空調系統節能性能的測量與分析

王旭東

（天津職業技術師范大學， 天津 300000）

引言

隨著我國教育事業的高速發展，廣大師生對教學環境的需求不斷提高，校園規模不斷擴大，教學設施設備總量大幅增加，致使校園能耗大幅提升。相關研究表明，近年來各地在學校建設上的投資超過了過去50 年的總和。其中建筑能耗占據總能耗的40%，特別是校園公共建筑能耗巨大。其中又以采暖和空調能耗為主，空調水系統和風系統的能耗約占整個空調系統能耗的80%，因此空調水系統和風系統的高效節能運行是降低能耗的關鍵?！笆奈濉逼陂g天津市將有效節約能源、提高能源綜合利用做為校園節能減排的重點。本文以高校公共建筑空調改造工程為例，對改造項目的實際節能效果進行檢測和分析，進而提出適宜的節能優化措施[1-3]。

1 空調節能改造項目

該建筑主要為教學辦公用途，總建筑面積為近4.8 萬m2，結構為框架結構，建筑總高度32 m。地上6層，局部9 層，部分位置含有地下室，主要為辦公、教學研發及實驗室等，地下一層為設備用房。在空調改造工程的設計中，嚴格按照國家有關標準的節能規范進行設計，采用電力空調系統為夏季制冷。

冷熱源系統節能改造包括空調冷源改造、空調熱源改造及冷熱源控制等，本次主要檢測分析了空調冷源節能改造措施。空調主機布置在地下設備房和室外，空調系統設計供回水溫度為7 ℃和12 ℃?？照{系統中平衡調節使用的冷卻塔布置于教學樓屋頂[4-7]。

2 空調系統節能性能檢測

2.1 檢測范圍

在制冷空調系統工程完成后，根據國家規范進行驗收，對整個空調系統進行檢測。檢測內容包括水系統（空調系統水總流量）、風系統（出風口的風量大?。?、室內的溫度和濕度、性能系數和單位能耗數值等。

2.2 檢測依據

對上述項目的檢測，主要的依據是空調改造施工設計文件中要求的參數，此外按照《公共建筑節能檢測標準》、《公共建筑節能設計標準》，以及國家標準中的GB 50243—2016《通風與空調工程施工質量驗收規范》、GB 50411—2019《建筑節能工程施工質量驗收標準》等進行實際測量。

2.3 測量設備

測量設備包括數字式鉗式功率計、風量罩、多路溫濕度巡檢測試儀、超聲波流量計和電阻溫度計等。

2.4 檢測

2.4.1 室內溫度測量

教學樓內各空調房均設有獨立的溫度調節按鈕，教室及辦公室溫度設定為夏季為26 ℃，冬季為18 ℃；實驗室溫度設定為夏季23℃，冬季為19 ℃?？照{末端采用風機盤管加新風，檢測時嚴格按國家《通風與空調工程施工質量驗收規范》、《建筑節能工程施工質量驗收標準》執行。房間數量按國標中的最小抽樣數量執行，且做到均勻分布，對面積大于100 m2的房間，進行劃區檢測。同時按照標準規定，對教學樓的不同功能區檢測部位平均大于2 個。辦公室共計52 個，抽檢房間5 個；會議室5 個，抽檢2 個；研發及實驗室15 個房間，抽檢2 個。

2.4.2 風系統檢測

該教學樓空調系統末端采用風機盤管與新風的組合形式，每個樓層兩側各安裝一臺新風機組，新風換氣機安裝于樓道的吊頂中，機組采用全熱新風換氣機，在春秋季節可采用全新風運行，在空調季利用室內的排風對室外新風進行預制冷，具有很好的節能效果。風系統檢測參數為各風口風量和通風空調系統總風量。

通風空調系統總風量測量采用風口風速檢測，各風口風量測量采用風量罩測量。新風機組的出風與室內風機盤管出風口相接，根據檢測標準，整個教學樓風機盤管共455 臺，抽檢數量為45 臺，允許偏差小于15%。

2.4.3 水系統測量

空調水系統測量的包括系統循環水系統及室內循環水系統。水流量測量是為了確定空調系統是否有足夠的制冷能力，現場測量采用超聲波流量計來實現。根據國標《建筑節能工程施工質量驗收標準》的規定，空調系統冷熱水、冷卻水總流量的偏差不大于10%，即達到檢測標準。

2.4.4 性能系數測量

該建筑空調系統采用多種措施來實現節能降耗?？照{冷熱源采用可再生能源利用技術，利用土壤冷卻制冷。空調循環水泵采用變頻控制，采用一、二次泵系統，一次泵定流量運行，二次泵變流量運行，節約系統的輸配能耗。在空調季利用室內的排風對室外新風進行預冷，在春秋過渡季采用全新風運行，具有很好的節能降耗效果。對空調主機性能的檢測參數包括空調機組的輸入功率、空調機組終端、進出水溫差，空調水流量等?？照{機組系統的檢測參數，包括空調機組及空調循環水泵輸入總功率、終端總管進出水溫差，終端總管水流量及總循環水流量等。

檢測空調機組運行期間的平均制冷量計算：

式中：T 為空調機組終端平均流量，m3/h；ρ 為空調冷水平均密度，kg/m3；cp為空調冷水平均定壓比熱容，J/（kg·K）；?tc為泵機組終端進出口水溫差，K。

2.5 檢測結果及分析

2.5.1 檢測結果

對該教學樓空調系統的檢測結果表明，室內溫濕度符合設計要求，滿足用戶需求，室內室外空調機組運轉正常，室內溫度調節按鈕滿足節能要求?？照{風系統的檢測表明，該樓空調機組抽測的各出風口風量，符合設計值，均小于規范規定的15%偏差，室內具有良好的氣流性（如表1 所示）。

表1 空調機組性能參數檢測數據

空調水系統檢測結果表明，高區用戶端偏差滿足標準要求，低區空調系統水流量偏差小于標準，也未超過上限。說明高、低區系統循環水泵的選型與空調主機匹配較好，從長期運行的經濟成本角度分析，設計和施工滿足節能要求。

2.5.2 檢測分析

從制冷機組的全性能工作曲線中發現，當制冷機組處于80%～85%負荷區間時，空調機組處于綜合效率最高且能耗最低的狀態。因此，保證空調機組長時間處于合理負荷狀態，是實現整個空調機組節能最好的方式。運用變頻控制系統來解決系統負荷問題，通過檢測數據分析，當機組頻率調低5 Hz，便可節省約25%的電能；若將頻率調低15 Hz，可以省下約47%的電能，對電機實施變頻調速控制，可以實現顯著的節能效果。

為了進一步提高節能效果，同時將空調系統接入校園能耗監控系統，進一步提高對耗能的管理。通過對重點建筑、重點房間空調能耗的數據對比，如部門能耗、設備能耗、空調是否關閉等信息；管理員可以發送、查看、相關空調耗能信息；終端監控管理員可以通過PC 端設備、手機端設備來實現對空調的監控管理，開啟關閉空調運行；空調運行數據以數據庫、系統日志等方式進行保存。管理員通過數據分析，可以判斷空調、空調機組及相關設備是穩定運行，并排除故障。

3 結語

通過以上分析可以得出結論，校園的節能降耗工作是一項復雜的項目，尤其對老建筑老校區更是如此。為了不影響學校正常教學工作及師生生活的運行，需要對進行空調改造的建筑進行詳盡的調研和分析，逐步實現校園建筑整體的節能降耗。節能設計也要兼顧環境舒適度，建立模型以評價環境舒適度，增加以信息采集、反饋調控、信息管控等空調機組數字管理模塊。此外中央空調的節能相關設計工作要積極采取有效節能技術措施，從空調機組的的輸送系統、冷卻塔、節能點等方面入手，減少系統中不必要的能耗，不斷采用新的節能技術和措施，更好地推進校園節能降耗。