中央空调水系统节能改造分析与实践

中央空调水系统节能改造分析与实践

魏超

东风设计研究院有限公司沈阳分公司 辽宁省沈阳市 110000

摘要：随着经济的发展，能源的消耗速度越来越快，我国所面临的能源问题也愈发严峻。建筑能耗在城市能耗中占比最大，而接近50%的建筑能耗是由维持室内温度平衡产生的，因此，针对中央空调水循环系统的节能设计，有利于建筑物实现节能减排的目标，减少对资源的消耗，为社会经济的可持续发展贡献力量。

关键词：中央空调；水系统；节能改造

1 空调水系统概述

1.1 空调水系统特点

中央空调系统是集水系统和风系统构成的完整体系，本文重点围绕其中的水系统展开探讨。空调水系统的运行特征主要体现在两方面：其一，空调相关设备普遍低于额定负荷的状态持续工作；其二，其供回水温差明显低于供冷系统的温差。空调负荷在各运行时间段具有差异性，有超过50%时间均以总负荷的50%~75%运行，而满负荷运行状态的时间普遍在全年总时间的10%以内。鉴于此，若能够有效优化水系统，使其保持在趋近于满负荷的状态运行，则能够显著发挥能源的应用优势，避免中央空调系统能源浪费的问题。

1.2 组成部分

空调水系统可细分为冷冻水、冷却水两类子系统，硬件组成包含制冷机组、冷却水泵、冷却塔等。在载冷剂的作用下达到降低冷冻水温度的效果。通过制冷机组有效压缩制冷剂，产出具有高温高压特性的气体，此类型制冷剂持续流入冷凝器内，源自冷却塔的冷却水将会改变其性质，使其转变为具有低温高压特性的液体，该部分流经膨胀阀后性质进一步转变，即具有低温低压特性，继而进入蒸发器内发生汽化反应，由此完成一次循环。按上述工作机制持续运转，可不断向空气处理单元输送冷量，期间制冷机组所产生的热量能够被及时带走，经由冷却塔处理后向外界环境释放。

2 中央空调系统节能改造技术

2.1 冷源改造技术

对中央空调系统，进行节能改造，采取冷源改造技术，有着不错的效果。从实际改造效果来说，较为成熟的冷源改造技术较多，包括制冷机组变频控制和水蓄冷等，发挥着积极的作用。2.2 循环泵改造技术

基于中央空调系统运行特点，利用自控技术、通信技术、控制软件等，比如使用智控变频技术，对空调系统水泵进行控制。此技术的应用，能够实现空调负荷实时监控，合理的减少冷却水与冷冻水用量，进而能够减少中央空调系统运行的能源消耗，降低运行成本。除此之外，还能够减少设备磨损问题，增加设备使用寿命。

3 中央空调水循环系统节能改造步骤

建筑物对于中央空调水循环系统的节能改造，一般需要遵循一定的步骤。首先，要建立起中央空调系统能效管理中心，实现对中央空调的运行情况和能耗消耗状态的实时监控。其次，建立主机监控群系统。主机监控群系统的主要作用是对主机开启的数量及其运行状态进行调节，并且调节的时候从系统的自身负荷出发，能够有效保证各主机保持在高效运行的状态。再有，于定频主机出水口、冷却塔处分别加装电动阀，其目的是保证各电动阀与主机处于一种相联动的运行状态。最后，分别加装空调主机计量电表与辅机（水泵与风机）计量电表，使得系统的能耗记录能够更加完善。

4 中央空调系统能源消耗现存问题

4.1 建筑结构不合理

室内温度的高低会直接受到建筑结构的影响，比如采光、通风情况都会对室温产生一定的影响。若建筑物在设计时缺乏科学性，内部结构不合理，会加大室内温度受外界因素的影响程度，缺乏稳定性。举例来讲，若在建造过程中使用了质量不合格的隔热层材料，无法达到预计的隔热效果；或是室内采光情况较差，都不利于室内热环境的稳定。

4.2 空调系统结构不合理

首先，中央空调在使用过程中，冷水机组、风机、水泵等设备难免会出现耗损，若不能及时的进行养护和维修，设备的热循环能力会有所下降，能耗增高。其次，若设备运行时间过长，损耗同样会加快。最后，安装位置也会影响到调节效果，若位置不理想，调节效果就会变差，运行时间变长，能耗增多。

5 中央空调水系统节能改造措施

5.1 空调机组优化控制

以往的空调系统为了降低能源损耗，在设计时会将其风量设定成最小值。但若是在过渡季节使用就存在一定的弊端，假设以夏季工况为设计参数，那么选用的设备容量较大，即使系统在小负荷下运行，依然会产生较大的能源损耗。若是应用变风量空调技术，在送风湿度、温度上又不好进行控制。本文在对空调机组进行优化时，增设了5EI^SM能效控制柜、电动风阀等设备，在增设新设备后，系统可以根据进、回风的温湿度，来调节电动风阀的开合角度。通过解耦控制送风范围的温湿度实现优化匹配控制，以此来减少系统运行时消耗的能量。

5.2 水系统的变频驱动改造

随着科技的进步，变频器已成为节能应用中非常重要的自动化设备，利用变频技术对循环水系统进行变流量改造，既可以降低循环水系统的能耗，又可以实现设备的软启动，延长设备使用寿命，已成为中央空调节能改造的理想措施。除利用变频技术合理优化冷却水回水温度及循环量，自控调节冷却塔风量及冷却水循环水量，更是在冷冻水泵及管路系统原有基础上，运用综合阻抗动态优化的变流量控制技术，依据不同的负荷需求对冷冻水量进行连续调节，实现流量按需分配，在满足末端舒适性要求的前提下节约冷冻水泵运行能耗。

5.3 供回水温差控制法

水泵的变流量调节模式中，以供回水管压差控制法较为合适，能够实现对水泵启停状态的控制。系统的供水回路安装到位后，在该处布设压差控制器，随着用户负荷量的降低，压差控制器将感应到负荷量的变化，获取与压差增大有关的信息，若该值超过设定值则会及时关闭一台水泵，以达到降低压差的效果。随着建筑内部用户负荷的持续增加，压差控制器所检测的压差将逐步下降，若该值低于某设定值则及时开启水泵，以达到提高压差的效果。通过上述检测—反馈—调节的循环机制，可满足用户负荷要求。压差控制中，应充分关注各测点的设置情况，随着测点布设方案的变化，对应的节能效果也将随之改变。若测压点布设于供回水总管上，此条件下系统可维持定压工作状态，节能效果相对有限，可通过供回水温差控制法及时调整水泵的启停状态。

5.4 智能控制管理系统的应用

通常情况下，对中央空调系统进行节能方面的优化都是从冷热源、输配或末端系统内的单个子系统入手。但是子系统之间的能耗会相互影响，当一个子系统的能耗过高时，势必也会影响其他子系统的能耗情况。因此，在对系统进行节能优化时，应该从整个系统入手。若想实现这一目标，需要设计出一种更具先进性的自动控制利用光纤或GPRS无线传输、大数据分析等技术，对空调的各项运行参数进行实时调节，在确保其运行稳定的情况下，减少系统的运行能耗。这一控制系统很好的展现了“互联网+”的概念，中央空调系统的各项运行数据会以Excel或曲线图的形式保存下来，方便进行实时查询，实现精细化管理。运用智能化控制代替了以往的定流量控制方式，更好的起到节能减排的作用。

6 结束语

综上所述，建筑工程领域的中央空调系统能源消耗量较大，采取科学的节能措施势在必行，有关技术人员需根据实际运行状况合理优化运行模式，配套相适应的节能措施，保证中央空调可维持最佳运行状态，减少能源消耗，为社会的可持续发展助力。

参考文献：

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