大型公共建筑中央空調節能設計控制策略探析

譚 激

（中國美術學院風景建筑設計研究總院有限公司）

1 引言

在各種大型公共建筑中，大量的先進設備和相對應的配套設備組成中央空調系統，這是現代建筑技術的核心標志，也是當前公共建筑不可或缺的基礎設施。

2 中央空調系統優化存在的問題

2.1 空調冷凍水系統水力不平衡

公共建筑使用的中央空調系統驗收時沒有進行認真地調試，只是簡單地檢查空調系統閥門是否完全打開。由于受到到資金限制，常會出現未在空調水系統水管上裝設電動調節閥的情況，進而無法實現空調水系統的自動化控制。此外，若空調機組安裝了電動調節閥，但仍會因為空調機組的不正常運行而無法實現自控，從而導致空調機組水力的不平衡[1]。

2.2 系統分區問題引起冷熱不均

由于在設計中央空調時對計算負荷考慮不準確，存在內區與外區空間大小的分區不合理的情況，導致在運行中央空調系統時，出現夏季外區正常或偏熱，而內部偏冷或冷熱不均的情況。由于內部區域不會受到外界氣候的影響，同時室內的負荷相對穩定，因此，內部區域表現出冷負荷的問題，需要長時間的內區供冷。但由于外區和內區存在較大的差別，會因季節的變化而變化，從而造成冷熱負荷的變化交替，使其受到室外氣候的影響，最終導致外區出現夏季供冷、冬季供熱的情況。要解決這一問題，應做好中央空調設計的負荷計算和設備選型，分開設計外區與內區，進而避免冷熱不均情況的出現，同時還能滿足內區與外區對系統提出的不同需求。此外，在設計時，還應考慮費用和節能等問題。

2.3 冷水機組裝機容量較大

在中央空調設計中，還存在初期投資偏高和部分負荷之下的冷機效率受影響的問題，而造成這一問題的主要原因是冷水機組的裝機容量問題。對于大型的公共建筑來說，夏季的冷負荷概算指標一般在210～240W/m2。由于很多用戶存在錯誤的看法，認為中央空調在冬季溫度越高，夏季溫度越低，效果越好。因此，很多設計人員在設計中央空調時，會優先考慮人們的標準和安全系數，使設計過于保守，導致公共建筑單位空調面積的裝機容量大于實際運行中的空調峰值冷負荷。

2.4 水系統旁通問題

目前，部分中央空調系統存在各種水系統旁通的問題。同時，冷機的能效比還會受到不運行冷機冷卻水閥不關閉的影響，不運行冷機冷卻水與冷凍水旁通問題不但會導致運行出現偏差，增加電量的消耗，同時也會降低運行冷機的能效比，進而增加能耗。此外，運行人員為避免“停車”現象，也會選擇增加冷卻水系以及相應的運行臺數的方式來提升電耗量[2]。

3 公共建筑中央空調系統的節能設計

公共建筑中央空調系統的節能設計，應全面了解節能設計的整體目標，進而對后續的節能設計有更深入的認識。了解公共建筑中央空調系統的節能設計，需要全面了解中央空調系統組成部件的工作原理（見圖1）。

圖1 中央空調系統工作原理

針對中央空調系統的工作原理，在制定公共建筑中央空調系統節能設計及策略時，需要從以下幾方面進行分析。

3.1 送風系統節能的優化設計

在空調的總裝機功率中，送風機裝機功率占25%。風機功率和風量體積成正比，送風系統的體積流量要超過送水系統，因此，送風系統的壓損低于送水系統。購物中心等大型公共建筑空調送風機的裝機功率可達到375kW以上，并且在同一風管下，風機需要的功率和送風量的三次方成正比，可見，減少送風量可以降低風機能耗。管路太長或風管尺寸偏小會增大風壓，進而增大能耗。另外，若因設計不當而導致購置的風機過大，會增加局部阻力損失，出現不必要的浪費，需要及時調整擋板平衡風壓[3]。

3.2 中央空調系統實施變頻控制系統優化設計

隨著科學技術的不斷發展，越來越多的行業開始運用變頻技術，根據空調系統的發展和時代發展的基本需求進行合理地分析可知，變頻技術是中央空調系統發展的必然趨勢。優化設計中央空調的變頻系統，不僅可以提升中央空調系統的性能，還可以實現自我調節與節能處理，進而降低能耗。

實時監測中央空調系統建筑物熱負荷的變化情況可以設計中央空調的壓力與流量。在滿足空調系統水流量穩定的要求下，實際運行溫差一般約為7℃，并且還可以降低20%～30%的水泵能耗。通過優化中央空調的變頻設計，最終達到35%～50%的節能效果。

3.3 水系統智能化節能優化設計

中央空調水系統使用的設備偏多，并且功率較大，在空調運行時會消耗大量的電能，因此，應做好中央空調水系統的節能優化設計。水系統中冷凍水的溫度主要根據蒸發器設定值確定，并且回水的實際溫度按照蒸發器接收的熱量確定。在中央空調系統中，冷凍水與回水的溫度之間相差5℃。在針對性地開展節能優化設計時，需要將溫度變送器安裝在系統的蒸發器出水管和回水管中，使其與變頻器和溫度調節器等設備形成一個閉合式的控制系統，該系統通過冷凍水泵的運行控制冷凍水的溫度，使其隨著系統熱負載的變化而出現相對應的改變。在第一臺機組運行滿足工作效率時，若沒有滿足運行的頻率要求，則需要啟動第二臺機組，并對第一臺機組進行相應的調節，在系統的實際運行過程中，還需要有效地調節機組，進而滿足節能與智能化的需求。對冷卻水系統進行合理的節能優化，其原理等同于冷凍水智能化節能設計，調整與控制機組的實際運行情況，使其滿足運行效果的要求，同時滿足節能需求。

3.4 圍護和管道的節能優化設計

中央空調系統的實際運行主要包含室內負荷和維護結構產生的負荷兩部分。通過增加中央空調系統安裝的建筑物門窗的氣密性，可以有效降低建筑物能耗。在實際運行過程中，保護好運行需要的管道和設備也是非常有效的節能措施。若運行管道與設備時未能做好保溫工作，就會直接消耗中央空調系統本身的冷量，并且大幅度提升冷水溫度，使空氣直接進入室內，導致室內濕度超標。要解決以上問題，需要做好相應的優化設計，進而提升節能效果[4]。

4 結語

總而言之，大型公共建筑中央空調節能設計中的節能方案與措施的合理性至關重要。本文在分析中央空調優化中存在問題的基礎上，分析大型公共建筑中央空調設計的具體措施，進而滿足公共建筑的實際需求，實現全面的優化，最終達到最大限度節能的目的。