大廈空調系統節能改造分析

周海峰

摘要：指出了在現代建筑中，空調系統的能耗常占到全樓總能耗的50%左右，空調系統節能改造對建筑的節能減排具有重要的意義。結合一座高層賓館及公寓建筑的中央空調的運行情況，提出了相應的節能改造方案。

關鍵詞：中央空調;冷水機組;冷卻塔;變流量;節能改造

中圖分類號：TU831.3

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）10-0169-03

1引言

自1973年世界石油危機以來，能源問題已經成為各國普遍重視的問題，并已被列為人類面臨的四大生存問題之一。在全球能源消耗中，建筑能耗占了很大的一部分，據相關預測，到2030年左右，我國建筑能耗將達到總能耗的30%～40%，超過工業能耗，成為國家第一能耗大戶口3。在現代建筑中，空調系統耗電約占建筑總耗電量的50%左右，而目前我國大量即有建筑空調系統老化，能效低，極為不利于建筑的節能減排、綠色環保，因此，對老舊建筑的空調系統進行新一輪節能改造勢在必行。

2工程概況

工程項目位于北京市朝陽區酒仙橋路。總建筑面積2.7萬m2，共17層。空調面積1.9萬m2，建筑使用功能主要是公寓和賓館，公寓面積1.5萬m2，賓館面積0.4萬m2。

3空調系統配置情況

3.1熱源

本項目設4T/h的燃氣鍋爐兩臺（一用一備），為大廈提供生活熱水和冬季采暖。設2臺換熱面積為6.6m2的螺旋板換熱器，為公寓提供生活熱水;設2臺換熱面積為9.76m2的螺旋板換熱器，為賓館提供生活熱水;設4臺換熱面積為6.1m2和2臺換熱面積為18.8m2的螺旋板換熱器，為采暖系統提供60/50℃的熱水。

3.2冷源

冷水機房設2臺活塞式冷水機組，制冷量為774.6kW，耗功率為210kW，每臺冷水機組配置7個壓縮機，生產日期為1993年4月。設置2臺流量為200m3/h冷凍水泵，2臺流量為200m3/h冷卻水泵，2臺風量為146000m3/h的玻璃鋼冷卻塔，與活塞式冷水機組一一對應。

3.3末端

空調系統末端采用風機盤管加新風系統，共設545臺風機盤管，21臺新風機組。

4空調系統存在的問題

4.1冷水機組

大廈的冷水機組為活塞式冷水機組，生產于1993年4月，制冷量為774.6kW，機組額定COP為3.69，遠低于《冷水機組能效限定值及能源效率等級》GB195772015的規定，具體規定見表1，冷水機組現場圖片見圖1。

從表1可以看出，由于冷水機組使用年限較長，其COP與現有的節能型產品（能效等級為2級）的COP有較大差距，制冷量范圍在775kW左右的冷水機組COP的節能評價值為5.60，而大廈的冷水機組COP只有3.69，在為建筑提供同樣制冷量的條件下，耗電量比現有活塞式冷水機組少50%，具有較大的節能潛力。

4.2冷卻塔

根據和運行管理人員的溝通，得知在7～8月份期間，需要2臺冷卻塔同時運行，否則冷卻水溫度就會過高，但此時只開啟一臺冷水機組，且7個機頭只運行4～5個，并沒有滿負荷運行，是什么原因導致要開啟兩臺冷卻塔，我們去上面看了冷卻塔的布置情況，找到了問題所在。

（1）冷卻塔四面被墻圍住，只在南北面各開了一個洞口，每個洞口截面積為2.Om2，而一臺冷卻塔額定風量為146000m3/h。如果風全部從洞口進入冷卻塔，洞口截面風速將達到20.3m/h，實際運行情況下，冷卻塔需要的風量一部分通過洞口，一部分繞過四周的圍墻進入冷卻塔，通風嚴重不暢，冷卻塔的換熱效果很差，是造成只開啟一臺冷水機組，要開啟兩臺冷卻塔的主要原因。現場圖片如圖2。

（2）冷卻塔的填料有結垢和破損的現象，也影響了冷卻塔的換熱效果，現場情況見圖3。

4.3新風機組和風機盤管

大廈共設置21臺新風機組，545臺風機盤管。根據和運行管理人員溝通，得知在夏季，為減小冷水機組的負荷，進而減少耗電量，新風機組一直不開啟，人員需要的新風靠開窗補充，室內的空氣質量較差。

新風機組的沒有安裝水路電動調節閥，無法根據送風溫度調節機組水管路的水流量。風機盤管也沒有安裝電動兩通閥，不論風機盤管是否開啟，其水管路始終處于暢通的狀態。由于新風機組和風機盤管的水管路沒有安裝電動閥門，使空調冷凍（熱水）系統的水流量始終是不變的，水系統也無法實現變流量調節。

5空調系統改造方案

5.1更換冷水機組

從前面的分析可知，大廈的活塞式冷水機組使用時間較長，額定COP只有3.69，已遠低于現在冷水機組COP的節能評價值5.60的要求，冷水機組具有較大的節能潛力。根據現場調查和管理人員提供的冷水機組運行數據分析，在新風機組開啟的情況下，大廈夏季空調冷負荷約為800kW，故我們選擇制冷量為800kW的冷水機組作為對比分析的對象，參考大廈夏季冷水機組運行記錄，從初投資、運行費用和可操作性方面改造方案進行了預評估，具體分析見表2。

從表2可知：更換一臺冷水機組，原有的一臺作為備用機組的方案，投資回收期為7.4年，經濟性較好。且現在的活塞式冷水機組已使用近20年，快到設備的使用年限，建議更換。

5.2拆除冷卻塔旁的部分墻體

從前面的分析可知，在7～8月份期間，在值開啟一臺冷水機組4～5個壓縮機頭的情況下，需要2臺冷卻塔同時運行，否則冷卻水溫度就會過高，冷卻水溫高的最主要原因是冷卻塔四面被墻體圍住，通風嚴重不暢，冷卻塔換熱效率差，是造成只開啟一臺冷水機組，要開啟兩臺冷卻塔的主要原因。針對這個情況，建議拆除冷卻塔東面的部分墻體，解決冷卻塔通風不暢的問題，夏季只開啟一臺冷卻塔就可以滿足空調系統運行的需求，具體分析見表3。

由于冷卻塔四周的墻體為空心砌塊磚，拆除費用不高，一個夏季就可以收回拆除墻體的成本，故推薦采用此方案。

在拆除部分墻體的同時，定期清洗冷卻塔，清理冷卻塔填料的污垢，也可以提高冷卻塔的換熱效率，節省電耗。

5.3空調水系統變流量

從前面的分析可知，新風機組和風機盤管的水系統沒有安裝電動閥，不論機組是否運行，其水管路始終處于暢通的狀態，空調冷凍（熱）水系統的水流量始終是不變的，水系統也無法實現變流量調節。大廈由于建筑用途主要為賓館和員工公寓，同時使用率并不高，具備水系統變流量節能運行的條件。為實現空調水系統變流量運行，需在新風機組水管路安裝電動調節閥，在風機盤管水管路安裝電動兩通閥，水泵加裝變頻器。大廈共設置545臺風機盤管，21臺新風機組，改造的經濟性分析詳見表4。

空調冷凍（熱）水系統變流量運行，從技術上是可行的，有利于大廈空調系統的節能運行，但從表4可知，每年節省的運行費用與初投資相比，比較有限，可以在改造資金寬裕的情況下，分項逐步實施。

5.4對大廈進行能源審計

建議對大廈做深度能源審計，通過能源審計可以使運行管理人員對大廈的能源利用狀況做全面的了解，及時分析掌握大廈的能源管理水平及用能狀況，排查問題和薄弱環節，挖掘節能潛力，尋找節能方向。實現能源消耗的降低和能源使用效率的提高，從而實現“節能、降耗、增效”的目的。

在對大廈的能源利用效率、消耗水平、室內空調效果進行審計、檢測、診斷和評價的基礎上，針對空調系統進行測試，對冷水機組COP，水泵效率，冷卻塔效率等參數進行測試和分析，從而深入了解空調系統存在的問題，針對性的分析其節能潛力，并制定相應的節能措施。

能源審計的費用為4萬元，通過能源審計，不但對大廈的空調系統進行詳細的檢查和測試，而且對大廈的照明系統，給排水系統，生活熱水系統、運行管理規定、用能行為習慣、室內空氣質量等進行調查和分析，為整個大廈的節能運行提出運行管理和技術方面的建議。從2008年開始，北京市發改委組織對北京市的大型公共建筑進行了多批次的能源審計工作，并取得了明顯的節能效果。

6結論

（1）大廈現有的活塞式冷水機組已比較老舊，COP較低，夏季運行時，為減少機組負載率，新風機組一直不開啟，不利于改善賓館和公寓的空氣質量。從上面的分析，建議更換一臺制冷量為800kW的螺桿式冷水機組，一臺原有的活塞機作為備用。此方案改造投資只有78萬元，投資回收期為7.4年，經濟性較好，且可以滿足新風機組和風機盤管同時開啟時的冷量需求。

（2）大廈制冷系統的冷卻塔四面被墻圍住，通風嚴重不暢，嚴重影響了冷卻塔的換熱效率，建議拆除部分墻體，以改善冷卻塔通風不暢的問題，提高冷卻塔的換熱效率，不再出現開啟一臺冷水機組時，需開啟兩臺冷卻塔的不合理現象。此方案經濟性較好，一個夏季就可以收回拆除墻體的成本。

（3）空調冷凍（熱）水系統的方案在技術上是可行的，有利于大廈空調系統的節能運行，但初投資較高，可以在改造資金寬裕的情況下，分項逐步實施。

（4）建議對大廈做深度能源審計，對大廈的空調系統、照明系統，給排水系統，生活熱水系統、運行管理規定、用能行為習慣、室內空氣質量等進行調查和分析，為大廈的節能運行具體的建議。并針對空調系統進行測試，對冷水機組COP，水泵效率，冷卻塔效率等參數進行測試和分析，從而深入了解空調系統存在的問題，針對性地分析其節能潛力，并制定相應的節能措施。通過以上措施，實現了大廈能源系統的節能、高效運行。

參考文獻：

[1]孫亞昆，顧平道，喬云恒.上海某酒店空調系統節能改造分析[J].建筑熱能通風空調，2001，36（11）：47-49.

[2]宋國兵.商業大廈中央空調節能改造[J].城市建設理論研究（電子版），2016，6（8）：7005—7006.

[3]徐馳.熱電廠自然通風冷卻塔的提效改造[J].節能，2015（12）：29～33.

[4]韓靖.某綜合樓舒適性中央空調、通風及防排煙系統設計[J].建筑工程技術與設計，2017（11）：1698—1711.

[5]馬洪亭，黃悅，蔡景輝，等.能源審計對提高能源利用效率的作用[J].節能，2013（1）：4～6.