某圖書館中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造與分析

林大權(quán)+郝華杰

摘 要：本文以廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書館中央空調(diào)系統(tǒng)為對(duì)象，經(jīng)過優(yōu)化改造與節(jié)能分析，節(jié)能效果明顯。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能與分析；改造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.055

0 引言

隨著中央空調(diào)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，如今很多建筑都安裝有中央空調(diào)系統(tǒng)，而中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗之大眾所周知，從前幾年國家把公共場合的最低溫度從25℃提高到26℃中可看出國家在這方面也是非常注重節(jié)能與環(huán)保的，然而很多中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能只是在建筑、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、使用溫度的設(shè)定和維護(hù)保養(yǎng)等方面，而在中央空調(diào)系統(tǒng)開始運(yùn)行與停止運(yùn)行時(shí)的短暫節(jié)能一般都是忽略掉，按照常用的啟停順序與時(shí)間，本文通過改變?cè)谥醒肟照{(diào)系統(tǒng)開始運(yùn)行與停止運(yùn)行時(shí)冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵的開、停順序與時(shí)間，結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行節(jié)能的改造與分析。

1 工程概況

廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書館建筑分為A、B和C三個(gè)區(qū)，總建筑面積為25500平方米，空調(diào)面積為20500平方米，其中A-C區(qū)空調(diào)面積約12000平方米，B區(qū)8000平方米?？照{(diào)系統(tǒng)按區(qū)域分為A-C區(qū)和B區(qū)兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)空調(diào)機(jī)房冷卻塔、冷卻水泵與冷凍水泵等主要設(shè)備同為運(yùn)行與備用設(shè)備，運(yùn)行與停止方式由PLC自動(dòng)控制與手動(dòng)控制完成，系統(tǒng)平時(shí)主要使用自動(dòng)控制方式運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由裝有北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司開發(fā)的MCGS工控組態(tài)軟件的PC機(jī)和SIEMENS（西門子公司）S7-200 CN系列的PLC等組成，A-C系統(tǒng)和B系統(tǒng)中每臺(tái)主機(jī)與其配套運(yùn)行的冷卻塔、冷卻水泵和冷凍水泵等可單獨(dú)自動(dòng)啟動(dòng)與停止運(yùn)行，空調(diào)系統(tǒng)機(jī)房主要設(shè)備具體的主要參數(shù)與數(shù)量如下表格1：

圖書館在使用中央空調(diào)系統(tǒng)的季節(jié)正常開館時(shí)間如表格2：

2 節(jié)能改造與節(jié)能計(jì)算

2.1 開始運(yùn)行改造與節(jié)能計(jì)算

改造前開始運(yùn)行順序與時(shí)間間隔：冷卻塔（30秒后）-冷卻水泵（30秒后）-冷凍水泵（30秒后）-冷水機(jī)組（延時(shí)3分鐘啟動(dòng)）。

改造后的開始運(yùn)行順序與時(shí)間間隔：冷卻水泵（30秒后）-冷凍水泵（30秒后）-冷卻塔（30秒后）-冷水機(jī)組（延時(shí)3分鐘啟動(dòng)）。

從上面改變后的開始運(yùn)行順序與時(shí)間間隔得出每次開始運(yùn)行時(shí)每臺(tái)冷卻塔少運(yùn)行1分鐘，按每天空調(diào)系統(tǒng)最小的開始與停止運(yùn)行次數(shù)計(jì)算，即每天三次計(jì)算，通過計(jì)算得出開始運(yùn)行時(shí)的節(jié)省電量為：

A-C區(qū)系統(tǒng)節(jié)省運(yùn)行時(shí)間為：1分鐘×3臺(tái)×3次=9分鐘/天，省電量為：7.5kW×9÷60=1.125kW·h

B區(qū)系統(tǒng)節(jié)省運(yùn)行時(shí)間為：1分鐘×2臺(tái)×3次=6分鐘/天，省電量為：7.5kW×4÷60=0.75kW·h

2.2 停止運(yùn)行改造與節(jié)能計(jì)算

改造前停止運(yùn)行順序與時(shí)間間隔：冷水機(jī)組（5分鐘后）-冷凍水泵（30秒后）-冷卻水泵（30秒后）-冷卻塔。

改造后的停止運(yùn)行順序與時(shí)間間隔：冷水機(jī)組（60秒后）-冷卻塔（120秒后）-冷凍水泵（30秒后）-冷卻水泵。

根據(jù)上面改造后的停止運(yùn)行順序與時(shí)間間隔計(jì)算出每次停止運(yùn)行時(shí)冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔少運(yùn)行時(shí)間與節(jié)能量如表格3與表格4：

2.3 改造后總的節(jié)能計(jì)算

A-C區(qū)系統(tǒng)按照一個(gè)月使用空調(diào)時(shí)間為30天計(jì)算，即一個(gè)月的省電量為：（1.125+21.225）×30天=674.25kW·h

B區(qū)系統(tǒng)使用空調(diào)一個(gè)月的省電量為：（0.75+14.15）×30天=447kW·h

A-C區(qū)系統(tǒng)與B區(qū)系統(tǒng)一個(gè)月總的省電量為：674.25+447=1121.25kW·h

按照?qǐng)D書館空調(diào)系統(tǒng)一年實(shí)際使用時(shí)間為5個(gè)自然月，即一年的省電量為：562.2×5=5606.25kW·h，按1度電7角算，一年即可省3924元。

2.4 改造工作與耗材

由于平時(shí)主要是以自動(dòng)控制方式運(yùn)行，手動(dòng)是由管理人員自己控制時(shí)間的，所以改造工作主要針對(duì)自動(dòng)控制運(yùn)行方式。PLC編程主程序圖變化不大，主要是更改PLC編程軟元件時(shí)間繼電器的參數(shù)和對(duì)調(diào)一下輸出的繼電器線圈順序即可。即系統(tǒng)停止時(shí)主機(jī)停止運(yùn)行后時(shí)間繼電器參數(shù)300秒改成60秒，輸出線圈改為由冷凍水泵改為冷卻塔，冷凍水泵的時(shí)間由原來300秒改成冷卻塔停止后的120秒，冷卻水泵的停止時(shí)間不變還是為冷凍水泵停止后的30秒。開始運(yùn)行時(shí)冷卻塔增加軟元件時(shí)間繼電器并在冷凍水泵輸出線圈上，記時(shí)為30秒，冷卻水泵時(shí)間繼電器去掉，另將冷卻塔、冷卻水泵與冷凍水泵之間的啟停順序按改造后的啟停順序調(diào)換即可，工作量少，基本上不涉及改造耗材和購買新設(shè)備與電器元件等。

3 改造后冷凍水、冷卻水供回水溫差變化分析

空調(diào)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)因只是冷卻塔往后推遲60秒啟動(dòng)運(yùn)行，這時(shí)冷水機(jī)組還沒啟動(dòng)，冷水機(jī)組冷凝器中沒有高壓高溫的氣態(tài)制冷劑需要進(jìn)行熱交換，加上時(shí)間較短，所以安裝在冷卻水供回水水管上的酒精玻璃溫度計(jì)的溫度顯示基本沒變化，即冷卻水供回水溫差為零，所以無法進(jìn)行現(xiàn)場測量與結(jié)果分析。下面主要是對(duì)空調(diào)系統(tǒng)改造前、后在停止運(yùn)行時(shí)的冷凍水與冷卻水溫度的現(xiàn)場測量與供回水溫差的變化的計(jì)算與結(jié)果分析。

改造前停止運(yùn)行冷凍水、冷卻水供回水的溫度及溫差變化如表格5，時(shí)間為6月中旬上午11：30分，環(huán)境干球溫度為33.3℃，相對(duì)濕度為72.3%，測量溫度為30秒一次，測量工具為安裝在螺桿冷水機(jī)組冷凝器與蒸發(fā)器的冷凍水與冷卻水供回水管上的酒精玻璃溫度計(jì)，測量精度為0.1℃。

改造后停止運(yùn)行冷凍水、冷卻水供回水溫度及溫差變化如表格6，時(shí)間為6月中旬上午11：30分，環(huán)境干球溫度為33.4℃，相對(duì)濕度為73.1%，測量溫度為30秒一次。

表格5與表格6所列冷凍水、冷卻水供回水溫度及溫差數(shù)據(jù)為冷水機(jī)組在工作電流298A停止時(shí)的現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，根據(jù)表格5與表格6改造前、后冷凍水與冷卻水供回水溫度及溫差實(shí)測值的變化做出改造前、后冷凍水與冷卻水供回水溫差變化曲線圖如圖1和圖2所示。

改造前、后冷凍水與冷卻水供回水溫差變化曲線圖中顯示出，空調(diào)系統(tǒng)在停止過程中供、回水溫差下降幅度較大的時(shí)間段是出現(xiàn)在冷水機(jī)組停止30秒后到2分鐘之間。而螺桿冷水機(jī)組停止運(yùn)行3分鐘后冷凍水與冷卻水供回水溫差變化已經(jīng)為零，說明螺桿冷水機(jī)組的冷凝器與蒸發(fā)器所需交換的熱量已經(jīng)為零或者趨于零，這時(shí)候停止冷凍水泵和冷卻水泵對(duì)冷水機(jī)組是沒有影響的，同時(shí)也說明對(duì)空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制運(yùn)行方式的節(jié)能改造是成功的。

4 結(jié)論

這次中央空調(diào)系統(tǒng)的改變延遲開冷卻塔與提前關(guān)冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵等的節(jié)能改造投入是非常小的，不用購買任何材料與耗材，只是需要幾個(gè)正常的工作日時(shí)間即可完成改造，通過現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際運(yùn)行測試與分析，改造后對(duì)設(shè)備的使用與運(yùn)行沒有造成影響，雖然一天的節(jié)能省電量在中央空調(diào)系統(tǒng)一天的耗電量里面所占的比例不是很大，但一年的省電量或在整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)報(bào)廢使用周期里的省電量卻是可觀的。因此在空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制運(yùn)行和手動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)信息化改造時(shí)，在啟動(dòng)順序與啟動(dòng)時(shí)間的間隔上具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：林大權(quán)（1986-），男，工程碩士，助理實(shí)驗(yàn)師。