談既有公共建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造常見(jiàn)方法

郭 銳

(貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550081)

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談既有公共建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造常見(jiàn)方法

郭 銳

(貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550081)

針對(duì)既有公共建筑中空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑能耗比重較大的問(wèn)題，從空調(diào)主機(jī)、輸配系統(tǒng)、冷卻塔等方面，介紹了常見(jiàn)的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造方法，并結(jié)合工程實(shí)例，闡述了空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的具體方案，為既有公共建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造工程提供了思路。

公共建筑，節(jié)能改造，空調(diào)系統(tǒng)，SCOP

0 引言

我國(guó)現(xiàn)有公共建筑面積約為45億m2，占城鄉(xiāng)房屋建筑總面積的10.7%，但公共建筑能耗占建筑總能耗的20%，比居住建筑高出很多。而且在公共建筑的全年能耗中，約50%以上消耗于采暖通風(fēng)空調(diào)和生活熱水，20%～30%消耗于照明能耗[1]。而在發(fā)達(dá)國(guó)家，建筑能耗占總能耗的比重高于我國(guó)目前的水平，隨著既有公共建筑的增多以及人民生活水平的提高，可以預(yù)見(jiàn)我國(guó)建筑用能的水平將保持上升的趨勢(shì)。因此，節(jié)能改造是降低既有公共建筑能耗水平的主要方式。

針對(duì)占建筑物用能比例1/2以上的空調(diào)系統(tǒng)，對(duì)其出現(xiàn)的高耗能，低用能效率的情況進(jìn)行有針對(duì)性的改造就很有必要。空調(diào)系統(tǒng)的改造主要圍繞其系統(tǒng)中耗能比重較大的空調(diào)主機(jī)、輸配系統(tǒng)中的冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)、末端系統(tǒng)部件展開(kāi)。本文中將主要介紹上述部件的節(jié)能改造常用方法，并以文獻(xiàn)調(diào)研的方式對(duì)實(shí)際建筑物空調(diào)系統(tǒng)的改造技術(shù)及效果進(jìn)行列表對(duì)比分析。

1 空調(diào)系統(tǒng)主要部件的常見(jiàn)改造方法

空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的重點(diǎn)應(yīng)圍繞節(jié)能潛力大、耗能高的部件優(yōu)先進(jìn)行。下文將對(duì)空調(diào)系統(tǒng)中的主要耗能部件的常用改造方法逐一進(jìn)行介紹。

1.1 空調(diào)主機(jī)節(jié)能改造

空調(diào)主機(jī)的耗電量一般占空調(diào)系統(tǒng)的耗電量的1/2以上，空調(diào)主機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的核心。而空調(diào)主機(jī)的改造方法比較常見(jiàn)的有以下幾種：

1)用高效的新式機(jī)組代替老舊機(jī)組或增加小型制冷機(jī)。如中國(guó)香港又一城[2]制冷主機(jī)耗電量占空調(diào)系統(tǒng)耗電量的68%，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的改造就是空調(diào)主機(jī)重新選型，重新選擇主機(jī)的額定冷量與臺(tái)數(shù)，使主機(jī)制冷量更接近于日常實(shí)際運(yùn)行的需要。此外，如重慶市某辦公樓空調(diào)系統(tǒng)改造即是單獨(dú)增加了一臺(tái)風(fēng)冷熱泵，這樣可以在低負(fù)荷時(shí)段停止大型制冷主機(jī)的運(yùn)行。

2)空調(diào)主機(jī)加裝變頻器。北京市某中心中央空調(diào)系統(tǒng)變頻改造[3]，原有空調(diào)系統(tǒng)為恒速離心式冷水機(jī)組，因建筑物負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性，機(jī)組在99%的時(shí)間都處于部分負(fù)荷運(yùn)行。因此給離心主機(jī)加裝了變頻設(shè)備，在部分負(fù)荷下降低輸入功率；進(jìn)行變頻改造后，年總節(jié)電799 312 kW·h，年總節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤98.23 t。此外，北京某報(bào)社[4]的空調(diào)主機(jī)改造也是以加裝變頻器的方式來(lái)達(dá)到節(jié)約主機(jī)耗電的目的。

3)改變空調(diào)主機(jī)運(yùn)行策略。仍以北京市某中心的空調(diào)主機(jī)為例[3]，在日常運(yùn)行中將空調(diào)主機(jī)的冷凍水出水溫度設(shè)置由之前的7 ℃出水調(diào)整為9 ℃，極大的降低了制冷季空調(diào)的能耗。或采用系統(tǒng)中不同主機(jī)的靈活配置方式進(jìn)行搭配組合以提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。上海某研發(fā)中心辦公樓也針對(duì)主機(jī)選型偏大的情況采取了管路改動(dòng)，在低負(fù)荷時(shí)間段采取由一臺(tái)主機(jī)供應(yīng)兩棟建筑物的做法以降低運(yùn)行費(fèi)用[5]。

4)改變系統(tǒng)或其配置形式。如采用地源熱泵空調(diào)代替原來(lái)的老舊空調(diào)主機(jī)及其系統(tǒng)等類(lèi)似的做法以提高空調(diào)系統(tǒng)的效率及平時(shí)運(yùn)行維護(hù)工作中的靈活性及便捷性。

5)加裝控制系統(tǒng)。以某大廈為例[6]，針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)加裝了管理專(zhuān)家系統(tǒng)，采用模糊控制技術(shù)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)及過(guò)程變化狀態(tài)，使系統(tǒng)自動(dòng)選擇優(yōu)化運(yùn)行策略。機(jī)房?jī)?nèi)合理設(shè)置良好的控制系統(tǒng)，可以保證制冷機(jī)組高效運(yùn)行。

此外，空調(diào)主機(jī)的改造還涉及到了一些其他技術(shù)，如清洗主機(jī)的換熱器等[7]。

1.2 輸配系統(tǒng)改造

冷凍水泵及冷卻水泵最為常見(jiàn)的改造方法是變頻調(diào)節(jié)及臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)，如青島嶗山辦公樓改造就應(yīng)用了根據(jù)室外溫度及末端負(fù)荷變化來(lái)調(diào)整水泵的流量的改造方法。桂林二江機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓的冷卻水泵也是通過(guò)跟蹤冷負(fù)荷變化而改變。上海移動(dòng)總部大樓的冷凍及冷卻水泵也采用了根據(jù)實(shí)際冷負(fù)荷使冷凍水泵及冷卻水泵變頻，改造后，水泵大多數(shù)時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行頻率為37.5 Hz，耗電量得到了明顯的降低。

1.3 末端改造

末端改造最為常見(jiàn)的是末端空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)變頻，如文獻(xiàn)[8]所示調(diào)控控制時(shí)間步長(zhǎng)，統(tǒng)一空調(diào)房間的溫度設(shè)定值。此外，對(duì)送風(fēng)口送風(fēng)方式的改造如增加雙層送風(fēng)百葉使送風(fēng)形成貼附[9]。如北京某中心末端風(fēng)機(jī)更換為高效后傾式風(fēng)機(jī)[3]，風(fēng)機(jī)增加變頻裝置，使得系統(tǒng)可根據(jù)負(fù)荷需求變化，調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)量，減少輸入功率。

1.4 冷卻塔的改造

冷卻塔的運(yùn)行效果好壞直接影響到制冷機(jī)組的運(yùn)行情況。由于室內(nèi)負(fù)荷及室外氣象條件一直處于動(dòng)態(tài)變化情況，因此，冷卻塔的實(shí)際運(yùn)行模式也應(yīng)處于動(dòng)態(tài)變化的情況下，前提是要保證冷卻塔的出水溫度接近于室外濕球溫度。實(shí)際工程中，冷卻塔改造常用的技術(shù)方法有：在低負(fù)荷時(shí)控制冷卻塔的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，或控制冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)；保證冷卻塔布水的均勻性；冷卻塔的清洗工作。依據(jù)制冷機(jī)模式來(lái)決定冷卻塔運(yùn)行模式。文獻(xiàn)[10]提出在系統(tǒng)部分負(fù)荷下，風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)比風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)對(duì)提高冷卻塔的運(yùn)行效率更為有效，但當(dāng)頻率過(guò)低時(shí)，則建議采用臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)的方法。

1.5 其他改造理念

表1 4棟建筑空調(diào)系統(tǒng)改造案例列表

針對(duì)實(shí)際工程運(yùn)行情況的不同，具體的工程會(huì)有針對(duì)性的節(jié)能改造方法。目前，空調(diào)系統(tǒng)改造的一個(gè)方向就是要注重系統(tǒng)總體能效的提升。如GB 50189—2015公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提出了電冷源綜合制冷性能系數(shù)SCOP的概念，即：設(shè)計(jì)工況下，電驅(qū)動(dòng)的制冷系統(tǒng)的制冷量與制冷機(jī)、冷卻水泵及冷卻塔凈輸入能量之比。給出這一指標(biāo)的目的在于保證空調(diào)冷源部分的節(jié)能設(shè)計(jì)整體更優(yōu)，一定程度上可以督促設(shè)計(jì)人員重視冷源選型時(shí)各設(shè)備之間的匹配性，有效促進(jìn)空調(diào)系統(tǒng)能效的提升。因此，在一定的負(fù)荷下，如何將上述三個(gè)部件制冷機(jī)、冷卻水泵、冷卻塔的耗電量降低就成為運(yùn)行中的目標(biāo)之一。此外，就整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)而言，無(wú)論是從設(shè)計(jì)人員、物管人員及業(yè)主方，也都逐步意識(shí)到要提高全工況負(fù)荷下系統(tǒng)的運(yùn)行效率及節(jié)能效果的重要性。

2 實(shí)際改造案例匯總對(duì)比——以4棟辦公建筑為例

本文將針對(duì)實(shí)際工程中辦公建筑用空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造案例展開(kāi)對(duì)比分析，為后續(xù)改造思路的確定、改造方法及節(jié)能效果的對(duì)比提供借鑒。本次分析通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，選取了4棟辦公樓的改造案例進(jìn)行分析(見(jiàn)表1)。為空調(diào)系統(tǒng)的改造提供已有工程類(lèi)似改造手段及經(jīng)驗(yàn)的匯總。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的常用節(jié)能改造方法進(jìn)行了匯總分析，并提及了使用過(guò)對(duì)應(yīng)改造方案的實(shí)際工程及節(jié)能效果。本文的匯總分析有利于運(yùn)行人員、節(jié)能服務(wù)公司針對(duì)實(shí)際工程的運(yùn)行現(xiàn)狀，在節(jié)能診斷的基礎(chǔ)上，借鑒已有實(shí)際工程中應(yīng)用過(guò)的節(jié)能改造方法及節(jié)能改造經(jīng)驗(yàn)，選擇適宜的改造方法，最大程度的挖掘節(jié)能潛力，提高空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，達(dá)到最終節(jié)能的目的。

[1] JGJ 176—2009，公共建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 常 晟,魏慶芃,蔡宏武,等.空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行與改造案例研究(1):冷水機(jī)組[J].暖通空調(diào)，2010(8)：33-36.

[3] 辦公建筑綠色改造技術(shù)指南(在編)[Z].

[4] 徐選才,郭侯斌,邵利民,等.某報(bào)社空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能診斷與改造[J].建筑科學(xué)，2010(10)：135-136.

[5] 王 瑾,辛晶晶,周尤濤,等.上海某研發(fā)中心集中式空調(diào)冷源系統(tǒng)節(jié)能改造[J].暖通空調(diào)，2011(6)：80-82.

[6] 徐 偉,鄒 瑜.公共建筑節(jié)能改造技術(shù)指南[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[7] 黃永發(fā).泉州遠(yuǎn)太大廈中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造實(shí)踐[J].城市開(kāi)發(fā)，2010(1)：61.

[8] 常 晟,魏慶芃,姜子炎,等.空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行與改造案例研究(3):空調(diào)機(jī)組[J].暖通空調(diào)，2010(8)：41-44.

[9] 龍洋波．重慶市某辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造研究[J].建筑節(jié)能，2007(6)：44-46.

[10] 胡連江,趙新華,王 敬.冷卻塔風(fēng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能探討[J].中國(guó)給水排水，2009(6)：102-104.

[11] 錢(qián)紀(jì)程.學(xué)研大廈集中空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造案例解析[J].中國(guó)物業(yè)管理，2007(7)：35.

[12] 葉 倩, 金正日,朱偉峰,等.上海移動(dòng)總部大樓節(jié)能服務(wù)解決方案[J].建設(shè)科技，2011(4)：49-51.

Discussion on common air-conditioning system energy-saving transformation methods of existing public building

Guo Rui

(GuizhouArchitecturalDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd,Guiyang550081,China)

In light of problems of high air-conditioning system energy consumption rate in existing public building, starting from aspects of major air-conditioning power, distribution and transmission system and cooling tower, the paper introduces common air-conditioning system energy-saving transformation methods. Combining with engineering examples, it describes specific air-conditioning system energy-saving transformation scheme, which has provided some ideas for air-conditioning system energy-saving transformation engineering of existing public building.

public building, energy-saving transformation, air-conditioning system, SCOP

1009-6825(2016)18-0193-02

2016-04-13

郭 銳(1986- )，男，工程師

TU201.5

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