辦公區域中央空調系統的節能技術改造

楊君（大慶油田設計院有限公司）

中央空調系統以其經濟節能、環保、節約空間、個性化、簡化管理、提升檔次和投資方便等優點在油田生產辦公系統、賓館樓宇得到大量推廣應用[1-3]。中央空調所具有的主機體積小，不設機房，無需占用設備層，減少公用設施和土建投資。室內末端暗藏在吊頂內，極易配合屋內裝修；室內末端安裝采用暗藏方式，不影響室內的審美觀，不占據室內空間，適應用戶的個性化需求。采用不同區間單獨控制系統為用戶所有，產權關系明確，可簡化空調設施管理。整個系統為密閉式管路系統，可避免霉菌、灰塵等雜質對系統的污染，使環境清新優美。中央空調主機可以避免破壞樓體的整體外觀，使用戶充分享受高檔綜合環境的同時，提升產品質量及量販檔次等優點已被廣泛認可。中央空調系統特別適于高檔別墅、高級公寓與寫字樓辦公場所的使用，它以區間為單元，可以滿足用戶不同區間需求。但油田早期投入使用的部分中央空調系統，由于受當時技術條件的限制和設備老化的影響，經過多年的運行，存在能源利用效率下降、電動機功率配置不合理、能耗高等問題。以D油田某辦公區域為例，該辦公區域中央空調系統投產運行已超過16 年，經系統節能監測存在能源利用效率下降、電動機功率配置不合理、能耗高等諸多問題[4]。為此，在調查研究的基礎上，提出了《中央空調系統的節能技術改造》這一技術應用攻關課題，并取得了良好的技術改造效果。

1 中央空調系統組成及工作原理

1.1 中央空調系統組成

中央空調系統主要由制冷壓縮機系統、冷媒（冷凍和冷熱）循環水系統、冷卻循環水系統、盤管風機系統、冷卻塔風機系統等組成（圖1）。

圖1 中央空調系統工藝流程示意圖

1.2 工作原理

制冷壓縮機系統通過壓縮機將制冷劑（冷媒介如R134A、R22 等）壓縮成液態后送入蒸發器中，冷卻循環水系統通過冷凍水泵將常溫水泵入蒸發器盤管中與冷媒進行間接熱交換，這樣原來的常溫水就變成了低溫冷凍水，冷凍水被送到各風機風口的冷卻盤管中吸收盤管周圍的空氣熱量，產生的低溫空氣由盤管風機送到各個用戶房間，從而達到降溫目的。冷媒在蒸發器中充分壓縮并伴隨熱量吸收過程完成后，再被送到冷凝器中去恢復常壓狀態，以便冷媒在冷凝器中釋放熱量，其釋放的熱量通過冷卻循環水系統的冷卻水帶走。冷卻循環水系統將常溫水通過冷卻水泵泵入冷凝器熱交換盤管后，再將這已變熱的冷卻水送到冷卻塔上，由冷卻塔對其進行自然冷卻或通過冷卻塔風機對其進行噴淋式強迫風冷，與大氣之間進行充分熱交換，使冷卻水變回常溫，以便再循環使用。在冬季需要制熱時，中央空調系統只需要通過冷熱水泵（在夏季稱為冷凍水泵）將常溫水泵入蒸汽熱交換器的盤管，通過與蒸汽的充分熱交換后再將熱水送到各樓層的風機盤管中，即可實現向用戶提供采暖熱風。

2 中央空調系統存在的問題

D 油田某辦公區域中央空調系統投產于2003 年，采用1臺螺桿式壓縮機，壓縮機額定功率為185 kW，額定總制冷量達到940 kW，制冷總面積達6 700 m2，應用R22 制冷劑和水冷冷卻方式。經油田節能專業技術部門檢測，其機組負荷率僅為26.3%，制冷系統能源利用率僅為68.32%[5]。主要存在以下幾個方面的問題：

1）中央空調系統制冷系統能源利用效率為68.32%，電動機負載率為65.96%，機組負荷率僅為26.3%。機組啟動電流大，能量缺乏自動調節，電動機負載率低和機組負荷率低，能量優化自動調節控制能力低。

2）螺桿式壓縮機配套電動機為2000 年生產的Y系列電動機，電動機運行效率低，屬于國家明令淘汰目錄的電動機產品。

3）中央空調系統電動機額定功率配置較高，電動機負載率低。

4）管路系統經過多年運行老化嚴重，保溫系統效果差，能耗高。

3 應對措施

針對某辦公區域中央空調系統存在的上述問題，有針對性地提出以下節能技術改造措施：

1）推廣應用變頻控制系統，采取“按需運行、變頻節能”控制方案[6-8]。這不僅可以解決壓縮機啟動電流大的問題，也能有效避免壓縮機啟動電流對設備的沖擊，延長設備使用壽命，而且可以降低系統運行能耗，進而使系統達到按需運行、變頻節能效果[9-10]。

2）更換螺桿式壓縮機配套電動機，采用YE3系列高效節能電動機替代Y 系列高能耗低效電動機。同時，降低電動機額定功率，由原來的額定功率185 kW下降到160 kW，提升電動機的負載率。

3）安裝8 級能量自動調節裝置，提高能源利用率，優化系統運行。

4）采用玻璃棉保溫材料對管路系統進行重新保溫，改善管路保溫系統效果，降低管路能量損耗。

5）加強系統運行的節能監測。根據節能監測結果，合理調整系統運行各參數；同時，加強設備的運行管理，盡最大可能讓系統處于高效區運行。

4 現場應用

4.1 節能技術改造實施情況

2019 年5 月，某辦公區域中央空調系統實施節能技術改造，采取的技術措施如上所述。中央空調系統節能技術改造前后測試數據統計見表1。

表1 中央空調系統節能技術改造前后測試數據統計

由表1可知，采取優化調整和節能技術改造措施后，提高了中央空調系統運行質量，優化了系統運行，提高了系統運行效率和能源利用效益。系統制冷量能源利用率提高了17.69%，其制冷量由642.21 kW 提高到808.49 kW，系統運行功率由122.566 kW下降到101.788 kW，系統優化和節能降耗效果明顯。同時，通過開展中央空調系統定期專項監測，實現了重點用能設備的有效監控，滿足了集團公司節能減排的要求，具有良好的社會效益。

4.2 實施效果分析

1）節能效果好。僅以中央空調系統節能技術改造前后制冷能耗對比分析為例，按中央空調系統每年運行4 個月122 天計算，則每年制冷能耗節電量為60 837.984 kWh；若按每0.653 元/kWh 價格計算，則可節省電費3.972 7萬元。

2）節能減排效益顯著。對中央空調系統實施節能技術改造，提升了空調系統的能源利用效率。它與鍋爐房冬季供熱系統相比，具有無排塵排煙、無噪聲、能耗低等優點，每年可減少大量的粉塵、二氧化硫、二氧化氮和二氧化碳等污染物的排放，這將有效地改善油區生態環境。

3）節省運行費用。技改后的空調系統，自動化程度高，運行穩定安全可靠，可以實現遠程控制、無人職守，其綜合運行成本可節省30%的費用。

5 結束語

實踐證明，開展中央空調系統節能技術改造效果明顯。通過對中央空調系統，采取加裝變頻控制系統和8級能量自動調節裝置，更換螺桿式壓縮機配套電動機，應用YE3系列高效節能電動機替代Y系列高能耗低效電動機，采用玻璃棉保溫材料對管路系統進行重新保溫，改善管路保溫系統效果等節能技術改造措施，提升和改善了中央空調系統能源利用效率，優化了系統運行，降低了系統運行成本，達到了節能減排的目的。