上海某商务大楼中央空调系统节能改造研究_杨成宇

上海某商务大楼中央空调系统节能改造研究

杨成宇

(上海海事局上海航标处，上海201208)

摘要：中央空调系统的运行能耗与室外气象条件、空调房间的使用率、空调设备本身的能耗等因素有关。空调系统的负荷全年处于动态变化中，而空调系统的设计及设备选择通常是按最大负荷进行的，再加上设计人员选用的安全系数偏大，导致主机容量偏大、管道直径偏大、水泵配置偏大、末端设备偏大的四大现象，能量消耗增加。本文以上海某商务大楼中央空调系统节能改造研究为基础，探寻节能改造的实用途径。

关键词：中央空调系统;系统节能;节能改造

中图分类号：TU83文献标识码：A文章编号：1003－5168(2013)15－0114－01

1上海某商务大楼基本情况

商务大楼总建筑面积为26000㎡，空调使用面积22000㎡，现有房间283间，主楼为25层，目前入驻率不到50%，高峰入驻率可达90%。其中2011年油、电总费用约595万元；2012年油、电总费用约622万元。

2能耗分析

经过半年多的能源审计及能耗设备使用监测，在商务大楼的制冷系统、供热系统、供电系统等能源消耗系统存在如下问题：

（1）中央空调系统的负荷是一个始终变化着的量，末端负荷的频繁波动，造成系统的运行状态偏离空调主机的最佳工作状态，增加系统的能源消耗。目前，商务大楼的中央空调系统没有对能耗的监测手段与调控能力，不论冷（热）负荷大小如何变化，中央空调都只能在设计的额定状态下运行，系统能耗始终处于设计的最大值，造成大量的能源浪费。

（2）输送系统，包括冷冻泵、冷却泵、采暖泵等，采用传统的定流量控制方式，一直工作在额定方式下。输送系统始终处于能耗最大的工作状态，造成能源浪费。

（3）末端设备，如新风机、送风机、风机盘管等，采取的是定风量控制方式，不论热湿负荷如何变化，末端设备始终工作于能耗最大的状态，造成能源浪费。

（4）商务大楼的空调供暖系统、生活热水系统的热源均为燃油锅炉，对环境污染严重，且随着油价的不断攀升，油耗费用迅速上升。

（5）锅炉烟气余热、制冷机组高温余热、蒸汽冷凝余热直接排放，造成余热的大量浪费。

（6）商务大楼存在多个不同的功能区域，例如大堂，会议厅，餐厅，健身区等，人流量各不相同，但因目前只有单一的人工启停操作手段，只能采取相同的供冷供热方式，造成很大的能源浪费。

3节能改造解决方案

针对商务大楼存在的以上问题，建议对中央空调和供热系统采取以按需生产、合理输送、实时控制、综合优化的节能改造总体设计思想为目标，以能耗监测计算数据为节能改造依据，将管理节能手段、技术节能手段二者结合起来进行综合节能优化控制，达到以最小的投资实现最多的节能。

3．1对原中央空调系统的节能改造。实时监测冷负荷的变化；对于中央空调的输送系统，包括冷冻泵、冷却泵、采暖泵，根据冷（热）负荷的变化实施台数控制和变流量控制，合理输送冷（热）量；对于末端设备，如新风机、送风机等，采取变风量控制方式。对于的风机盘管，可采用专用数字式控制器，对送风速度和冷媒水流量进行控制。

3．2对燃油锅炉为热源的采暖制热系统的节能改造。逐步停止使用燃油锅炉，代之以采用空调热泵机组和太阳能、热泵热水系统与电加热系统组合的新热源；对于生活热水系统的供水，采用太阳能集热器、空气热泵、电加热组合的方式制取洗浴热水，高效节能、节省费用，且环保；空调供暖采用空调热泵机组作为热源，取代原燃油锅炉生产装置；充分利用峰谷电价差进行空调热泵机组和太阳能热泵热水系统的生产调控，降低能耗费用。

3．3将制冷机冷却水余热回收利用。

3．4对于商务大楼的各个不同区域譬如大厅、餐厅、会议厅、健身房等，根据具体冷热湿负荷与使用状况，采取不同的控制策略进行分区控制，可以减少大量的能源浪费。

4具体改造内容

4．1加装制冷机群的切换控制与负荷最适控制子系统

通过优化排序、选择负荷分配控制策略，对冷水机组的负荷、运行台数自动进行动态的调整，使各冷水机组在50%－80%负荷下运行，从而达到显著的节能效果。

4．2加装冷（热）水输送泵变流量控制子系统

通过输送泵变流量控制柜实现多台泵之间的切换控制，在第一台泵从变频切到工频的同时，第二台泵开始变频启动。

4．3中央空调分区控制与末端控制改造方案

对不同功能区的分区控制，一般可通过中央监控计算机设置各分区不同开启时间、空调温度；可以按人流量、气候变化进行模型与算法控制，可以达到显著的节能效果。对末端（如送风机盘管）的节能控制，节能率可达到15%以上。分区控制通过一台带网络通信功能的PLC控制器加以实现。在该区域的冷冻水管道上加装电动阀，根据设备工况，还可加装输送泵。

4．4新风机与送风机变风量控制改造

采用变频变风量控制，具有节能效果好，投资少，施工量小的特点，因此可对大部分送风机和新风机进行变风量改造，可以得到很好的节能效果。

4．5新增中央空调采暖热泵机组

采用空调热泵热源机组，平均能效比为4．6，最高可达5．7，冬季最低为2．5以上；热泵机组采用双电子膨胀阀、数码蜗旋技术，适应环境温度－10 45?，出水温度45 60?可调，属高效绿色的新热源产品。

4．6新增太阳能集热器+热泵+辅助电加热的生活洗浴热水系统

采用新的热水系统替代原来的燃油锅炉生产热水。太阳能作为清洁廉价的替代能源，其优势十分明显，但它受到初期成本和安装空间的制约，并且集热效率取决于日照量。商务大楼可以安装500㎡左右的太阳能集散器。再修建一个保温储热水槽，利用低谷电价时段制造热水，加以储存，在用电高峰时段则停止加热，用储存的热水供热。从而达到节省电费的目的。

5结论

据估算，商务大楼全年用能总费用约为331万元；项目实施可年节费用约110．7万元。上述改造，需投入技术改造及设备资金约369．4万元，投资回收期约3．3年；扣除流转税、项目设计，系统集成及综合管理费、银行利息（设备保险费、担保费），项目投资回收期约在2年内。项目建设周期为90天—120天，本节能技改项目不仅技术上、经济上成熟可行，而且符合国家能源产业政策，具有广阔的市场。项目风险低，投资收益高，回收期短。其节能和环保效益可观。是一项利国利民的绿色环保工程，是当前建筑楼宇绿色酒店节能降耗的首选技改项目，是值得投资的低风险项目。

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