陕西省某商场空调系统的节能改造研究

贺静静

(陕西能源职业技术学院,陕西 咸阳 712000)

0 引言

随着现代公共建筑的广泛建设，针对公共建筑的空调系统节能设计也变得越来越重要[1]。在公共建筑的耗能中，暖通的耗能占比达到68%。大型中央空调作为暖通涉及的重要设备，耗能占比最高。虽然现阶段我国的大型公共建筑占我国建筑总面积的5%不到，但是其耗能占比超过了全国城镇居民用电量的25%[2-4]。

如何在保证公共建筑内的舒适性的前提下，最大可能地降低公共建筑的能耗，是现阶段建筑节能设计的重点[5-6]。

针对大型公共建筑的建筑节能在国内外已有过相关的研究[7-9]。乔富荣等[10]以东莞某办公建筑为例，针对集中式空调系统研究了一种空调节能分析方法。夏麟等[11]从空调和供暖的舒适度两个方面分析了上海某办公建筑的空调节能效果。刘鸣等[12]结合气候特性分析了蒸发冷却空调新风系统的应用。本文主要结合陕西省某商场空调系统，对其节能进行改造，并分析了其节能的效果。

1 空调系统能耗分析

设备的能耗主要通过以下公式进行计算[13-15]：

(1)

式中：P、U、I分别为空调设备的功率、设备的电压和电流；cosφ为功率因数。

制冷机和冷却塔的制冷量计算公式如下：

(2)

式中：Cp、ρ、Q分别为制冷机水的比热容、水的密度、冷却塔的冷却水流量；th、tg分别为冷却塔的回水温度和供水温度。

水泵的能耗η计算式为：

(3)

式中：Q、H、N分别为水泵的流量、水泵的扬程和水泵的轴功率。

2 某商场空调系统节能诊断分析

本次针对陕西省某商场空调系统的节能改造主要包含：拆除建筑内的部分结构，将原来的格局进行细微调整。为了满足商场的功能需求，在节能改造过程中加入了新风系统。为了对商场的空调系统有更好的认识，需要对其节能进行诊断分析。本文选择的测试仪器汇总表如表1所示。

表1 测试仪器汇总表

该商场的原有空调系统有2台制冷机组并行运行，分别为1号机组和2号机组，两台机组的额定制冷功率为1 920 kW。选择1号制冷机组进行测试，其冷水机组在不同测试时间点的制冷量和耗电量如图1和图2所示。

图1 1号冷水机组制冷量变化曲线

图2 1号冷水机组耗电量变化曲线

通过对机组的能耗值进行分析可得，机组在实际运行过程中其能效比约为4.9，满足规范设计要求。

3 某商场空调系统节能改造

本文设计的空调智能控制系统原理如图3所示。

图3 空调智能控制系统原理图

本次空调系统的节能改造主要有以下几个方面：首先是硬件系统的升级，增加了智能的控制箱，能够智能监控空调系统的状态；其次，在空调系统的风管上增加了传感器，主要用于感知空调系统调节的温度；最后，针对空调系统的控制信号阀门进行改造，智能控制空调系统的风量。

3.1 节能改造方案实施

空调水系统的改造主要是利用可编辑逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)智能控制箱代替原有的控制柜。PLC智能控制系统如图4所示。从图4可以看出：空调水系统体现在水管上的节能改造主要是增加了温度传感器，这样能够智能监测制冷机的能耗，避免室内温度过低或者过高，降低空调系统的整体能耗。空调水系统PLC智能控制箱能够监测空调设备的运行状态，对冷水机组、冷水泵和冷水塔等重要设备实施开关控制和远程的启闭。

图4 PLC智能控制系统图

3.2 空调系统的节能分析

商场改造后，空调系统7月每日室外气温及制冷循环耗能数据如表2所示。

表2 7月每日室外气温及制冷循环能耗数据表

从表2可以看出：商场空调系统的耗电量随着室外气温的增大而增大，整个7月室外温度波动较大；7月28日商场空调的耗电量最高，其当日的空调系统用电量达到了4 700 kW·h。

图5所示为7月当地最高气温与最低气温逐日变化曲线；图6和图7所示分别为制冷循环用水量、耗电量随室外气温变化曲线。从图6、图7可以发现：7月中的43 ℃为最高的气温。耗电量最低的是7月8日和7月9日，耗水量最小的时间是7月8日。在7月8日，其最高温度和最低温度之差为4 ℃。与耗电量最低的时间相比，其最高温度和最低温度之差比较接近。

图5 7月当地最高气温与最低气温逐日变化曲线

图6 制冷循环用水量随室外气温变化曲线

图7 制冷循环耗电量随室外气温变化曲线

本文设计的夏季某商场空调系统的室内温度为(25±1)℃。如表3所示为不同室内温度空调能耗的影响。

表3 不同室内温度空调能耗的影响

从表3可以发现：当空调室内温度由26 ℃降低至24 ℃时，其累计的冷负荷增加了6 029 kW·h。通过上述分析可知：改造后，商场空调系统的节能效果显著提高。同时，适当提高夏季室内温度的设定对于空调系统的整体节能量有明显的效果。

4 结论

本文针对陕西省某商场的空调系统进行节能改造。改造后的空调系统经过一年运行，其空调系统运行稳定，空调水系统能够智能控制，提高了系统运行的智能化，降低了人为控制的失误。增加的PLC智能控制箱可以实现空调水智能监测制冷机的能耗，避免室内温度过低或者过高，降低空调系统的整体能耗。

本文的主要结论如下:夏、冬季选择中央空调对商场的温度进行调节时，在满足室内新风量达到规范要求的前提下，不要随意提高最小的新风标准，节约能耗；在春、秋季的气温较舒适季节，尽量选择新风系统，以减少空调系统的负荷、降低空调系统的全年能耗。