中央空调系统节能改造及合同能源管理研究

中央空调系统节能改造及合同能源管理研究

张帆

广东一也节能科技有限公司 510520

摘要：中央空调有多种能耗形式：高容量设备的低工况运行、水泵功率高、余热浪费、管道腐蚀、内壁洁污等。节能改造方法：冷源优化、设备改进、余热循环利用等。本文燕岭大厦空调系统节能改造为实例，研究中央空调改造方法，引入合同能源战略，增加空调运行节能性，发挥能源管理价值。经实践发现：节能改造方案，可有效降低案例项目42%的能耗；合同能源10年期，会产生较高的节能减排效益。

关键词：合同；能源；空调

引言：国内建筑规格大于500亿平方米，90%建筑项目处于高能耗状态。以空调工程为视角，开展节能工艺设计，具有较强的市场发展潜能。节能战略逐渐成为国内发展的主要内容，顺应国家节能发展需求。中央空调是多数大规模建筑配置的温度调节设备，能耗较高，一般在建筑能耗总数中占比50%左右。因此，以节能工艺为主，加强中央空调功能改进，融合节能设计思想，合理控制能耗。

1中央空调能耗表现

1.1高容量设备，低工况

中央空调作为多数建筑功能完善的必要设备，系统组成有：压缩机、水泵、风机等^[1]。结合能耗量，制冷主机产生的能耗较大，其次是风机，水泵能耗较小。如果在低工况运行环境中，选用高容量设备，会增加空调能耗。由于全年温度变化所形成的冷负荷波动较大，而空调系统设计选型时，一般按照当地历年极端最高/最低气温平均值作为计算依据。为了防控极端气候问题，在负荷测算时增加安全系数，形成了低工况运行环境中，高容量设备运行，增加空调能耗。

1.2水泵功率高

多数中央空调程序实际运行时，会发生流量高、温差小的情况。冷冻水与回流水之间的温度差额减少，不大于3摄氏度，相比设计值5摄氏度有一定差距。产生水温差距较小的现象，主要是由于负荷端用冷情况发生变化，而系统供水往往采用工频运行，实际负荷端用水量减少，水泵工频下能耗相对负荷量占比增大，形成能源消耗问题。

1.3余热浪费

（1）在公共区使用的空调类型，多为混合式。此种空调在运行时，新风与少量回风相互混合，在空气处理后，由风管系统传动，将新风传送至目标房间，少量回风直排建筑外。在向建筑外排风时，室内外温差，形成较多余热排出问题。（2）在空气处理程序中输入新风前期，如果未有序进行预处理，会增加冷量消耗，形成能源浪费。（3）部分冷凝设备产生的热量，如果未加以循环利用，将热量直排至室外环境中，会增加能耗。

1.4设备问题

空调运行时产生的较高能耗，主要是设备性能改变。（1）冷冻系统中，冷冻水补水程序处理时，混入空气中的多种成分，比如氧气、细菌等。在系统长时间运行时，引起冷冻机组、输水管路等位置发生腐蚀现象，部分管道内壁有结垢情况。（2）冷却水系统中，在冷却塔程序作用下，传输冷凝热至室外环境，冷却水与室外空气进行热量交换，会使部分空气进入冷却水程序，空气中夹带着氧气与细菌，对输水管路形成腐蚀作用，形成水垢。当水垢厚度增加0.1毫米时，空调系统制冷能力会削弱14%，由此降低换热器的热量交换能力，造成空调机组运行效率低下问题，无法有效保证机组、管道的运行周期。

2空调节能优化措施

2.1制冷源优化，合理选择主机类型

（1）在冷负荷测算时，采取逐时计算方法，结合建筑实际情况，选择匹配的安全系数，综合获取空调冷负荷，确保制冷主机选用的合理性。（2）如果制冷系统性能一般，可采取联合机组配置方法，在空调运行处于低工况状态时，使用制冷量不高的程序，减少能耗浪费，降低空调运行成本。（3）在改进空调主机采用磁悬浮空调主机，减少主机综合能耗30%以上。

2.2设备改进，优化设备与大功率能耗

（1）设备改进时，采取“确保温差、控制流量”的方法。一般情况下，空调系统水温差设计为5℃，管路节能改进时，通过变频控制水泵，确保管线压力，通过调节阀门控制进出水水温在5℃左右，以有效控制管路流速，降低水泵能耗。（2）针对水泵负荷不高、长时间运行带来的高能耗问题，可使用水泵与风机，开展变频节能设计。借助温差调节设备，有效测定各节点冷冻、冷却两种水的真实温度，在变频器接收水温差结果。在部分负荷条件下，采取转速调整方式，合理运行控制水泵，确保实时流量的控制效果，依据需求完成制冷。（3）通过将老旧破损的冷却塔更换成节能、高效性的冷却塔，并通过系统优化控制，合理且高效利用冷却塔。水泵、冷却塔等较少综合能耗10%。

2.3余热利用

在循环利用余热时，可使用热回收设备，让新风与输出风高效交换热量，降低新风处理产生的制冷能耗，以此调低制冷设备容量。在余热回收程序添加后，能够高效利用50摄氏度左右的生活用水，缓解室外环境热污染问题，提升余热利用有效性，实现余热节能目标，获取较高的能源利用效果。

3借助合同能源方法，空调工程改进实例

3.1项目概况

2019年燕岭大厦空调系统节能改造项目

现有运行状况

主机：3台日立螺杆机组：300RT(2003年）、120RT(1993年）、180RT（1996年）。夏天极限负荷开机300RT+180RT，一般情况常年开机300RT,过渡季节开1台120RT，全年开机360天24小时，机组设备已使用10年以上。

 辅助设备：冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔暂（无变频设备）

3.2空调系统检测

现有空调设备使用时间较长，将近20年，存在严重的设备性能老化问题，以水泵、控制柜为代表，故障问题频发，无法保障空调系统运行的平稳性，制冷能效较低。通过对空调系统配置的合理改造，预计节能40%以上

3.3节能方案

3.3.1主机改进

通过更换空调主机，降低主机能耗。增加1台450RT的水冷磁悬浮变频离心机作为空调制冷主机，保留现有螺杆机作为备机。改造后使用磁悬浮机组，既完全满足客户制冷需求，降低了空调运行费用，又控制了改造成本。主机能耗下降30%。

3.3.2管网改进

更换管道使用的各种过滤设备，使用零阻规格的过滤设备，优化管网设计，减少管路折弯数量，提升空调能效，降低能耗。在管网优化中，共去除折弯管路12处，增强了管网分布的合理性。

3.3.3水泵、冷却塔改进

更换现有冷冻水泵、冷却水泵并增加变频控制，更换高效冷却水塔。原用冷冻水泵流量为215m2/h水泵3台，更换为流速286m2/h的水泵2台。原有冷却水泵流量275m²/h水泵3台，更换为流速357m²/h的2台。水泵、冷却塔综合能耗下降12%。

3.4节能效益

节能改进后，通过对一年空调能耗对比，节能量约42%。

改造前：耗电量1485975KWh/年。改造后：耗电量859131KWh/年。改造后：耗电量859131KWh/年。改造节能率=（1485975-859131）/1485975=42%

3.5合同能源节能方案

3.5.1合同能源管理

通过对整个空调系统改造，并为空调系统提供节能型设备，优化系统工艺，建成合作投资关系。合同能源周期为10年。合作双方以节能为目标，节能研发单位向用能主体给出节能优化方案、原料供应、运维养护各项服务^[3]。

3.5.2收费方式

（1）收益计算方式：（优化前空调运行耗电量-优化当年空调耗电量）×电价。耗电量以年度消耗量为计算方式。（2）节能收益计算方法：优化后前1-3年，合作单位投入9成节能收益；第4-6年，合作单位投入8成节能收益；第5-10年，研发单位循环利用6成的节能收益。

3.5.3节能效益

1. 经济效益。现阶段，改进后的空调项目已运行两年，节能比例达到42%，节能性显著。

2. 设备效益。原有空调设备运行时间较长，各环节设备有老化现象。增设节电空调主机、节能水泵等，显著降低了空调能耗，减少空调故障问题。

（3）优化后的空调项目，每年可节能用煤量219吨，降低温室气体排放量将近600吨。具有较强的节能减排效果。

结论：综上所述，节能改进方案是减少中央空调能耗的关键措施，合理能源战略具有一定能源管理优势，应在诸多建筑中推广使用，逐步提升中央空调能耗控制效果，开启空调节能的新局面。在实例工程中，水泵、冷却塔改进项目，节能比例达到12%，整体节能率达到42%。以合同10年期为依据，能够有效减少燃煤量，合理控制温室气体排放，打造生态型空调运行系统。

参考文献：

[1]梁晓英,袁磊.合同能源管理在中央空调节能改造中的应用分析[J].科技创新与应用,2021,11(27):191-193.

[2]王宇,张桂蓉.合同能源管理在医院老旧中央空调节能改造中的实践与思考[J].重庆医学,2021,50(08):1426-1428.

[3]龚艳林.某医院中央空调系统节能改造及合同能源管理[J].节能,2019,38(04):4-5.