某圖書館中央空調系統節能改造與分析

林大權+郝華杰

摘 要：本文以廣東輕工職業技術學院圖書館中央空調系統為對象，經過優化改造與節能分析，節能效果明顯。

關鍵詞：中央空調系統；節能與分析；改造

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

0 引言

隨著中央空調系統的廣泛應用，如今很多建筑都安裝有中央空調系統，而中央空調系統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能與環保的，然而很多中央空調系統的節能只是在建筑、空調系統設計、使用溫度的設定和維護保養等方面，而在中央空調系統開始運行與停止運行時的短暫節能一般都是忽略掉，按照常用的啟停順序與時間，本文通過改變在中央空調系統開始運行與停止運行時冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵的開、停順序與時間，結合工程實際應用進行節能的改造與分析。

1 工程概況

廣東輕工職業技術學院圖書館建筑分為A、B和C三個區，總建筑面積為25500平方米，空調面積為20500平方米，其中A-C區空調面積約12000平方米，B區8000平方米。空調系統按區域分為A-C區和B區兩個獨立的系統，每個系統空調機房冷卻塔、冷卻水泵與冷凍水泵等主要設備同為運行與備用設備，運行與停止方式由PLC自動控制與手動控制完成，系統平時主要使用自動控制方式運行。自動控制系統主要由裝有北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司開發的MCGS工控組態軟件的PC機和SIEMENS（西門子公司）S7-200 CN系列的PLC等組成，A-C系統和B系統中每臺主機與其配套運行的冷卻塔、冷卻水泵和冷凍水泵等可單獨自動啟動與停止運行，空調系統機房主要設備具體的主要參數與數量如下表格1：

圖書館在使用中央空調系統的季節正常開館時間如表格2：

2 節能改造與節能計算

2.1 開始運行改造與節能計算

改造前開始運行順序與時間間隔：冷卻塔（30秒后）-冷卻水泵（30秒后）-冷凍水泵（30秒后）-冷水機組（延時3分鐘啟動）。

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

從上面改變后的開始運行順序與時間間隔得出每次開始運行時每臺冷卻塔少運行1分鐘，按每天空調系統最小的開始與停止運行次數計算，即每天三次計算，通過計算得出開始運行時的節省電量為：

A-C區系統節省運行時間為：1分鐘×3臺×3次=9分鐘/天，省電量為：7.5kW×9÷60=1.125kW·h

B區系統節省運行時間為：1分鐘×2臺×3次=6分鐘/天，省電量為：7.5kW×4÷60=0.75kW·h

2.2 停止運行改造與節能計算

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

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

根據上面改造后的停止運行順序與時間間隔計算出每次停止運行時冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔少運行時間與節能量如表格3與表格4：

2.3 改造后總的節能計算

A-C區系統按照一個月使用空調時間為30天計算，即一個月的省電量為：（1.125+21.225）×30天=674.25kW·h

B區系統使用空調一個月的省電量為：（0.75+14.15）×30天=447kW·h

A-C區系統與B區系統一個月總的省電量為：674.25+447=1121.25kW·h

按照圖書館空調系統一年實際使用時間為5個自然月，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

由于平時主要是以自動控制方式運行，手動是由管理人員自己控制時間的，所以改造工作主要針對自動控制運行方式。PLC編程主程序圖變化不大，主要是更改PLC編程軟元件時間繼電器的參數和對調一下輸出的繼電器線圈順序即可。即系統停止時主機停止運行后時間繼電器參數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，冷卻水泵的停止時間不變還是為冷凍水泵停止后的30秒。開始運行時冷卻塔增加軟元件時間繼電器并在冷凍水泵輸出線圈上，記時為30秒，冷卻水泵時間繼電器去掉，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換即可，工作量少，基本上不涉及改造耗材和購買新設備與電器元件等。

3 改造后冷凍水、冷卻水供回水溫差變化分析

空調系統開始運行時因只是冷卻塔往后推遲60秒啟動運行，這時冷水機組還沒啟動，冷水機組冷凝器中沒有高壓高溫的氣態制冷劑需要進行熱交換，加上時間較短，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，所以無法進行現場測量與結果分析。下面主要是對空調系統改造前、后在停止運行時的冷凍水與冷卻水溫度的現場測量與供回水溫差的變化的計算與結果分析。

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

改造后停止運行冷凍水、冷卻水供回水溫度及溫差變化如表格6，時間為6月中旬上午11：30分，環境干球溫度為33.4℃，相對濕度為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據為冷水機組在工作電流298A停止時的現場實測數據，根據表格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，空調系統在停止過程中供、回水溫差下降幅度較大的時間段是出現在冷水機組停止30秒后到2分鐘之間。而螺桿冷水機組停止運行3分鐘后冷凍水與冷卻水供回水溫差變化已經為零，說明螺桿冷水機組的冷凝器與蒸發器所需交換的熱量已經為零或者趨于零，這時候停止冷凍水泵和冷卻水泵對冷水機組是沒有影響的，同時也說明對空調系統自動控制運行方式的節能改造是成功的。

4 結論

這次中央空調系統的改變延遲開冷卻塔與提前關冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵等的節能改造投入是非常小的，不用購買任何材料與耗材，只是需要幾個正常的工作日時間即可完成改造，通過現場設備實際運行測試與分析，改造后對設備的使用與運行沒有造成影響，雖然一天的節能省電量在中央空調系統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中央空調系統報廢使用周期里的省電量卻是可觀的。因此在空調系統自動控制運行和手動空調系統信息化改造時，在啟動順序與啟動時間的間隔上具有一定的參考價值。

參考文獻：

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[2]陳文武.樓宇中央空調自動系統的分析[J].科技展望，2016.

[3]劉祖其.電氣控制與可編程序控制器應用技術[M].北京，機械工業出版社，2015.

作者簡介：林大權（1986-），男，工程碩士，助理實驗師。