中央空调系统方案的设计与节能分析

袁堂钦

(大连先锋建筑设计咨询有限公司，辽宁 大连116021)

1 中央空调系统概述

1.1 中央空调系统的组成

目前，中央空调系统主要由以下几个部件组成：冷冻机组、冷却水循环系统、冷却塔、冷却风机等（见表1）。

1.2 中央空调系统节能设计要点

通过上文中对中央空调系统组成的简要介绍，不难看出，为了降低中央空调系统的能耗，可在如下几个环节进行提升，如减少冷却液在输送过程中的热损失、提高冷冻机组制冷功效、提高冷却塔冷却效果等方面进行设计改良[1]。

表1 中央空调系统组成及其功能介绍

2 我国中央空调系统设计方案节能改进策略

2.1 降低冷却液在输送过程中的热损耗

鉴于建筑层高和室内空间面积的不断增大，中央空调系统中冷却液循环管网系统的长度和密度也随之增大，如不采取适当的保温措施势必会在制冷液运输的过程中造成大量的热量流失。

目前，中央空调系统普遍采用了聚氨酯泡沫塑料保温、高级橡塑保温、酚醛泡沫塑料保温等材料进行管材的保温，但上述材料大多是在工厂内预制成型并在中央空调安装现场进行拼接，而在拼接的过程中上述保温材料容易出现破损和裂缝，部分保温材料由于与管材未紧密贴合，从而减低了其原有的保温效果。为此，利用聚氨酯发泡材料进行现场喷涂施工，可彻底扭转因上述保温材料施工不当而造成的保温效果减低现象。由于该项技术是直接在所需保温的管线上喷涂胶质状的聚氨酯发泡剂，待聚氨酯发泡与空气进行接触后发生氧化效果，材料迅速从流质状的胶体向密布微空气泡的固体转变，故其具有施工速度快、保温效果好等优势，尤其是适合在管线布设空间较为狭小的区域内发挥管材保温施工作用。

2.2 冷冻机组技术的更新与突破

中央空调系统节能设计的关键在于如何寻找一种经济科学的温度调节源为夏季制冷提供制冷源，广州市轨道交通2号线海珠广场站所应用的地表水热泵系统开创了新型热泵交换机的先河[2]。

地表水热泵交换机系统是利用海珠广场靠近珠江的地理优势，仅仅通过输入少量的电能便可实现热泵交换机的工作，据海珠广场地表水热泵中央空调系统的能耗数据显示，该系统每消耗1kW 时的电能便能换取4kW·h 的制冷或制暖功效。

相关水文资料显示，广州海珠广场附近珠江段水面以下2m 深度的水体水温夏季通常为18～21℃，而在冬季则始终维持在17～19℃。为此，在广州市炎热的夏季海珠广场站内的中央空调系统利用体量巨大且温度较低的珠江江水来取代传统空调制冷用的冷却塔，充分发挥这一环保且低廉的“冷却装置”，并通过热传导系统将经过江水冷却后的热传导液送入车站内部，从而起到较好的制冷效果。

在广州海珠广场站中央空调地表水热泵设计方案必选阶段，面临着如何选择空调冷却系统的难题，地表水冷却系统大致可分为封闭式与开放式2 大类。封闭式冷却系统是在自然河流中埋设热泵交换器，通过热泵交换器中的热传导液与自然河流中的水体进行热量的交换。而开放式冷却系统则是直接将自然河流中的水体引入冷水机组进行换热。2 种方案相比虽然后者在设备维护工作量上远小于前者，但其却在设备经济性和技术难度等指标上远逊于前者。为此，广州市海珠广场站采用了开放式冷却系统，直接将珠江水引入冷却系统内，同时，为了减少珠江江水中所含有的泥沙等杂质对冷却系统所造成的不利影响，设计人员还在冷却水入口处设施了专门的净水处理设备，从而确保冷却系统正常工作。

另外，在应用该项技术前还必须完成大量的前期调研工作，如水文资料收集，并会同生态环境、海洋渔业等部分对应冷却系统热交换而对自然水体产生的升温影响是否对其中生存的鱼类等水生生物产生影响进行客观评估。

2.3 充分发挥电能的昼夜差优势

目前，我国发电企业已基本实现了市场化运作，国家政府为了鼓励用电客户进行错峰用电而设置了昼夜差值用电相关政策，于是不少地区充分利用昼夜用电之间的差值建立起蓄能电站来进行电能配置时段的优化。蓄能电站利用夜间较为廉价的电能将水体从地势较低的区域提升至地势较高的区域，而在昼间则利用提升的水体进行发电以赚取经济效益差值。同理，冰蓄能空调技术便是利用冰的相变潜热进行冷量储存的一种供冷系统，其在用电价格较低的夜间其将制冷液进行降温冷冻直至其变成固态的冰，而在白昼用电高峰期间则利用已被冷冻至固态的制冷液融化消解后所释放的冷量提供给中央空调系统使用[3]。

采用冰蓄冷技术的中央空调系统具有几项主要优点：其一，充分发挥夜间谷值负荷的价值优势，蓄能量越大，其系统的经济优势越明显；其二，相比常规的中央空调系统，其大大减少了系统制冷主机的装机容量；其三，在制冷设备运行期间长期处于满负荷高效率的工作状态，大大提高了制冷系统的运行效率；其四，该系统在夜间全力制冷期间，周边环境中的大气温度较低，有利于制冷涉笔的散热，并提高制冷机产冷量和性能参数COP（冷凝温度每降低1℃，便可提高制冷量2%左右）。

2.4 优化设备选型设计

整个中央空调系统的设备选型与管线布局都必须以建筑内部空间制冷的面积和制冷效果等实际需求为前提，为此，在进行中央空调系统设计时须对热负荷和逐项逐时的冷负荷进行精确计算。

因此，在设备选型时，一方面要考虑到特定的设计工况，同时，还应该强调系统运行工况和部分负荷的系统性能的影响。

很多建筑的空调系统都达不到满负荷运行，即使在最热月仍有闲置的空调机组，同时，水泵选型过大或水泵选配电机功率过大，低效率运行，浪费能源。另外，多台冷冻水泵并联运行时，没有根据供冷负荷的变化调整开启台数，而是无论冷负荷大小，都是按最大冷负荷运行冷冻水泵，白白浪费了电能。故在设备选型时可应用新型变频冷冻机组或冷冻水泵，从而降低系统在低负荷运行状态下的能耗。

3 结语

综上所述，目前，在中央空调系统方案设计以及节能优化过程中，不仅要保证空调管理系统具有较高的运行效率，还要满足人们正常的工作，供正常的生活需求，在最大范围内实现能源的节约。现阶段，在系统空调系统运作过程中，要充分考虑能耗，做好全方位的设计和管控工作，并采取有效的措施。做好能耗分项计量设计、实现冷却塔智能控制设计、做好水泵智能控制设计以及冷热源智能控制系统的设计，在最大范围内实现系统的节能和管理，明确系统的设计方案，实现行之有效的节能措施，减少不必要的能源浪费，在满足人们正常需求的同时，还能有效地提高资源的节约效率。