中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造設(shè)計(jì)

哈爾濱華德學(xué)院 白亞梅

中央空調(diào)為人們帶來(lái)了更好的室內(nèi)舒適度的同時(shí)，也會(huì)消耗大量的電力。不僅企業(yè)需要交付昂貴的電費(fèi)，也有悖于節(jié)能環(huán)保的發(fā)展理念。因此，如何對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。現(xiàn)階段，大部分中央空調(diào)系統(tǒng)都是以最大冷熱負(fù)荷為計(jì)算依據(jù)設(shè)計(jì)而成的，因此存在著一定的裕量。在實(shí)際使用過(guò)程中，中央空調(diào)系統(tǒng)只有很少的時(shí)間會(huì)處于最大負(fù)荷狀態(tài)，因此會(huì)造成極大的能源浪費(fèi)。此外，系統(tǒng)的運(yùn)行情況還會(huì)受到季節(jié)氣候、室內(nèi)人員數(shù)量等外在因素的影響，具有一定的波動(dòng)性。若系統(tǒng)無(wú)法依據(jù)負(fù)荷的實(shí)際變化情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，會(huì)出現(xiàn)能源浪費(fèi)的情況，也會(huì)影響風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的使用壽命。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)可知，因使用中央空調(diào)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(wèn)題，且大部分使用者的節(jié)能觀念淡薄。因此，若想從根本上提升中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果，必須從技術(shù)和用電管理兩方面入手。

雖然我國(guó)能源儲(chǔ)備豐富，近年來(lái)也在著手于新型環(huán)保能源的研究，但是仍然存在著能源利用率不高的問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的消耗速度越來(lái)越快，我國(guó)所面臨的能源問(wèn)題也愈發(fā)嚴(yán)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(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)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(nèi)溫度平衡產(chǎn)生的。

2 中央空調(diào)系統(tǒng)能源消耗現(xiàn)存問(wèn)題

2.1 建筑結(jié)構(gòu)不合理

室內(nèi)溫度的高低會(huì)直接受到建筑結(jié)構(gòu)的影響，比如采光、通風(fēng)情況都會(huì)對(duì)室溫產(chǎn)生一定的影響。若建筑物在設(shè)計(jì)時(shí)缺乏科學(xué)性，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，會(huì)加大室內(nèi)溫度受外界因素的影響程度，缺乏穩(wěn)定性。舉例來(lái)講，若在建造過(guò)程中使用了質(zhì)量不合格的隔熱層材料，無(wú)法達(dá)到預(yù)計(jì)的隔熱效果；或是室內(nèi)采光情況較差，都不利于室內(nèi)熱環(huán)境的穩(wěn)定。

2.2 空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理

首先，中央空調(diào)在使用過(guò)程中，冷水機(jī)組、風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備難免會(huì)出現(xiàn)耗損，若不能及時(shí)的進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和維修，設(shè)備的熱循環(huán)能力會(huì)有所下降，能耗增高。其次，若設(shè)備運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，損耗同樣會(huì)加快。最后，安裝位置也會(huì)影響到調(diào)節(jié)效果，若位置不理想，調(diào)節(jié)效果就會(huì)變差，運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)，能耗增多。

2.3 使用人員的節(jié)能觀念淡漠和使用習(xí)慣較差

首先是由于中央空調(diào)一般用于公共場(chǎng)所，難免有部分使用人員節(jié)能觀念較差，在離開(kāi)房間或工作崗位時(shí)忘記隨手關(guān)閉空調(diào)，勢(shì)必會(huì)造成更多的能源耗損。其次是使用人員的習(xí)慣問(wèn)題，部分人員即使室溫怡人的情況下，仍然會(huì)繼續(xù)使用空調(diào)，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)不僅會(huì)加劇能源損耗，還會(huì)影響中央空調(diào)的使用壽命。

3 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造

當(dāng)前常用的系統(tǒng)節(jié)能改造方法有：主機(jī)變頻控制、泵變頻改造等。本文從中央空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)有的改造技術(shù)，從安全、穩(wěn)定、減少費(fèi)用等層面出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，旨在解決中央空調(diào)在運(yùn)行過(guò)程中能源消耗過(guò)多的問(wèn)題。

3.1 更換高效制冷機(jī)組

在中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，冷熱源機(jī)房所消耗的能源最多，因此其節(jié)能潛力也同樣值得期待，因此可以通過(guò)更換高效制冷機(jī)組的方式來(lái)提升系統(tǒng)的節(jié)能效果。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)多設(shè)備同時(shí)處于最大負(fù)荷的情況，因此在選擇制冷機(jī)組時(shí)，可以按當(dāng)前設(shè)備總冷量的80%為參數(shù)。本文選用型號(hào)為YEWS200SA的高效制冷機(jī)組，其CPU數(shù)值可達(dá)5.28。

3.2 水系統(tǒng)的變頻驅(qū)動(dòng)改造

在新科技的支撐下，變頻器的性能得到了不斷優(yōu)化，因此在對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，可以運(yùn)用變頻技術(shù)，更改循環(huán)水系統(tǒng)的變流量，在確保其可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備軟啟動(dòng)的情況下，降低能耗，延長(zhǎng)使用壽命。

本文除了利用變頻技術(shù)外，還在原有的基礎(chǔ)上，利用經(jīng)過(guò)綜合阻抗動(dòng)態(tài)優(yōu)化后的變流量控制技術(shù)，以實(shí)際負(fù)荷需求出發(fā)，持續(xù)調(diào)節(jié)冷凍水量，最終實(shí)現(xiàn)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(shí)產(chǎn)生的能耗。

用Q0代表冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，用ΔP0代表設(shè)計(jì)壓差，計(jì)算：

在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，空調(diào)機(jī)組閥門的開(kāi)合角度會(huì)發(fā)生變化，以管段阻抗系數(shù)為依據(jù)，可以得到S設(shè)和冷凍水流量Q的關(guān)系模型：

可以進(jìn)一步得出設(shè)定壓差ΔP設(shè)：

通過(guò)比較ΔP和ΔP設(shè)之間的差值后，可以利用偏差信號(hào)對(duì)變頻器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)。此時(shí)對(duì)阻抗系數(shù)的優(yōu)化可以直接轉(zhuǎn)換為流量控制的優(yōu)化，可以提升空調(diào)負(fù)荷響應(yīng)的實(shí)效性。冷凍泵和空調(diào)機(jī)組在阻抗系統(tǒng)的支持下，在進(jìn)行控制運(yùn)動(dòng)時(shí)更具協(xié)調(diào)性。

3.3 空調(diào)機(jī)組優(yōu)化控制

以往的空調(diào)系統(tǒng)為了降低能源損耗，在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)將其風(fēng)量設(shè)定成最小值。但若是在過(guò)渡季節(jié)使用就存在一定的弊端，假設(shè)以夏季工況為設(shè)計(jì)參數(shù)，那么選用的設(shè)備容量較大，即使系統(tǒng)在小負(fù)荷下運(yùn)行，依然會(huì)產(chǎn)生較大的能源損耗。若是應(yīng)用變風(fēng)量空調(diào)技術(shù)，在送風(fēng)濕度、溫度上又不好進(jìn)行控制。本文在對(duì)空調(diào)機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，增設(shè)了5EISM能效控制柜、電動(dòng)風(fēng)閥等設(shè)備，在增設(shè)新設(shè)備后，系統(tǒng)可以根據(jù)進(jìn)、回風(fēng)的溫濕度，來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)風(fēng)閥的開(kāi)合角度。通過(guò)解耦控制送風(fēng)范圍的溫濕度實(shí)現(xiàn)優(yōu)化匹配控制，以此來(lái)減少系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)消耗的能量。

3.4 智能控制管理系統(tǒng)的應(yīng)用

通常情況下，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能方面的優(yōu)化都是從冷熱源、輸配或末端系統(tǒng)內(nèi)的單個(gè)子系統(tǒng)入手。但是子系統(tǒng)之間的能耗會(huì)相互影響，當(dāng)一個(gè)子系統(tǒng)的能耗過(guò)高時(shí)，勢(shì)必也會(huì)影響其他子系統(tǒng)的能耗情況。因此，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化時(shí)，應(yīng)該從整個(gè)系統(tǒng)入手。若想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要設(shè)計(jì)出一種更具先進(jìn)性的自動(dòng)控制方法，因此本文提出了運(yùn)用智慧云節(jié)能控制法，如圖1所示：

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制圖

利用光纖或GPRS無(wú)線傳輸、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，對(duì)空調(diào)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，在確保其運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，減少系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。這一控制系統(tǒng)很好的展現(xiàn)了“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念，中央空調(diào)系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)會(huì)以Excel或曲線圖的形式保存下來(lái)，方便進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。運(yùn)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(jié)能減排的作用。

4 改造結(jié)果分析

本文使用直接對(duì)比法，對(duì)改造后的中央空調(diào)系統(tǒng)和之前的系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，判斷新系統(tǒng)是否具備節(jié)能效果。

首先設(shè)定兩種系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間相同，利用切換模式的方式，用W原代表原系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗，用W節(jié)代表新系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗，以此來(lái)計(jì)算出節(jié)電率η。

在年基礎(chǔ)能耗230.6萬(wàn)kW·h的前提下，可以計(jì)算出節(jié)電率在26%以上，節(jié)電量高達(dá)60.0萬(wàn)kW·h，若是將平均電價(jià)數(shù)值設(shè)定為0.85元/kW·h，每年可以至少節(jié)省50萬(wàn)左右的電費(fèi)，不僅減少了能耗，還降低了企業(yè)在電費(fèi)方面的投入。

結(jié)束語(yǔ)：企業(yè)對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，既可以降低能耗，符合低碳環(huán)保的發(fā)展理念，也可以減少電費(fèi)支出。但是在改造時(shí)，需要確保中央空調(diào)系統(tǒng)在極端條件下也能正常運(yùn)行；在改造過(guò)程中，并不能完全消除冗雜，因此要激發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行管理所產(chǎn)生的節(jié)能潛力。結(jié)合當(dāng)下先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，確保中央空調(diào)系統(tǒng)在高效節(jié)能的狀態(tài)下運(yùn)行。