成都某研发中心空调系统节能改造

成都某研发中心空调系统节能改造

赵红军

（绵阳职业技术学院信息工程系，四川，绵阳，621000）

【摘要】通过对成都某研发中心空调系统的节能诊断，发现该中心存在主机运行效率偏低、水泵能耗偏高、设计不合理、管理混乱等问题。针对以上问题，结合空调节能新技术提出了改造方案。改造后实测年节能率达到了35%，每年可节省电耗62万kWh。

【关键词】研发中心；空调系统；节能改造

建筑与空调系统概况

该研发中心是一座集办公、信息机房、会议、餐饮为一体的综合性办公楼。其建筑面积约3.5万平方米，空调面积约2.2万平方米，建筑顶标高为96米，建筑层高4.2米，地上20层；地下2层，为设备用房和车库。

夏季空调设计负荷为3150kW，空调系统冷源采用3台300RT螺杆式水冷机组。空调系统为两管制，办公室末端为风机盘管加新风，信息机房、会议及餐饮为全空气系统。夏季供水设计温度为7/12℃，系统共设4台冷冻泵，其中1台备用。

1．研发中心能耗分析

研发中心2012年单位面积的用电量为124.8kWh/(m2.a)，信息机房应按生产能耗或特殊功能电耗计，扣除该部分特殊功能电耗，单位面积的用电量仍为105.5kWh/(m2.a)，仍大于成都市平均单位面积耗热量56.2kWh/(m2.a)[1]，具有一定的节能空间。

结合设备实际运行功率和运行记录，对研发中心各分项设备的能耗进行了统计，结果见图1。从图1中可以看到，空调系统能源费占大楼总能耗48%，作为建筑节能研究的重点。

图1研发中心各设备能耗分项统计

2．空调系统节能诊断

2.1制冷主机性能测试

对大楼典型日空调负荷进行测试，结果如图2所示。从图2可知系统最大负荷出现在13:00~16:00中，约为560RT；在夜间22:00~06:00负荷约为350RT。通过分析运行记录和实测电耗数据，可知1#冷机2012年平均COP只有3.8，2#和3#主机年平均COP为4.3。

图2大楼典型日空调负荷图

2.2冷冻水泵性能测试

该空调冷冻水为一次泵系统，4台定速冷冻泵并联，3用1备，运行时与冷机一一对应开启。3台冷却塔位于裙房7层屋顶。系统形式见图3所示。

图3空调系统形式示意图

冷冻泵的额定扬程为42m，额定流量200m3/h，额定功率37kW，额定效率71.4%。经现场测试发现：冷冻供回水温差为2.8℃，远小于额定值5℃。同时，冷冻泵的实际运行流量为380m3/h，运行扬程为22m，运行效率为50.2%，实际运行工作点偏离设计工况点及最高效率点，这是工程中典型的小温差、大流量现象，造成水泵能耗的增加。

2.3地下室排风系统测试

地下室共B1、B2两层，每层设送排风系统，主要负责地下车库通风。地下送排风风机兼消防使用，选用定速风机，风机风量及功率如表1所示。

3．空调系统改造方案

3.1制冷主机配置优化

根据大楼典型日的负荷分布，在夜间约需要350RT的供冷量，从现有的运行策略来看，夜晚均是开启两台主机供冷，额定负荷为600RT，负荷率偏低，COP较低。同时1#主机效率明显偏低，需要更换或返修。为了更好的使主机负荷与大楼需求匹配，现将1#主机更换为100RT的高效螺杆冷水机组，主机COP为5.90，一级能效。在夜间或过渡季节时可采用一大一小主机搭配运行，在负荷高峰时期，两台300RT主机联合运行，从而提高了主机的负载率及运行效率。

3.2水泵变频控制

针对冷冻水泵存在过流及水系统存在大流量、小温差现象，对3台冷冻泵加装水泵变频器，控制策略如图4所示：

图4冷冻泵控制策略

通过比较压差设定值与实际压差，将结果输入至通用的PID控制器，PID控制器输出相应的水泵频率，安装位置如图5所示。采用水泵变频，虽然水泵效率较最高效率点略有下降，但是水泵流量和扬程均下降，水泵功耗会显著下降。考虑到主机最低流量要求，变频器变频范围设置为35~50HZ，当水泵频率为35HZ时，系统压力仍过大且未到减机条件时，此时压差旁通阀开启，旁通部分流量。

3.3冷却塔免费制冷

根据西南地区的气候条件，在冬季或过渡季节室外湿球温度小于10℃，而且干球温度大于0℃，冷却塔免费制冷成为了可能。考虑到研发中心信息机房需要常年制冷，且基本为显热负荷，几乎不需要除湿，因而冷却塔免费制冷具有较大优势。

为了避免开式系统水质对末端的影响，本工程采用冷却塔间接免费制冷。

将板式换热器与制冷主机并联，并分别在冷冻、冷却水主管上设三通阀。当主机制冷时，往板式换热器支路关闭，反之亦然。

3.4车库智能排风系统改造

针对排风量过大的情况，风机能耗偏高，在地下车库排风系统每层增加2个CO传感器，通过探测车库CO浓度来控制排烟（风）风机的启停。

图5变频器及压差传感器安装位置示意图

为了避免风机频繁启停与保证空气质量，设定为CO浓度大于25ppm时，排风机开启，当CO浓度小于10ppm排风机关闭。当发生火灾时，由消防中心优先发出指令，智能排风系统不起作用。

4．空调系统改造后节能效果

根据以上空调节能改造方案进行了系统改造，并对研发中心2014年1月~12月改造后空调系统的运行能耗状况进行了监测，结果表明2014年全年空调系统的能耗为115万kWh，较改造前减少了约62万kWh，节电率高达35%。成都地区商业用电按0.8元/kWh计算，本项目每年预期节省能源费用约49.6万元，改造总成本约为144万元，项目静态回收期为2.9年，节能效益明显。

5．结论

通过对成都地区某研发中心进行现场调研及节能诊断，提出了针对该中心的改造方案：1)将1台300RT低效率的制冷主机改为1台100RT高效制冷主机；2）增设冷冻水泵变频措施；3）利于冷却塔间接免费制冷；4）增设地下车库智能排风系统；5）机房BA系统升级改造。通过以上方案改造，该研发中心减少了空调系统能耗约62万kWh/a，节电率高达35%。该节能改造案例的成功实践，可为成都地区其它类似大型公共建筑的节能改造起到借鉴与指导作用。

参考文献：

[1]孙立，戎向阳，余南阳等.成都市办公建筑能耗调查与分析[J].制冷与空调.2009,23(3):94-98.

作者简介：

赵红军，男，硕士研究生，讲师