中央空調系統方案的設計與節能分析

袁堂欽

(大連先鋒建筑設計咨詢有限公司，遼寧 大連116021)

1 中央空調系統概述

1.1 中央空調系統的組成

目前，中央空調系統主要由以下幾個部件組成：冷凍機組、冷卻水循環系統、冷卻塔、冷卻風機等（見表1）。

1.2 中央空調系統節能設計要點

通過上文中對中央空調系統組成的簡要介紹，不難看出，為了降低中央空調系統的能耗，可在如下幾個環節進行提升，如減少冷卻液在輸送過程中的熱損失、提高冷凍機組制冷功效、提高冷卻塔冷卻效果等方面進行設計改良[1]。

表1 中央空調系統組成及其功能介紹

2 我國中央空調系統設計方案節能改進策略

2.1 降低冷卻液在輸送過程中的熱損耗

鑒于建筑層高和室內空間面積的不斷增大，中央空調系統中冷卻液循環管網系統的長度和密度也隨之增大，如不采取適當的保溫措施勢必會在制冷液運輸的過程中造成大量的熱量流失。

目前，中央空調系統普遍采用了聚氨酯泡沫塑料保溫、高級橡塑保溫、酚醛泡沫塑料保溫等材料進行管材的保溫，但上述材料大多是在工廠內預制成型并在中央空調安裝現場進行拼接，而在拼接的過程中上述保溫材料容易出現破損和裂縫，部分保溫材料由于與管材未緊密貼合，從而減低了其原有的保溫效果。為此，利用聚氨酯發泡材料進行現場噴涂施工，可徹底扭轉因上述保溫材料施工不當而造成的保溫效果減低現象。由于該項技術是直接在所需保溫的管線上噴涂膠質狀的聚氨酯發泡劑，待聚氨酯發泡與空氣進行接觸后發生氧化效果，材料迅速從流質狀的膠體向密布微空氣泡的固體轉變，故其具有施工速度快、保溫效果好等優勢，尤其是適合在管線布設空間較為狹小的區域內發揮管材保溫施工作用。

2.2 冷凍機組技術的更新與突破

中央空調系統節能設計的關鍵在于如何尋找一種經濟科學的溫度調節源為夏季制冷提供制冷源，廣州市軌道交通2號線海珠廣場站所應用的地表水熱泵系統開創了新型熱泵交換機的先河[2]。

地表水熱泵交換機系統是利用海珠廣場靠近珠江的地理優勢，僅僅通過輸入少量的電能便可實現熱泵交換機的工作，據海珠廣場地表水熱泵中央空調系統的能耗數據顯示，該系統每消耗1kW 時的電能便能換取4kW·h 的制冷或制暖功效。

相關水文資料顯示，廣州海珠廣場附近珠江段水面以下2m 深度的水體水溫夏季通常為18～21℃，而在冬季則始終維持在17～19℃。為此，在廣州市炎熱的夏季海珠廣場站內的中央空調系統利用體量巨大且溫度較低的珠江江水來取代傳統空調制冷用的冷卻塔，充分發揮這一環保且低廉的“冷卻裝置”，并通過熱傳導系統將經過江水冷卻后的熱傳導液送入車站內部，從而起到較好的制冷效果。

在廣州海珠廣場站中央空調地表水熱泵設計方案必選階段，面臨著如何選擇空調冷卻系統的難題，地表水冷卻系統大致可分為封閉式與開放式2 大類。封閉式冷卻系統是在自然河流中埋設熱泵交換器，通過熱泵交換器中的熱傳導液與自然河流中的水體進行熱量的交換。而開放式冷卻系統則是直接將自然河流中的水體引入冷水機組進行換熱。2 種方案相比雖然后者在設備維護工作量上遠小于前者，但其卻在設備經濟性和技術難度等指標上遠遜于前者。為此，廣州市海珠廣場站采用了開放式冷卻系統，直接將珠江水引入冷卻系統內，同時，為了減少珠江江水中所含有的泥沙等雜質對冷卻系統所造成的不利影響，設計人員還在冷卻水入口處設施了專門的凈水處理設備，從而確保冷卻系統正常工作。

另外，在應用該項技術前還必須完成大量的前期調研工作，如水文資料收集，并會同生態環境、海洋漁業等部分對應冷卻系統熱交換而對自然水體產生的升溫影響是否對其中生存的魚類等水生生物產生影響進行客觀評估。

2.3 充分發揮電能的晝夜差優勢

目前，我國發電企業已基本實現了市場化運作，國家政府為了鼓勵用電客戶進行錯峰用電而設置了晝夜差值用電相關政策，于是不少地區充分利用晝夜用電之間的差值建立起蓄能電站來進行電能配置時段的優化。蓄能電站利用夜間較為廉價的電能將水體從地勢較低的區域提升至地勢較高的區域，而在晝間則利用提升的水體進行發電以賺取經濟效益差值。同理，冰蓄能空調技術便是利用冰的相變潛熱進行冷量儲存的一種供冷系統，其在用電價格較低的夜間其將制冷液進行降溫冷凍直至其變成固態的冰，而在白晝用電高峰期間則利用已被冷凍至固態的制冷液融化消解后所釋放的冷量提供給中央空調系統使用[3]。

采用冰蓄冷技術的中央空調系統具有幾項主要優點：其一，充分發揮夜間谷值負荷的價值優勢，蓄能量越大，其系統的經濟優勢越明顯；其二，相比常規的中央空調系統，其大大減少了系統制冷主機的裝機容量；其三，在制冷設備運行期間長期處于滿負荷高效率的工作狀態，大大提高了制冷系統的運行效率；其四，該系統在夜間全力制冷期間，周邊環境中的大氣溫度較低，有利于制冷涉筆的散熱，并提高制冷機產冷量和性能參數COP（冷凝溫度每降低1℃，便可提高制冷量2%左右）。

2.4 優化設備選型設計

整個中央空調系統的設備選型與管線布局都必須以建筑內部空間制冷的面積和制冷效果等實際需求為前提，為此，在進行中央空調系統設計時須對熱負荷和逐項逐時的冷負荷進行精確計算。

因此，在設備選型時，一方面要考慮到特定的設計工況，同時，還應該強調系統運行工況和部分負荷的系統性能的影響。

很多建筑的空調系統都達不到滿負荷運行，即使在最熱月仍有閑置的空調機組，同時，水泵選型過大或水泵選配電機功率過大，低效率運行，浪費能源。另外，多臺冷凍水泵并聯運行時，沒有根據供冷負荷的變化調整開啟臺數，而是無論冷負荷大小，都是按最大冷負荷運行冷凍水泵，白白浪費了電能。故在設備選型時可應用新型變頻冷凍機組或冷凍水泵，從而降低系統在低負荷運行狀態下的能耗。

3 結語

綜上所述，目前，在中央空調系統方案設計以及節能優化過程中，不僅要保證空調管理系統具有較高的運行效率，還要滿足人們正常的工作，供正常的生活需求，在最大范圍內實現能源的節約。現階段，在系統空調系統運作過程中，要充分考慮能耗，做好全方位的設計和管控工作，并采取有效的措施。做好能耗分項計量設計、實現冷卻塔智能控制設計、做好水泵智能控制設計以及冷熱源智能控制系統的設計，在最大范圍內實現系統的節能和管理，明確系統的設計方案，實現行之有效的節能措施，減少不必要的能源浪費，在滿足人們正常需求的同時，還能有效地提高資源的節約效率。