優(yōu)化中央空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗

尹麗萍

（浙江中維建筑工程設(shè)計(jì)有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000）

隨著科技發(fā)展，中央空調(diào)系統(tǒng)為人們提供了舒適的生活與工作環(huán)境。但是，中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生的能耗量非常大，是建筑能耗中的一項(xiàng)主要內(nèi)容。中央空調(diào)系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)要求滿足極端情況下的建筑冷負(fù)荷，而實(shí)際運(yùn)行中，絕大多數(shù)時(shí)間都是處于部分負(fù)荷運(yùn)行的。同時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行受季節(jié)、室內(nèi)人數(shù)等因素影響，會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)，如果系統(tǒng)不能根據(jù)實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，則會(huì)產(chǎn)生能源浪費(fèi)問題，同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備也會(huì)造成一定的影響。當(dāng)前，全球能源問題日益突出，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為全社會(huì)的共識(shí)。優(yōu)化中央空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，是當(dāng)前降低建筑能耗，提高建筑可持續(xù)發(fā)展的重要手段。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成主要包括中央空調(diào)機(jī)組1、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)2、冷凍泵3、冷卻泵4、冷卻塔5、膨脹水箱6等六部分組成。如圖1所示。

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)基本構(gòu)成

1.2 系統(tǒng)運(yùn)行

系統(tǒng)運(yùn)行中，中央空調(diào)機(jī)組內(nèi)高溫高壓制冷劑（如R22等）經(jīng)過節(jié)流裝置后變成低溫低壓制冷劑，然后進(jìn)入蒸發(fā)器，同時(shí)冷凍泵將高溫冷凍水回水送入蒸發(fā)器盤管，使之與低溫低壓制冷劑熱交換變成低溫冷凍水，并通過冷凍泵作用將其送至各風(fēng)機(jī)盤管，由冷卻盤管吸收熱量降低空氣溫度，最后通過風(fēng)機(jī)向功能間送風(fēng)，達(dá)到空調(diào)降溫效果。制冷劑在蒸發(fā)器中吸收熱量由汽液兩相轉(zhuǎn)變成汽相，進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮至過熱蒸汽，再進(jìn)入冷凝器放熱，其釋放出的熱量由冷卻泵送入冷凝器盤管的低溫冷卻水帶走，溫度升高后的冷卻水再送至冷卻塔與空氣發(fā)生熱交換，最終形成低溫冷卻水，作為循環(huán)使用，而在冷凝器中放熱后的制冷劑再進(jìn)入節(jié)流裝置。

2 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗的重要意義

空調(diào)系統(tǒng)能耗是建筑能耗中不可忽視的重要部分，現(xiàn)階段的空調(diào)系統(tǒng)多數(shù)使用的均為不可再生能源，電力能源是占比最大的部分。中央空調(diào)系統(tǒng)能源使用量需求較大，在全球能源日漸匱乏的當(dāng)下，能耗問題已經(jīng)成為制約中央空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化發(fā)展的根本因素。同時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)增加氮氧化物、硫化物等污染物質(zhì)的排放，對(duì)自然環(huán)境具有一定的破壞性。因此，當(dāng)前中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行已經(jīng)不能滿足人類可持續(xù)發(fā)展要求，節(jié)能降耗是其發(fā)展的核心課題。當(dāng)前，既有中央空調(diào)系統(tǒng)能耗巨大，采取有效的節(jié)能技術(shù)措施，加強(qiáng)節(jié)能降耗，能夠使既有空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到良好的節(jié)能效果。因此，加強(qiáng)對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，合理利用有效節(jié)能策略降低系統(tǒng)能耗，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展要求的目的，同時(shí)，還可以降低電力投入，減少系統(tǒng)運(yùn)行成本，提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3 中央空調(diào)系統(tǒng)中存在的能耗問題

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行自身存在的能耗問題

在我國(guó)中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中，人工運(yùn)行管理仍占據(jù)主要地位，智能化管理控制系統(tǒng)配置程度較低，從而難以確保系統(tǒng)運(yùn)行保持在合理區(qū)間。隨著建筑冷負(fù)荷需求以及氣候環(huán)境變化，中央空調(diào)冷負(fù)荷處于動(dòng)態(tài)變化過程，人工管理難以及時(shí)響應(yīng)建筑冷負(fù)荷需求變化情況，從而導(dǎo)致能源利用率低、能耗高的問題。

以某中央空調(diào)系統(tǒng)為例，其采用區(qū)域集中供冷技術(shù)，冷站將一次冷凍水輸送至建筑內(nèi)板換間，利用板式換熱器進(jìn)行二次側(cè)冷凍水換熱，再對(duì)建筑內(nèi)各功能區(qū)進(jìn)行供冷。

在系統(tǒng)運(yùn)行中，一是空調(diào)機(jī)組及板換間設(shè)備由人工管理、板換間二次循環(huán)泵的供水壓力為經(jīng)驗(yàn)值，過渡季節(jié)對(duì)室外新風(fēng)降溫的應(yīng)用不足等，都增加了系統(tǒng)運(yùn)行能耗。二是中央空調(diào)供冷面積較大且各區(qū)域?qū)囟鹊囊蟛煌耙坏肚小钡墓芾砟Ｊ讲荒芴峁┕δ軈^(qū)域個(gè)性化供冷，降低了系統(tǒng)整體運(yùn)行能效。三是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行重要參數(shù)的監(jiān)控不足，不能充分保證空調(diào)能源利用率。系統(tǒng)對(duì)室溫控制主要是根據(jù)單點(diǎn)回風(fēng)溫度確定，不能對(duì)實(shí)際供冷效果進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，可能會(huì)造成室內(nèi)溫度過低，造成嚴(yán)重浪費(fèi)的同時(shí)也影響人體舒適。四是未對(duì)空調(diào)末端機(jī)組進(jìn)行變頻運(yùn)行控制，控制精度低，故障率較高，增加了系統(tǒng)能耗。

3.2 系統(tǒng)使用存在的能耗問題

中央空調(diào)系統(tǒng)能耗較高的問題，不僅是由于系統(tǒng)自身運(yùn)行產(chǎn)生的，還有系統(tǒng)之外在使用中不合理情況造成的問題。（1）建筑結(jié)構(gòu)不合理。室內(nèi)溫度受建筑結(jié)構(gòu)的直接影響，建筑結(jié)構(gòu)不合理會(huì)造成室內(nèi)采光、通風(fēng)效果較差，增加室外環(huán)境對(duì)室內(nèi)溫度的影響，導(dǎo)致室內(nèi)熱環(huán)境不穩(wěn)定，系統(tǒng)在使用過程中出現(xiàn)能源浪費(fèi)問題。（2）人們的使用習(xí)慣較差，節(jié)能意識(shí)不足。中央空調(diào)系統(tǒng)多用于公共場(chǎng)所，服務(wù)范圍廣泛，很多人并未形成節(jié)能意識(shí)，在不需要時(shí)不會(huì)隨手關(guān)閉空調(diào)，造成不必要的能源損耗，并且還有很多人在室內(nèi)溫度較為舒適的情況下仍舊會(huì)選擇使用空調(diào)，使其處于長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)，不僅增加了系統(tǒng)運(yùn)行能耗，同時(shí)，也會(huì)縮短中央空調(diào)的使用壽命。

4 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制改造及節(jié)能管理措施

4.1 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造

當(dāng)前，中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造空間較大，其中，加強(qiáng)對(duì)節(jié)能控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造，提高系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)化管理水平，加強(qiáng)對(duì)建筑冷負(fù)荷相關(guān)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，采取相應(yīng)的控制措施，調(diào)整二次側(cè)水泵機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)及供水溫度，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能效果。在節(jié)能控制系統(tǒng)優(yōu)化改造中，系統(tǒng)采用直觀監(jiān)控界面，可視化效果良好，滿足遠(yuǎn)程及本地運(yùn)維操作及管理的需求，同時(shí)，具有可擴(kuò)展性和兼容性，能夠與其他節(jié)能系統(tǒng)融合對(duì)接。

中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)主要由運(yùn)維監(jiān)控層、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層、硬件設(shè)備層構(gòu)成。（1）運(yùn)維監(jiān)控層包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、用戶監(jiān)控、物業(yè)執(zhí)行、遠(yuǎn)程維護(hù)等客戶端構(gòu)成。（2）智能現(xiàn)場(chǎng)控制柜為現(xiàn)場(chǎng)控制層，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)，采集數(shù)據(jù)與傳輸指令。（3）硬件設(shè)備層則是換熱器、水泵、變頻器等各類設(shè)備構(gòu)成。

系統(tǒng)功能模塊包括：（1）換熱器控制模塊，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)換熱器運(yùn)行及狀態(tài)，進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)控制、時(shí)刻表管理，故障報(bào)警及識(shí)別記錄等；（2）循環(huán)水泵控制模塊，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)并記錄水泵運(yùn)行狀態(tài)、水泵遠(yuǎn)程啟停與變頻控制、水泵故障識(shí)別與維護(hù)記錄、管網(wǎng)壓差監(jiān)測(cè)及水泵變頻優(yōu)化調(diào)節(jié)等；（3）電磁閥控制模塊，主要負(fù)責(zé)檢測(cè)與維護(hù)記錄控制模塊電動(dòng)閥狀態(tài)，識(shí)別與記錄故障，遠(yuǎn)程啟停控制、壓差檢測(cè)及電動(dòng)閥開度調(diào)節(jié)等。

系統(tǒng)具體功能主要包括兩部分：一是現(xiàn)場(chǎng)控制，二是監(jiān)控軟件。在現(xiàn)場(chǎng)控制中，（1）實(shí)時(shí)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的采集，如水溫、壓力、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度、室外溫度等，將數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換并傳輸。（2）檢測(cè)運(yùn)行中二次側(cè)循環(huán)泵狀態(tài)，如遠(yuǎn)程工作情況、工頻狀態(tài)，使冷凍水循環(huán)泵進(jìn)行變頻運(yùn)行，并合理減少運(yùn)行臺(tái)數(shù)。（3）監(jiān)測(cè)室外環(huán)境條件，分析末端負(fù)荷變化情況，設(shè)定系統(tǒng)一次側(cè)供冷量動(dòng)態(tài)化調(diào)節(jié)。（4）根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求，可擴(kuò)展控制器I/O模塊，完成遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)通訊，同時(shí)，具有以太網(wǎng)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)切換應(yīng)急控制模式。（5）現(xiàn)場(chǎng)通過觸控屏操作，并能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

在監(jiān)控軟件中，主要具備遠(yuǎn)程監(jiān)控、能耗分析、節(jié)能控制、警報(bào)提示、數(shù)據(jù)查詢及導(dǎo)出、權(quán)限管理等功能。（1）遠(yuǎn)程監(jiān)控功能中，以系統(tǒng)原理圖形式，確保良好可視化界面，對(duì)冷源系統(tǒng)運(yùn)行各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行直觀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；通過界面直觀展示系統(tǒng)運(yùn)行過程中室內(nèi)外溫度及供水回水、壓力、用冷量、用電量等相關(guān)數(shù)據(jù)；進(jìn)行在線遠(yuǎn)程集中控制，如設(shè)備啟停、參數(shù)設(shè)置等。（2）能耗分析功能中，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)冷源系統(tǒng)運(yùn)行的用電量和用冷量等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。（3）節(jié)能控制功能中，根據(jù)各功能區(qū)實(shí)際需求設(shè)定設(shè)備啟停時(shí)間及溫度設(shè)置等；跟隨室內(nèi)冷負(fù)荷變化情況，對(duì)二次側(cè)循環(huán)泵運(yùn)行頻率、供水溫度等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，優(yōu)化調(diào)節(jié)二次側(cè)供水回水壓差；對(duì)最不利回路系統(tǒng)壓差進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用模糊算法判斷系統(tǒng)運(yùn)行是否滿足該回路要求，并根據(jù)判斷及時(shí)作出反應(yīng)。（4）報(bào)警提示功能中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)異常、參數(shù)超出設(shè)置閾值、能耗超出限制等情況的報(bào)警，同時(shí)，可以進(jìn)行故障問題的詳細(xì)記錄、查詢與導(dǎo)出。（5）數(shù)據(jù)查詢及導(dǎo)出主要是對(duì)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)、控制參數(shù)數(shù)據(jù)等形成的各種數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行查詢與導(dǎo)出。（6）權(quán)限管理功能中，可根據(jù)不同的角色設(shè)置不同的用戶權(quán)限，如設(shè)置管理員權(quán)限、操作員權(quán)限、維修員權(quán)限等，進(jìn)行崗位功能需求匹配，并對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行最小化控制，確保系統(tǒng)操作的便捷性和安全性；在該功能中，還設(shè)置幫助文檔，可以對(duì)系統(tǒng)操作手冊(cè)進(jìn)行在線查詢，提供系統(tǒng)操作及參數(shù)設(shè)置幫助。

通過對(duì)中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，系統(tǒng)控制界面中有冷源監(jiān)控、運(yùn)行管理、能耗監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)管理、設(shè)備管理、參數(shù)設(shè)置、故障報(bào)警及幫助等，根據(jù)需求，相關(guān)人員可以進(jìn)行狀態(tài)設(shè)定，包括遠(yuǎn)程狀態(tài)、停止?fàn)顟B(tài)、應(yīng)急狀態(tài)。

4.2 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能管理

加強(qiáng)中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗，不僅需要優(yōu)化系統(tǒng)本身的節(jié)能控制改造，同時(shí)，還需要注重優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，提高節(jié)能管理控制。一方面，加強(qiáng)建筑設(shè)計(jì)節(jié)能性。合理控制窗墻比，在確保室內(nèi)采光充足的基礎(chǔ)上，合理降低窗墻比，降低外窗耗熱量，減少建筑冷負(fù)荷需求；提高門窗氣密性，室內(nèi)換氣次數(shù)從0.9次/h下降至0.6次/h，建筑冷能耗就可以下降8%左右，因此，良好的氣密性門窗材料及密封設(shè)置也可以有效降低建筑冷負(fù)荷需求；加強(qiáng)外墻保溫設(shè)計(jì)，應(yīng)用保溫材料，提高室內(nèi)環(huán)境的舒適度，降低中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行需求。

另一方面，加強(qiáng)節(jié)能降耗宣傳，提高中央空調(diào)系統(tǒng)使用者對(duì)節(jié)能降耗重要性的認(rèn)識(shí)與重視，自覺形成節(jié)能行為習(xí)慣，提高系統(tǒng)能耗控制。同時(shí)，在運(yùn)行管理方面，相關(guān)管理人員可以加強(qiáng)功能分區(qū)節(jié)能控制，根據(jù)建筑實(shí)際日常需求，對(duì)不同的功能分區(qū)進(jìn)行合理劃分，依照空間大小、人員流量等情況調(diào)控環(huán)境溫度。

4.3 節(jié)能控制效果分析

直接對(duì)系統(tǒng)節(jié)能控制改造及管理前后的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集與對(duì)比分析，改造前后完整供冷周期（通常為每年4～11月）的用冷量、折算用冷費(fèi)用比情況如表1所示。

表1 改造前后全供冷周期用冷量及折算用冷費(fèi)用對(duì)比表

由表1可知，系統(tǒng)改造后節(jié)能效果顯著，用冷量減少72.25kW·h，費(fèi)用降低61.64萬(wàn)元，具有較高經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，中央空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化改造，落實(shí)節(jié)能降耗，對(duì)提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，順應(yīng)社會(huì)綠色節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展要求具有重要現(xiàn)實(shí)意義。通過系統(tǒng)節(jié)能控制改造，解決當(dāng)前中央空調(diào)系統(tǒng)中面臨的能耗浪費(fèi)、自動(dòng)化程度低等問題，根據(jù)建筑冷負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提高整體節(jié)能效果，加強(qiáng)系統(tǒng)監(jiān)控，確保中央空調(diào)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)使用管理，提高使用過程中的節(jié)能操作，全面降低系統(tǒng)運(yùn)行過程中面臨的能耗問題，獲得良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。