公共建筑中央空调系统节能设计探讨

公共建筑中央空调系统节能设计探讨

赵解楠

湖北省武汉市 430000

摘要：高大空间建筑空间跨度大，室内热环境情况复杂，温度梯度较明显，气流组织的设计尤为重要，若设计不当，空调系统在运行时就会出现工作区冷热不均的情况，影响设备的正常运行及工作人员的热舒适度，造成能源浪费。因此，合理地设计高大空间的气流组织对于提高人体的舒适度和降低空调的能耗具有重要意义。在实际工程中，分层空调系统设计方案是较常见的高大空间建筑通风空调气流组织方案。

关键词：空调系统  节能设计

中图分类号： TU96.3    文献标识码：A

引言

中央空调是现代高层建筑中重要的电气设施，发挥着制冷系统抵消室内环境热负荷、制热系统提供室内环境所需热量的重要作用，能够为业主提供更为舒适、高效与便捷的建筑环境，有助于提高业主日常生活质量。与此同时，中央空调系统的运行能耗较大，普遍占据高层建筑 80% 以上的电能消耗量，建筑总体使用成本有待降低。文章首先梳理了 PLC 与变频器的节能原理，对 PLC 及变频器在高层建筑中央空调节能改造项目中的应用情况开展探讨，包括冷水机组节能改造、空调水系统变水量调节、冷却水泵节能改造、冷却水与冷冻水系统节能改造、冷却塔风机和中央空调系统末端节能改造。

1公共建筑中暖通空调设计中的难点

1.1暖通空调控制系统设计差

随着社会的不断发展和进步，社会大众的生活质量显著提升，人们在追求精神生活的同时对物质生活的要求越来越高，这就需要相关行业在实际发展过程中更加注重节能减排，为人们的生活工作创造一个良好的环境。而暖通空调作为公共建筑中一个不可缺少的部分，其在实际的使用过程中如果不具备节能的特点，就会产生资源的浪费，这不仅违反了我国当前节能能源的发展原则，同时也会增加公共建筑整体运营成本，不利于其经济效益和社会效益的获得。实际的公共建筑暖通设计过程中，由于市政工程项目在暖通设计方面没有予以重视，这就导致大部分市政水处理工程在暖通空调系统设计中还存在较多不合理的地方。在具体的设计过程中，部分项目由于在实际的设计作业中没有安排专业性的暖通工程师参与实际设计施工过程，同时，也没有结合公共建筑的实际情况，对暖通空调的使用范围以及地点没有进行合理化设计，这导致暖通空调的设计不能够满足技术要求，同时也会致使其控制系统的运行较差，这使得其系统水平无法得到进一步提高，同时，也会对暖通空调的后续运行造成不利影响。与此同时，大部分暖通工程师的意识薄弱，不重视暖通设计的各方面情况分析，例如，供暖管道路由设置不合理等设计不科学，这会很大程度上影响后续公共建筑的热水供应与制冷，同时增加运营成本。

1.2公共建筑温控难度大

在公共建筑暖通空调的设计过程中，由于其占地面积较大，且屋内的室内建筑高度较高，因此，在温控设计过程中还存在着很大的难度。在暖通空调的实际设计过程中，一般需要在大空间建筑内进行控温介质输送，但高度较高则会造成系统不稳定的问题，还会增加管网水平运输的压力，从而导致公共建筑室内温控效果较差。此外，由于公共建筑一般设计都较高，尽管这有利于厂房内的采光和生产建设，但建筑层高使得空间内温度上下梯度变化较大，暖通空调的送风效果也会出现相应的偏差，大部分工业厂房建筑结构设计也存在不合理的地方，存在着很多能源浪费的情况，这很大程度上影响了暖通空调运行效率的提升。同时，在公共建筑中，还需要开展送风系统的设计，在这个过程中一般都是采用上送下回的方式来进行大空间的整体温控，但在实际操作过程中，由于公共建筑中的送风位置、数量以及送风口的选择有一定的难度，一般需要根据实际情况进行调整，这种方式难以对重点送风位置进行风量的增加，这会极大程度上增大暖通空调设计的复杂性，不利于公共建筑温控效果的提升，对后续系统节能设计也会造成一定的阻碍[1]。

2PLC及变频器在高层建筑中央空调节能改造中的具体应用

2.1 冷水机组节能改造

在高层建筑中央空调系统中，冷水机组起到提供制冷制热效果的作用，由压缩机、膨胀阀、蒸发器以及冷凝器等部分组成，控制水与冷媒开展热交换反应，吸收水中热负荷来降低水体温度，在压缩机作用下将热量带到冷凝器并通过风扇散失到室内环境空气当中，起到制冷效果，或是在压缩机作用下向冷凝器带入热量，水体和冷媒产生热交换反应后通过水管向室内环境带出热量[2]。在传统中央空调系统中，主要存在着冷水机组运行台数控制不便的难题，需要采取手动控制与群控方式，由人工根据建筑室内环境温度与中央空调系统运行需求来调节冷水机组的启闭状态，难以调节具体的机组启动台数；由于室内环境所需冷热负荷量处于动态变化状态，在绝大多数情况下，都存在实时启动的冷水机组台数过多的问题，进而加大系统运行能耗，并影响到系统制冷制热效果。为解决这一问题，需要在建筑中央空调系统中安装PLC可编程逻辑控制器，以实现冷水机组智能群控功能。PLC装置通过传感器、电功率计、热电偶与温度自记仪等装置，持续采集现场检测信号，在输入采样环节与用户程序执行环节依次读入全部的输入状态及数据，顺序扫描梯形图进行逻辑运算，输出逻辑运算结果，全面掌握中央空调系统实时运行工况与建筑室内环境情况，在室内温度达到一定标准后输出启动冷水机组的控制指令，根据室内所需冷/ 热负荷量来设定机组启动台数，根据室内温度波动情况来实时调节机组投入台数，并在室内外温度高于或低于设定要求时停止冷水机组运行，以达到冷水机组节能效果。此外，可以使用PLC装置的定时启停控制功能，在中央空调自动控制系统编程环节，编程人员根据掌握信息来预测不同时段的高层建筑室内环所需冷/热负荷量，在程序中预先导入定时控制方案，在到达特定时间点后由PLC装置输出指令，控制特定台数的冷水机组切换至启动状态，持续统计机组运行时间，在累计或持续工作时间达到额定值后，自动关闭冷水机组

[2]。

2.2冷却水泵节能改造

在冷却水泵节能改造环节，需要组合应用到 PLC装置与变频器设备，结合高层建筑中央空调系统运行情况，预先采取手动调节方式开展冷水水泵变频调试试验，手动将变频器设备调节至不同频率，同步观察冷却水量、冷凝器出水温度变化情况，根据试验结果来设定变频器的最小、最大工作频率等运行参数，以冷凝器出水温度为例，出水温度与变频器工作频率保持正比关系，出水温度越高，则变频器工作频率越高。随后，将温度变送器与变频器保持连接状态，由PLC装置自温度模块来采集冷凝器出水温度、回水温度等中央空调系统运行数据，计算出回水温度差值，向温度变送器输出控制指令，由温度变送器将温度变化转为电压发送至变频器，以此来调节变频器工作频率，实现温度实时控制目的[3]。

结束语

在现代高层建筑工程中，PLC控制器与变频器的应用，对中央空调节能改造目标的实现有着重要意义，可以最大限度节省电能与提高中央空调系统的自动化程度。在中央空调改造过程中，应结合工程情况，制订科学的现代化中央空调节能改造方案，发挥 PLC及变频器的节能效果，降低中央空调的能耗[4]。

参考文献：

[1]张亦昕.公共建筑暖通空调设计与节能分析[J].中国设备工程,2022(12):108-110.

[2]缪家琦,李超,施志领,贾红卫,宋子曌,张志军,王正玉.高大空间公共建筑分层空调系统气流组织设计分析[J].安装,2022(06):45-47.

[3]朱文卿,欧阳广彬.基于国标的空调节能效果测评研究[J].上海汽车,2022(04):51-55.

[4]黄丽敏,黄杰超,兰丽玲.PLC及变频器在高层建筑中央空调节能改造中的应用探析[J].造纸装备及材料,2022,51(03):25-27.