陜西省某商場空調系統的節能改造研究

賀靜靜

(陜西能源職業技術學院,陜西 咸陽 712000)

0 引言

隨著現代公共建筑的廣泛建設，針對公共建筑的空調系統節能設計也變得越來越重要[1]。在公共建筑的耗能中，暖通的耗能占比達到68%。大型中央空調作為暖通涉及的重要設備，耗能占比最高。雖然現階段我國的大型公共建筑占我國建筑總面積的5%不到，但是其耗能占比超過了全國城鎮居民用電量的25%[2-4]。

如何在保證公共建筑內的舒適性的前提下，最大可能地降低公共建筑的能耗，是現階段建筑節能設計的重點[5-6]。

針對大型公共建筑的建筑節能在國內外已有過相關的研究[7-9]。喬富榮等[10]以東莞某辦公建筑為例，針對集中式空調系統研究了一種空調節能分析方法。夏麟等[11]從空調和供暖的舒適度兩個方面分析了上海某辦公建筑的空調節能效果。劉鳴等[12]結合氣候特性分析了蒸發冷卻空調新風系統的應用。本文主要結合陜西省某商場空調系統，對其節能進行改造，并分析了其節能的效果。

1 空調系統能耗分析

設備的能耗主要通過以下公式進行計算[13-15]：

(1)

式中：P、U、I分別為空調設備的功率、設備的電壓和電流；cosφ為功率因數。

制冷機和冷卻塔的制冷量計算公式如下：

(2)

式中：Cp、ρ、Q分別為制冷機水的比熱容、水的密度、冷卻塔的冷卻水流量；th、tg分別為冷卻塔的回水溫度和供水溫度。

水泵的能耗η計算式為：

(3)

式中：Q、H、N分別為水泵的流量、水泵的揚程和水泵的軸功率。

2 某商場空調系統節能診斷分析

本次針對陜西省某商場空調系統的節能改造主要包含：拆除建筑內的部分結構，將原來的格局進行細微調整。為了滿足商場的功能需求，在節能改造過程中加入了新風系統。為了對商場的空調系統有更好的認識，需要對其節能進行診斷分析。本文選擇的測試儀器匯總表如表1所示。

表1 測試儀器匯總表

該商場的原有空調系統有2臺制冷機組并行運行，分別為1號機組和2號機組，兩臺機組的額定制冷功率為1 920 kW。選擇1號制冷機組進行測試，其冷水機組在不同測試時間點的制冷量和耗電量如圖1和圖2所示。

圖1 1號冷水機組制冷量變化曲線

圖2 1號冷水機組耗電量變化曲線

通過對機組的能耗值進行分析可得，機組在實際運行過程中其能效比約為4.9，滿足規范設計要求。

3 某商場空調系統節能改造

本文設計的空調智能控制系統原理如圖3所示。

圖3 空調智能控制系統原理圖

本次空調系統的節能改造主要有以下幾個方面：首先是硬件系統的升級，增加了智能的控制箱，能夠智能監控空調系統的狀態；其次，在空調系統的風管上增加了傳感器，主要用于感知空調系統調節的溫度；最后，針對空調系統的控制信號閥門進行改造，智能控制空調系統的風量。

3.1 節能改造方案實施

空調水系統的改造主要是利用可編輯邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)智能控制箱代替原有的控制柜。PLC智能控制系統如圖4所示。從圖4可以看出：空調水系統體現在水管上的節能改造主要是增加了溫度傳感器，這樣能夠智能監測制冷機的能耗，避免室內溫度過低或者過高，降低空調系統的整體能耗。空調水系統PLC智能控制箱能夠監測空調設備的運行狀態，對冷水機組、冷水泵和冷水塔等重要設備實施開關控制和遠程的啟閉。

圖4 PLC智能控制系統圖

3.2 空調系統的節能分析

商場改造后，空調系統7月每日室外氣溫及制冷循環耗能數據如表2所示。

表2 7月每日室外氣溫及制冷循環能耗數據表

從表2可以看出：商場空調系統的耗電量隨著室外氣溫的增大而增大，整個7月室外溫度波動較大；7月28日商場空調的耗電量最高，其當日的空調系統用電量達到了4 700 kW·h。

圖5所示為7月當地最高氣溫與最低氣溫逐日變化曲線；圖6和圖7所示分別為制冷循環用水量、耗電量隨室外氣溫變化曲線。從圖6、圖7可以發現：7月中的43 ℃為最高的氣溫。耗電量最低的是7月8日和7月9日，耗水量最小的時間是7月8日。在7月8日，其最高溫度和最低溫度之差為4 ℃。與耗電量最低的時間相比，其最高溫度和最低溫度之差比較接近。

圖5 7月當地最高氣溫與最低氣溫逐日變化曲線

圖6 制冷循環用水量隨室外氣溫變化曲線

圖7 制冷循環耗電量隨室外氣溫變化曲線

本文設計的夏季某商場空調系統的室內溫度為(25±1)℃。如表3所示為不同室內溫度空調能耗的影響。

表3 不同室內溫度空調能耗的影響

從表3可以發現：當空調室內溫度由26 ℃降低至24 ℃時，其累計的冷負荷增加了6 029 kW·h。通過上述分析可知：改造后，商場空調系統的節能效果顯著提高。同時，適當提高夏季室內溫度的設定對于空調系統的整體節能量有明顯的效果。

4 結論

本文針對陜西省某商場的空調系統進行節能改造。改造后的空調系統經過一年運行，其空調系統運行穩定，空調水系統能夠智能控制，提高了系統運行的智能化，降低了人為控制的失誤。增加的PLC智能控制箱可以實現空調水智能監測制冷機的能耗，避免室內溫度過低或者過高，降低空調系統的整體能耗。

本文的主要結論如下:夏、冬季選擇中央空調對商場的溫度進行調節時，在滿足室內新風量達到規范要求的前提下，不要隨意提高最小的新風標準，節約能耗；在春、秋季的氣溫較舒適季節，盡量選擇新風系統，以減少空調系統的負荷、降低空調系統的全年能耗。