大型中央空调系统节能设计及应用论述

大型中央空调系统节能设计及应用论述

周斌

杭州市设备安装有限公司浙江杭州310000

摘要：在当前全面提倡节能减排的新形势下，大型中央空调系统的节能改造是非常重要的一项课题，对其能源系统的设计进行优化，避免不必要的能源浪费，全面提升中央空调系统运行的效益。对此，本文将对企业大型中央空调系统节能设计及应用进行论述。

关键词：中央空调系统，节能，设计

大型中央空调已成为建筑体系内的能耗大户，有数据表明，中央空调与整个建筑的能耗比已达到40%～70%。因此大型中央空调系统的节能改造已成为当今社会所必须面对的一个问题。传统的负荷估算法是中央空调系统设计普遍采用的方法，通常按照最大负荷的需求进行设计，而且系统流量并不能调节，致使中央空调系统能耗居高不下，造成不必要的能源浪费。

1中央空调系统概述

中央空调系统的能耗受季节、使用时间、环境条件、人流量以及设定的控制工况和控制精度等多种因素的影响，过程要素之间存在着严重的非线性、大滞后及强藕合关系。整个中央空调系统是一个随机的时变性的、非线性、多变量的复杂系统，难以用精确的数学模型或控制方法进行描述。因此本文拟从中央空调系统节能设计的角度，谈谈中央空调系统的节能设计及其应用。由于传统的、单一的节能控制技术在解决多变量、非线性、时变的中央空调系统这种复杂的系统面前总是出现顾此失彼的情况，无法系统、全面地实现中央空调系统的全面优化控制与综合节能，而基于模糊控制技术的智能控制，通过负荷预测的办法去消除大惯性、大时延的影响具有自学习、自寻优和自适应的优化控制功能，使冷冻水系统能对输出能量进行动态控制并实现冷负荷的动态跟随调节，实现空调主机冷媒流量跟随末端负荷的需求供应使空调系统在各种负荷情况下，既能保证末端用户的舒适性，又能最大限度地节省系统的能量消耗。

2中央空调节能设计要点

2.1科学设计室内参数

合理设计室内温度、湿度值是节能的重要方面。选用全年固定设定值的方式，对于大部分工业空调及几乎所有舒适性空调来说，冬天嫌设定值偏高，夏天嫌设定值偏低，而冬天把空气处理到偏高的设定值显然要消耗更多的热量，夏天把空气处理到偏低的设定值也要消耗更多的冷量。因而采用全年不变的室内设定值的方法，既不舒适又浪费能量。所以，对于室内温度设定值并不需要全年固定不变的大多数空调对象，可以采用变设定值控制的方式。例如，冬天可加热加湿到舒适区的下限，夏天可降温去湿到舒适区的上限，在过渡季节采用设定区控制方式，可以节约大量能量。为了节约能耗，空调房间室内温、湿度基数，在满足生产要求和人体健康的情况下，夏季应尽可能提高，冬季应尽可能降低。设定区间越大，按设定区控制的节能效果也越大。

2.2冷热负荷设计

在中央空调系统施工图设计阶段，必须进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算。负荷计算应采用动态的计算方法，依据实际负荷情况选择合适的冷热源。由于系统冷热源及设备在部分负荷下的性能对系统节能有重要影响，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。设计的空调系统的冷热负荷设计过大，设备选型没有充分考虑空调系统的负荷特点和设备性能，空调机组容量、管道直径、水泵配置、末端设备设计偏大，导致投资、运行费用增大。而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。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。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，都是按最大冷负荷开动冷冻水泵，白白浪费了电能。

2.3空调水系统的设计

设计人员应重视水系统设计，对每个水环路进行水力平衡计算，对压差相差悬殊的回路要采取有效措施，保证各环路水力平衡，避免水力、热力失调现象，认真校对和计算空调水系统相关参数，切实落实节能设计标准的要求值，利用电动二通阀对经过空调末端的水流进行控制，使流量随负荷变化而变化，积极推广变频调速水泵，冬、夏两用双速水泵等节能措施。近年来的研究结果表明，加大供回水温差使输送系统减少的能耗大于由此导致的设备传热效率下降所增加的能耗，因此对整个空调系统而言具有一定的节能效益，不仅要杜绝大流量、小温差现象，还要逐步引入小流量、大温差的设计方法。由于加大供回水温差，设备的运行参数发生变化，设计方案要经过技术经济比较后确定。

3中央空调节能技术措施的具体分析

3.1空调机组

空调机组是智能建筑中耗能最多的设备，其运行方式不同，应从以下几个方面考虑空调机组的节能：（1）全年运行系统的工况自动转换。根据室外气候条件和空调系统的不同结构及其工艺的不同要求进行工况的转换，一般以焓值作为转换的判断条件，通过调节空调运行参数来实现。（2）控制器参数选择。合理选择每个回路的PID参数，使之具有良好的响应性能，或选择各种先进的控制算法，提高控制系统的性能指标。避免控制回路总处于不断调节或响应过程慢等不利影响，既浪费能量又影响执行器的寿命。（3）多级控制的有效配合。对有些系统具有中央空调机组外，在房间配有再加热盘管（特别是工艺空调）实现单独调节，此时应合理地选择控制方法及配合关系控制送风温度，防止中央空调送风的温度过低，而房间再加热的能量浪费现象发生，应考虑整体系统的节能效果。

3.2冷水机组

通过计算机对楼宇内外环境温度、湿度实时测量及对楼宇热惯性的预测，确定最优化的设备启、停时间。此项措施预计可使主机、水泵、冷却塔风机平均每天减少运行时间。同时根据楼宇冷负荷变化，通过变频装置调节冷冻水、冷却水的流量及风机类设备的风量，也可使主机负荷下降，从而控制机组运行台数。

3.3热水系统

（1）锅炉系统。首先，根据供暖需求量，通过开关锅炉的台数进行控制；其次，根据室外温度对供水水温重新进行设定，减小能量消耗；第三，采用变频泵调节供水量，以适合负荷变化。

（2）热交换器系统。首先，根据空调负荷的大小，通过变频泵调节供水量；其次，通过一个室外恒温器，当负荷减少时重新设定供水温度，当热水泵不运行时，通过流量开关联锁把两通阀关闭。

3.4变风量系统（VAV）

变风量系统是当房间的热湿负荷低于设计值时，保持送风参数不变而通过减少送风量的办法来保持室内的温度不变。与定风量空调系统相比，它减少了再热量及相应的冷量，而且，随着各房间的送风量的变化，系统总送风量也相应变化，可以节省风机运行能耗。此外，根据变风量空调系统运行的特点，在计算空调系统总负荷时，可以考虑各房间负荷发生的同时性，还可适当减少风机容量。

变风量系统控制可以分为两个部分变风量末端控制和变风量空调机组控制。一个好的变风量空调系统，除了精确的设计计算，合理的系统布置，到位的施工安装外，选择一个最佳的控制方法也很关键。在工程实际运用中，采用较多的有：定静压控制法；变静压控制法；直接数字控制法；风机总风量控制法。

通过对中央空调系统节能设计的研究分析，我们可以发现，在当前各种条件下，该项工作的顺利进行，有赖于对其多项关键环节与要素的充分掌控，有关人员应该从中央空调系统应用的客观实际需求出发，研究制定最为符合实际的节能设计实施策略。

参考文献：

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[2]王艳军.浅析中央空调系统中的节能设计要点[J].环球市场，2017（1）.

[3]冯振忠.关于医院中央空调节能设计的研究[J].建筑工程技术与设计，2018（14）.