中央空調系統節能改造設計

哈爾濱華德學院 白亞梅

中央空調為人們帶來了更好的室內舒適度的同時，也會消耗大量的電力。不僅企業需要交付昂貴的電費，也有悖于節能環保的發展理念。因此，如何對中央空調系統進行節能改造設計就顯得尤為重要。現階段，大部分中央空調系統都是以最大冷熱負荷為計算依據設計而成的，因此存在著一定的裕量。在實際使用過程中，中央空調系統只有很少的時間會處于最大負荷狀態，因此會造成極大的能源浪費。此外，系統的運行情況還會受到季節氣候、室內人員數量等外在因素的影響，具有一定的波動性。若系統無法依據負荷的實際變化情況進行動態調節，會出現能源浪費的情況，也會影響風機、水泵等設備的使用壽命。

1 中央空調系統應用現狀

根據實際調查數據可知，因使用中央空調消耗的電能占城市建筑用電的50%左右。在大型建筑中普遍存在著能源利用率低的問題，且大部分使用者的節能觀念淡薄。因此，若想從根本上提升中央空調系統的節能效果，必須從技術和用電管理兩方面入手。

雖然我國能源儲備豐富，近年來也在著手于新型環保能源的研究，但是仍然存在著能源利用率不高的問題。隨著經濟的發展，能源的消耗速度越來越快，我國所面臨的能源問題也愈發嚴峻。因此，只有從提升能源利用率入手，減少能源消耗，才能為經濟的可持續發展提供良好的保障。建筑能耗在城市能耗中占比最大，而接近50%的建筑能耗是由維持室內溫度平衡產生的。

2 中央空調系統能源消耗現存問題

2.1 建筑結構不合理

室內溫度的高低會直接受到建筑結構的影響，比如采光、通風情況都會對室溫產生一定的影響。若建筑物在設計時缺乏科學性，內部結構不合理，會加大室內溫度受外界因素的影響程度，缺乏穩定性。舉例來講，若在建造過程中使用了質量不合格的隔熱層材料，無法達到預計的隔熱效果；或是室內采光情況較差，都不利于室內熱環境的穩定。

2.2 空調系統結構不合理

首先，中央空調在使用過程中，冷水機組、風機、水泵等設備難免會出現耗損，若不能及時的進行養護和維修，設備的熱循環能力會有所下降，能耗增高。其次，若設備運行時間過長，損耗同樣會加快。最后，安裝位置也會影響到調節效果，若位置不理想，調節效果就會變差，運行時間變長，能耗增多。

2.3 使用人員的節能觀念淡漠和使用習慣較差

首先是由于中央空調一般用于公共場所，難免有部分使用人員節能觀念較差，在離開房間或工作崗位時忘記隨手關閉空調，勢必會造成更多的能源耗損。其次是使用人員的習慣問題，部分人員即使室溫怡人的情況下，仍然會繼續使用空調，長時間的運轉不僅會加劇能源損耗，還會影響中央空調的使用壽命。

3 中央空調系統節能改造

當前常用的系統節能改造方法有：主機變頻控制、泵變頻改造等。本文從中央空調系統的實際運行情況出發，結合現有的改造技術，從安全、穩定、減少費用等層面出發，對其進行改造設計，旨在解決中央空調在運行過程中能源消耗過多的問題。

3.1 更換高效制冷機組

在中央空調系統運行時，冷熱源機房所消耗的能源最多，因此其節能潛力也同樣值得期待，因此可以通過更換高效制冷機組的方式來提升系統的節能效果。在實際運行過程中，可能會出現多設備同時處于最大負荷的情況，因此在選擇制冷機組時，可以按當前設備總冷量的80%為參數。本文選用型號為YEWS200SA的高效制冷機組，其CPU數值可達5.28。

3.2 水系統的變頻驅動改造

在新科技的支撐下，變頻器的性能得到了不斷優化，因此在對中央空調系統進行節能改造時，可以運用變頻技術，更改循環水系統的變流量，在確保其可以實現設備軟啟動的情況下，降低能耗，延長使用壽命。

本文除了利用變頻技術外，還在原有的基礎上，利用經過綜合阻抗動態優化后的變流量控制技術，以實際負荷需求出發，持續調節冷凍水量，最終實現按需分配，在確保末端舒適性的情況下，減少冷凍水泵工作時產生的能耗。

用Q0代表冷凍水系統設計流量，用ΔP0代表設計壓差，計算：

在系統運行過程中，空調機組閥門的開合角度會發生變化，以管段阻抗系數為依據，可以得到S設和冷凍水流量Q的關系模型：

可以進一步得出設定壓差ΔP設：

通過比較ΔP和ΔP設之間的差值后，可以利用偏差信號對變頻器進行控制，從而實現頻率調節。此時對阻抗系數的優化可以直接轉換為流量控制的優化，可以提升空調負荷響應的實效性。冷凍泵和空調機組在阻抗系統的支持下，在進行控制運動時更具協調性。

3.3 空調機組優化控制

以往的空調系統為了降低能源損耗，在設計時會將其風量設定成最小值。但若是在過渡季節使用就存在一定的弊端，假設以夏季工況為設計參數，那么選用的設備容量較大，即使系統在小負荷下運行，依然會產生較大的能源損耗。若是應用變風量空調技術，在送風濕度、溫度上又不好進行控制。本文在對空調機組進行優化時，增設了5EISM能效控制柜、電動風閥等設備，在增設新設備后，系統可以根據進、回風的溫濕度，來調節電動風閥的開合角度。通過解耦控制送風范圍的溫濕度實現優化匹配控制，以此來減少系統運行時消耗的能量。

3.4 智能控制管理系統的應用

通常情況下，對中央空調系統進行節能方面的優化都是從冷熱源、輸配或末端系統內的單個子系統入手。但是子系統之間的能耗會相互影響，當一個子系統的能耗過高時，勢必也會影響其他子系統的能耗情況。因此，在對系統進行節能優化時，應該從整個系統入手。若想實現這一目標，需要設計出一種更具先進性的自動控制方法，因此本文提出了運用智慧云節能控制法，如圖1所示：

圖1 中央空調系統節能控制圖

利用光纖或GPRS無線傳輸、大數據分析等技術，對空調的各項運行參數進行實時調節，在確保其運行穩定的情況下，減少系統的運行能耗。這一控制系統很好的展現了“互聯網+”的概念，中央空調系統的各項運行數據會以Excel或曲線圖的形式保存下來，方便進行實時查詢，實現精細化管理。運用智能化控制代替了以往的定流量控制方式，更好的起到節能減排的作用。

4 改造結果分析

本文使用直接對比法，對改造后的中央空調系統和之前的系統進行對比，判斷新系統是否具備節能效果。

首先設定兩種系統的運行時間相同，利用切換模式的方式，用W原代表原系統產生的能耗，用W節代表新系統產生的能耗，以此來計算出節電率η。

在年基礎能耗230.6萬kW·h的前提下，可以計算出節電率在26%以上，節電量高達60.0萬kW·h，若是將平均電價數值設定為0.85元/kW·h，每年可以至少節省50萬左右的電費，不僅減少了能耗，還降低了企業在電費方面的投入。

結束語：企業對中央空調系統進行節能改造，既可以降低能耗，符合低碳環保的發展理念，也可以減少電費支出。但是在改造時，需要確保中央空調系統在極端條件下也能正常運行；在改造過程中，并不能完全消除冗雜，因此要激發系統運行管理所產生的節能潛力。結合當下先進的自動化控制技術，確保中央空調系統在高效節能的狀態下運行。