大型建筑中央空调系统节能改造探析

黄荣涛

摘 要：在能源日趋紧张的今天，中央空调的节能改造对我国可持续发展战略的实行有重大的意义。全面分析了影响大型建筑空调系统能耗的因素，在不影响舒适性的情况下，就中央空调系统的节能改造工作提出了一些建设性的建议，以期为今后的工作提供参考。

关键词：建筑节能工程；空调系统；节能改造；自动化控制

中图分类号：TU201.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.108

1 能耗原因分析和节能改造措施

对于中央空调系统，其能耗主要包括主机系统（即压缩机系统）、空气处理器、水泵和冷却塔等设备的运行能耗。针对中央空调各运行设备的能耗，提出了相应的解决措施，以加强自动化控制运行机制。对于中央空调系统，其能耗主要表现在以下2方面：①为了能够向空气处理设备有效供给冷量、热量而造成的冷（热）源能耗；②输送空气、水的风机和水泵等设备的能耗。当室内的冷负荷稳定后，室外的气象参数保持不变时，负荷会随着围护结构传热性、室内空气参数的变化而变化；对于新风负荷，室外的空气焓值稳定后，负荷就会随着新风量的增多而升高。由以上分析可知，在中央空调系统的运行过程中，能耗影响因素主要有室内设计标准、室外气象参数和围护结构特性，同时，还包括室内人、照明、设备的热负荷和湿负荷等。然而，无论哪种类型的能耗影响，如果不及时采取有效的防治措施，必然会产生高能耗，造成相关的不利影响。

2 节能改造思路

2.1 改变型式，实现节能改造

2.1.1 风机盘管智能化管理

目前，大型建筑中央空调系统中用到的风机盘管控制技术比较落后，缺乏必要的维护。加装温度限制装置后，可以实现对制冷供暖季节的温度控制、盘管和动力站主机的联锁，使在非空洞季节和非空调时段盘管自动停止工作。这种做法施工简单，节能效果显著。但是，在执行的过程中要注意2点：①当温度达到限定要求时，空调停止工作，减少风机能耗，降低冷水机组能耗。②联锁控制。在非供冷供热时段，风机盘管自锁，无法本地启动，以防风机消耗能量。采用人员探测装置检测到办公室无人并超过设置的时间后，自动关闭空调。

2.1.2 排风系统中的能量回收或重复应用

对于新风系统，其能耗非常大。在实践过程中，为了保证室内空气的质量，通常会增加新风量的供应，这也就造成了大量的能耗损失。当新鲜空气进入室内后，室内就会排出具有冷、热特性的空气。对于多数建筑，当空气从室内排出时，基本上是有一定规律可循的，所以，可以有效回收应用排风系统中的空气，特别是对新风量较大的排风热回收，能够在一定程度上减少新风能耗。

2.1.3 冷热源节能改造

对于中央空调系统，可以选择冷热源的主要形式。在此过程中，需要全面对比、分析和研究初期资金、服役期限、能耗标准、运行资金和安全可靠性要求等。从节能层面来讲，在改造和设计建筑中央空调系统冷热源的过程中，应当严格按照公共建筑节能设计标准和要求进行——以节能指标为基础，尽可能选用那些高能量利用率的装置和热源系统。对于严寒地区，可以将地下水、天然冰、蒸发冷却技术和太阳能等作为中央空调系统节能改造过程中的冷热源。从应用实践情况来看，与其他能源相比，由于天然冷热源在制冷、制热领域具有一定的优势，所以，在对建筑中央空调系统型式进行节能改造的过程中可以优先选择。

2.2 节能改造策略

根据建筑中央系统既定的供热模式，可对其进行适当的改造，比如设计成水平、垂直两种系统。在传统的垂直顺流基础上，在顺流单管系统热力入口、立管所在处增设温度控制器，从而有效控制中央空调系统。从实践结果来看，这种节能改造工作可以合理管控局部系统、温度等，同时，在热力入口处计算系统总热量，经过改造后，可以最大限度地应用原来的中央系统和相关设备，而且这对室内装修的影响也比较小，它能在一定程度上减少对原有中央系统的改造量。除了上述方法外，还可以采用以下几种方法改造建筑中央空调系统中的供热系统，即加设垂直双管和跨越管。以加设跨越管为例，将其加设在散热器水平支管间，并将其设计成与散热器并联的状态，将两三个通恒温阀安装在散热器周围，使其能够根据室内温度的变化情况有效控制散热器内的热水流量。采用这种方式用户可以自主调节室内温度，从而达到节能降耗的目的。对于公共住宅建筑，还可在每组散热器上安装电子式或蒸发式热分配表，以计算中央空调系统运行过程中的热量损耗。在此过程中，还可以将热量计量设备布设在室外热力入口位置，以此计算系统热量。

2.3 应用变频技术

中央空调系统包括冷冻水和冷却水两部分，所以，在水泵系统节能改造的过程中，可以采用变频器。

2.3.1 冷冻水泵系统的闭环管控

在大型建筑中央空调系统节能改造的过程中，利用变频空调器可以确保机组频繁停机，有效避免了空调器频繁启动的情况，省却了启动电能消耗。在节能改造工作中，变频器是根据冷冻水泵和冷却水泵的电机转速来调节的，它是在满足空调运转的基础上，使空调能够发挥正常的运转效益，避免能量耗费，进而达到节能的目的。在此过程中需要注意的是：①在制冷模式下，冷冻水泵系统闭环管控。在确保最末端设备冷冻水流量正常供给的基础上，确定冷冻泵变频器的最小工作频率，然后将其设定为下限频率，并将其锁定。变频冷冻水泵的频率调节主要是通过设置在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水的回水温度，利用温度控制器设定的温度来设定变频器频率的增减，具体的控制方式为：当冷冻回水温度超过设定温度时，频率就会无极上调。②在制热模式下，冷冻水泵系统闭环管控。在这种模式下，在中央空调系统中的热泵运行过程中，冷冻水泵系统的管控方案是：与制冷模式管控方案相同，在确保最末端设备冷冻水流量正常供给的情况下，确定冷冻泵的最小工作频率，设定下限频率。变频冷冻水泵的频率调节主要是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水的回水温度，由温度控制器设定的温度控制变频器频率的增减。然而，在这个过程中也有一定的差别，即当冷冻回水温度比设定的温度低时，频率无极上调；温度传感检测到的冷冻水回水温越高，则变频器输出的频率就越低。

2.3.2 冷却水系统闭环管控

在改造冷却水系统的过程中，对冷却水系统进行闭环管控的节电效果非常显著。在确保冷却塔有冷却水流出时，通过管控变频器输出频率来有效调节冷却水的流量。当中央空调冷却水的出水温度相对较低时，就减少冷却水的流量；当中央空调冷却水的出水温度相对较高时，就加大冷却水的流量，在确保中央空调机组正常运行的基础上达到节能、增效的目的。

3 结束语

总而言之，中央空调系统是建筑结构中能耗比较大的部分，它不仅与空调冷热源、系统和设备能量的有效利用有密切的关系，而且还与围护结构朝向、形状和保温隔热性能等因素有关。本文主要从改变型式、建筑中央空调供热系统节能改造策略和建筑中央空调系统节能改造过程中的变频技术应用等方面入手，阐述了如何加强大型建筑中央空调系统节能改造工作，以期我国大型建筑节能事业的可持续发展贡献一份力量。

参考文献

[1]李凤英，兰志东.芦洋基于既有建筑中中央空调系统节能改造的分析[J].科技传播，2013（17）.

[2]中国建筑科学研究院.GB 50736—2012 民用建筑供中央风与空气调节设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

〔编辑：白洁〕

Abstract： In todays increasingly tense energy， energy-saving central air-conditioning for the implementation of sustainable development strategies have great significance. This paper analyzes the factors affecting surface air conditioning systems of large buildings energy consumption without compromise on comfort， it is energy-saving central air conditioning system work put forward some constructive suggestions in order to provide a reference for future work.

Key words： energy efficient building； air-conditioning system； energy saving； automation and control