻水系統、供油系統提供，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。

2　中央空調系統存在問題及改造措施

中央空調系統所使用的制冷機是直燃型 （燃油）溴化鋰吸收式制冷機。此制冷機所用的原料是油，但是近些年油價居高不下，制冷機的使用因此需要花費更多的資金。另外，由于是用油作為原材料，所以在使用過程中排放出來的二氧化碳、二氧化氯等有害廢氣，將會對環境造成巨大危害。因此，節能改造項目具有重大意義，用天然氣代替傳統的燃油會大大降低對環境的危害。

為了更好地解決各個用能系統的能耗份額的問題，筆者認為應該將直燃型（燃油）溴化鋰吸收式制冷機進行優化處理，用天然氣代替燃油，變頻節能，采用循環水泵。

2.1水泵變頻節能改造

2.1.1水泵變頻節能改造的必要性

就實際情況來說，水泵類設備在生活中運用得很廣，而且常常會根據不同的需求進行相應的調整，比如根據回流閥設備對壓力信號進行控制，根據調整閥設備對流量信號進行控制。通過這種方法，在任何條件下，水泵都能在安全狀況下全速工作，但是由于這樣的調整，會讓能量因調整閥、回流閥、截止閥等節流損失而浪費掉。因為水泵類設備選用的運作方式是異步電動機直接驅動的方法，所以會產生機器運行時電流量較大的弊端，這對機器的保護會有很大影響。這些隱患不但會造成設備使用壽命的減少，而且會在出現機械故障時造成設備損傷，還會在泵出現故障時損害電機。

實施好水泵變頻的節能改造項目，做好水泵與裝配變頻器的更新換代工作，能夠充分展現變頻水泵系統在用電領域的高性能、低消耗、高產出的特點。一方面能夠解決用電供求上的困難，另一方面也是貫徹落實科學發展觀，響應建設資源節約型社會的政策的需要。

2.1.2中央空調系統進行變頻改造方案

依照現實狀況來看，由于水泵經常使用，時間久了，會使水泵遠離之前的工作點，而且這個距離還相當大。這樣會引發電機功率過高的狀況，會使得許多能源浪費。撤除原有水泵NL150/315V-55/4與NL150/400V-90/4。依照水泵原計劃的設定情況，再和現在水泵的現實工作狀況相結合，從整體效益出發思考水泵并聯運行參數特性，達到系統的穩定運行，從而采用新型水泵。水泵型號分別為NL150/ 315-45/4與NL150/315-45/4。

2.1.3中央空調系統進行變頻改造的優點

在本小節中，會根據上節里改造方案和現有水泵的實際工作情況，結合其相應的耗能與耗費展開分析處理。

1）空調系統水泵每年要運行120d，平均一天運行12h。冬季供暖系統水泵每年運行120d，平均1d運行24h。

2）現有水泵年耗電量為559440（kW·h）。

3）由于采用變頻措施，改造后水泵年耗電量僅為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·YΔW，Y為年節電總量（kW·h），電價（元/kW·h），此處按0.8元/kW·h計算，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。其中X1為改造設備、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。其中，U為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為減少高壓泄露過多的耗費（元）（此項目不涉及此項）；W為杜絕電機損壞和聯軸器故障，減少維修費用 （元）；S為因減少供水故障而提高的生產效益（元）。W+S為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），采用節能改造項目投資回收期為3年。

2.2直燃型（燃油）溴化鋰吸收式制冷機進行油改氣改造

2.2.1項目概況

在大樓東面的地下一樓是放置直燃機的地方，里面有三臺直燃機組，每時每刻都在運作，從不停歇。正因為有了它們才能為大樓A區提供熱水，才能輸送冷源與熱源給大概60000m2以上的大面積建筑物。直燃機組采用的是柴油作為動力源，產生的煙塵通過豎井排放到空氣里，這樣造成的污染較大。因此，根據相關規范，將柴油改為天然氣，并將直燃機房在以下幾個方面進行改造：基本結構調整、暖氣通風口的選擇、消防裝置的安置等。

2.2.2項目的可行性和必要性

1）依照《鍋爐房設計規范》GB50041-2008第15.1.2條關于土地建設的相關要求：“需要有設置相匹配的防爆設施在鍋爐房的附近，為其安全提供保障。除此之外，還要求直燃機房土建結構改造達到泄爆面積，并且還必須有相應的泄壓面積（相當于鍋爐間占地面積10%）。”

2）由于將天然氣作為替代燃料后還是有缺點的，因此按照《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》GB50058與 《鍋爐房設計規范》GB50041-2008的相關規定，有必要對直燃機房內的相關電氣、暖氣、通話裝置實施檢查，并予以改造，達到燃氣鍋爐房對此的相關要求。

3）依照《高層民用建筑設計防火規范》第7.6.6.1條的要求，為達到消防部門關于高層建筑的設計防火規范的指標，高層建筑應有所改變，而燃氣鍋爐房的消防系統需要進行重新整改。

2.2.3改造方案

1）加固工程

在機房的東墻上開一個面積為42m2泄爆口，同時要對洞口進行加固處理。

2）土建工程

為實現消防部門制定的關于泄爆面積必須大于機房總面積10%的規定，這就需要規劃南北走向的泄爆通道于空調機房東墻外側，并且應留有總面積大概42m2的泄爆口在機房兩側。

3）電氣工程

將機房原照明燈及墻上插坐全部改為防爆型。

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

為了實現多重安全保障功能，選用了德國的威索燃燒機替代了原本的燃燒機，并增加了電氣操控系統與燃氣閥組。同時，為了更好地達到保護機房的目的，特別提出了以下處理方式：首先，采用機房已經裝備的送風系統、出風系統；其次，安裝好滅火器（選擇手提干粉類型的）；最后，增加泄爆口和安裝報警裝置來檢測燃氣是否泄漏（報警裝置的安置交給燃氣公司全權負責）。這樣，在發生燃氣泄漏的時候，報警裝置會自動開啟排風功能，進行空氣疏通，同時關閉天然氣的進口。這一系列的措施，讓直燃機房即使使用天然氣，也不會產生大的安全隱患。

2.2.4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8 600kcal/m3，1kg柴油的熱值相當于1.186m3天然氣。柴油按均價8500元/t，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

天然氣作為一種清潔能源，其所含有害氣體較少，且天然氣的分布較廣，易于開采，利用其作為能源使用，能夠大大減少對煤炭資源和礦產資源的使用，有利于環境的保護。其次，相比使用其他礦產資源，天然氣具有排污少、無硫化物、安全干凈等特點，因此能夠減少酸雨的形成，減緩全球變暖的趨勢，保護環境。

3　結語

本項目最終選擇了安裝變頻器來配合高效水泵的運行，這種方式是參照了水泵系統的實地操作情況，經過多次測試，再吸取不足之處進行數據解析，對本項目提出的改造方法。這種方式可以使得節能率高達52.5%，3年時間節約下來的費用，足以用來收回投資資本。在改造之后，水泵的運行已經能夠承擔起空調系統的正常運轉，并能夠保持水泵的穩定運行，節能成果非常顯著。使用一些新型能源，能夠有效的保護大氣層，提高空氣的清新度。使用天然氣，可以在生活中減少煤與石油的普及度，經監測可以節省43%左右的費用，達到很好的節能效果，并在經濟與社會效益上取得更大的成功。

［1］胡雪梅，任艷艷.中央空調的變頻拉制設計及節能分析田［J］.電機與控制應用，2011（38）.