大型公共建筑空调系统能效提升方案初步研究

大型公共建筑空调系统能效提升方案初步研究

沈小玲

江苏鸿诺智能科技有限公司 江苏省南京市 210000

【摘要】以冬冷夏凉地区为例，初步研究本地区各种中央空调系统结构设计案例，对各种结构特点、建设费用、运行管理费用、适用场合等进行综合比较分析，对系统存在问题进行总结和分析，完成中央空调系统现状与问题分析及相应的解决方案。

【关键词】设备综合对比分析问题总结解决方案

大型公共建筑一般指建筑面积2万平方米以上的办公建筑、商业建筑、旅游建筑、科教文卫建筑、通信建筑以及交通运输用房。如大型商业广场，医院，写字楼，科教馆，市民中心等。本篇文章主要针对长江流域冬冷夏热地区进行选型研究。

1主机设备选型方案

1.1离心机组的运行特点

离心式制冷机组的主机是离心式制冷压缩机，其流量远大于容积式机械。具有速度快、单机重量轻、冷量大、体积小、冷量调节经济方便、通常35%~100%负荷无级调节、易于掌握自动运行等特点。离心式制冷机组的缺点是：（1）不适用于小制冷量（2）工况狭隘（3）易发生喘振

1.2螺杆机组的运行特点

目前螺杆式冷水机组的COP值与离心式冷水机组接近。加之螺杆机组零部件少、耐流体冲击能力强、运行稳定等特点，其产量稳步增长。螺杆式制冷机组适用于高低温区间，包括空调和商用制冷设备，长期以来以R22制冷剂为主。最近，许多制造商开始使用R134A制冷剂。最近，尤其是在欧洲市场，出现了使用R407C和R404A作为制冷剂的螺杆式冰箱。

1.3吸收式机组的运行特点

（1）以天然气等为驱动能源－燃烧效率高，对大气环境污染少

（2）可实现能源消耗的季节平衡

（3）无需添加或更换制冷剂

（4）运行成本低于离心机等电力中央空调机组，但是不节能

（5）维护费用远低于电力空调

（6）冷量的调节与相应的能耗控制更合理

1.4地源热泵机组的特点：“三最一高”

（1）最经济——各种免费低位热源，系统节能30％-60％以上

（2）最环保——大量减少二氧化碳等气体排放，无环境污染

（3）最稳定——大地作为冷热源，无冷却塔或锅炉设备，受环境影响小

（4）高效比——不仅系统能效比高；且可一机多用途

1.5土壤源热泵优缺点：

（1）系统利用土壤中恒定热源，系统稳定性好，系统寿命周期长

（2）换热效果优异，季节性波动小

（3）系统初投资相对较高（300～350元/M2）

（4）对于场地面积要求比较高

（5）土壤的冷堆积/热推挤现象较为严重，技术难点较高

1.6模块化风冷冷热水系统

模块化风冷冷热水系统最近非常的受欢迎，因为其设计采用了模块化，装配方便，便于运输和吊装，在节省了人工成本的同时还节约了材料。同时行模块机与行模块机可以互用，一旦机器无法正常运行也不会产生任何影响；无需集成水管、风管即可对所有房间供冷，避免病毒相互交叉感染；随着行业的不断发展，模块化风冷冷热水系统已实现分区分层来进行设置，在夜间或一些特殊情况下只有少数房间需要空调时，可开启多台主机，避免“一下子打开”。风冷系统的热泵模块机使用的是效率最高的制冷部件，如板式换热器、涡旋压缩机等，结构很紧凑。

1.7磁悬浮水冷机组

磁悬浮离心式冷水机组的优点是：没有摩擦损失，效率比传统螺杆式冷水机至少提高35%；精确的智能控制单元，可实时控制工作状态，使用方便；使用无毒无污染制冷剂；无需润滑油，这大大提高了机组换热器在运行过程中的传热效率；制冷剂也无润滑油，这使得机组能效大大提高，因此不再需要复杂的润滑油添加系统；低噪音，可实现极低噪音运行；节能效果非常明显，这使得运营成本大大降低。

新建空调项目若采用磁悬浮离心冷却器，其节能效果一般保持在30%以上，节能率最高达到65%。既有建筑空调节能改造项目的节能率为15%—40%。作为良好节能效果的磁悬浮空调技术，值得被大力推广。

2主机设备综合对比分析

目前在国内使用的空调形式上主要有风冷热泵中央空调系统，水冷式水冷机组+锅炉系统，地源热泵中央空调系统，VRV系统和直燃型溴化锂空调系统。以下分别作简单的比较：

3现状及解决方案

3.1空调系统用能存在的主要问题

（1）暖通空调系统设计存在的问题：空调系统的风系统普遍使用风机盘管加新风系统或者全空气空调系统。部分设计未对新风进行定量分配，导致一些房间风量不足，一些房间风量过多；部分设计对空调系统的全年节能运行也没有进行充分考虑，新风进风面积过小。主机采用水地源热泵机组，未充分考虑不流动的湖水换热效果不好，未充分考虑土壤源热平衡的问题。水系统采用恒水流量系统，由于水流量由设计时最大冷负荷供回水温差决定，所以常年运行时极少出现最大负荷，大多在部分负荷下运行，所以经常出现流量大，温差小的情况。

（2）空调系统管理方面存在的不合理处：部分项目是人工管理的，这导致控制参数的滞后，产生了浪费。运行管理员的责任心不同，不同的管理人员，系统的能耗大小不同。公共办公场所使用空调时存在很多不好的使用习惯：人走空调开，夏季低温运行，冬季高温运行。从人体的舒适性角度来讲，夏天室内外最佳温差约5℃可预防由于室内外温差相差太大而引起的感冒。此外公共办公室空调使用率高，因此其损坏率也特别高。对空调温度合理调节、对空调运行科学管理，不仅可以营造健康舒适的室内环境，满足日常学习、工作、生活及娱乐的需求，还可以节约能源，保护环境。

（3）建筑没有考虑空调系统的热回收。末端方面由于新风的引入，空调环境必然要将一部分室内空气排掉，排气的温度相对大气温度有一定的温差，这部分直接排掉，造成能源的浪费。

（4）设备陈旧老化：原有的设备陈旧老化，能效比降低，耗电量增大，难以满足现在高效负荷的要求，同时具有安全隐患。

（5）末端设备新风口设计不合理：原有的新风口未实际连接风管取新风，新风机效果不好，噪音大，如同虚设。

（6）水地源热泵机组冷热不平衡问题：节能是水地源热泵的特点，主要表现在主机能耗低于常规冷热水机组，所有的外部条件为稳定的工况是水源热泵系统选型的依据，单位面积上的冷热负荷都考虑得相当小。理论上来讲，在系统冷热不衰减的时期是可以的，但是长期工作的效果很难保证。

3.2暖通空调的整体解决方案：

中央空调系统解决方案有：

（1）中央空调智能控制

大楼的自动控制系统与中央空调系统相连，中央空调系统的主机等设备与大楼的实时负荷相匹配，全系统的动态水力平衡控制，确保室内温湿度符合要求，尽可能节约能源，降低人工成本，实现安全运行、易管理、一键启停。

（2）主机房模糊变频控制

主机房模糊变频控制系统主要对冷冻机房中的耗能设备实施节能运行群控。主机的启动策略可以综合判断机组的效率，系统可以统一进行控制决策和判断，自动启停各系统，为多机组、多系统提供灵活性。单位。提高各机组的群控和能效；冷冻水冷却系统温差修正、压差保护，冷机效率计算等基础上综合控制，实现变流量运行。

（3）冷/热量回收

回收室内空气的冷/热，末端利用热回收交换设备进行热交换，热交换在新风处理前和排风前进行，可减轻新风机组的负荷；主机采用热回收机组，可以制取免费的生活热水。

（4）空调系统结构性分析，提出合理解决方案

根据项目现场勘察情况，针对空调系统存在的问题，分析空调结构性提出改进建议：如采用地源热泵冷热量平衡，优化控制逻辑或建议更换主机；湖水源热泵需采用流动水源换热性能更好或更改成冷却塔改善换热；设备使用年限很长，能效低，建议更换新设备；采用带有热回收功能的机组等有效解决方案。

（5）变新风量空调系统

利用温度较低的室外新风抵消部分冷负荷，节省空气净化能耗；新回风以最小新风比例混合后，当送风温度超过湿度时，采用改变新风量的方式混合，新回风湿度满足送风要求，无需采用降温加湿方式维持室内湿度。

（6）对分区原则的管理

随着室内热湿负荷与室外条件不同，大多数空调系统须支持多工况分区，以确保四季处于最佳的热湿处理状态。夏天和冬天充分利用室内回风，以保持最小新风量；过渡季节充分利用户外的自然调节能力。

（7）中央空调系统的维护保养离不开对其元件和应用部件的功能分析，从水系统，主机部分，末端设备三大块进行主要的维护与保养；针对三大块，安装相应的检测和检测探头，如压力传感器，温度传感器，液位传感器，压差传感器等等，对系统故障进行及时故障报警和维护保养提醒，使用户及时了解系统工作状态，及时解决并安全高效地运行。然后，结合使用过程中的常规检查和保养，定期清扫、清洁、更换相关零件，同时对故障进行检测和排除。引进高素质的运行管理人员来提高经营管理人员的专业技术水平是暖通系统的正常运行和实现运行节能的基本保障。

3.3整体效果

通过整体解决方案和优化控制，可以提升整个中央空调系统。中央空调系统的节能，使改造后的所有空调实现整体节能，性能安全稳定，全面提升了空调效果；通过自动化控制，实现无人看管，“一键启停”，人工操作得以减少，管理便捷，设备维修率得以降低。

中央空调末端计量监控系统可有效促进用户合理使用空调，实现空调末端节能控制。还可以进行分户或房间专用中央空调计量、节能管理、能耗定额管理等功能，并可远程控制。当室内负荷为冷负荷，且室外空气值低于室内空气值时，可利用新风作为“免费冷源”，既可改善室内空气质量，又可降低制冷能耗。调节空调系统新风量，节省空调能耗。加强能量回收利用，实现能源利用率最大化。可大量节省冷冻机或锅炉的能耗。投资少，投资回收期短。

【参考文献】

1、《高校公用建筑空调系统的节能探讨》袁玉斌、卢银絮，2015年

2、《公共建筑暖通空调系统节能设计初探》2020年

3、《从高校能源管理看空调系统的节能改造》杨毅，苗升伍2011年

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