从高校能源管理看空调系统的节能改造

文｜南京天溯自动化控制系统有限公司 杨 毅 苗升伍

1 概述

随着全球经济的持续增长，建筑的资源消耗和环境效应日益严重；减少建筑能源消耗和污染排放、节约资源、保护环境、实现建筑与自然的和谐共存是我们共同面对的课题。近年来，随着我国高校教育制度的改革，大学校园的建设进入了一个高峰期，校园建筑从1978年的3.3×106m2发展到现在的超过3.0×108m2。由于功能的特殊性，校园建筑不仅有人员密集、能源消耗大等特点，在建设环境、建筑策划、使用管理等诸多方面也有独特的需求。要想实现校园建设的可持续发展，必须考虑应用新技术、新工艺、新材料，以实现节能、节水、节材、节地及资源综合利用的目标，促进资源的高效与循环利用。

总结天溯在智能建筑领域7年多的经验，要真正实现智能建筑的节能，应当根据客户不断增长的需求以及国家宏观政策，推出自主创新的智能建筑能源管理解决方案，集成楼宇自控、冷热源变频控制、照明节能控制、供配电以及多回路能耗计量系统等单项节能技术，为客户提供建筑电气节能设计、产品选择、工程实施以及运营管理全程服务，帮助客户将节能减排的指标切实转化为具体的计划、方案和管理制度。

分析天溯智能建筑能源管理解决方案可知，一套好的节能方案应该从能源规划、数据采集、分析诊断、节能控制、经验总结五个方面统一规划，消除传统能源管理重数据采集、轻分析诊断，重设备改造、轻节能增效管理等缺点，以实现能源使用安全化、能源消耗可视化、节能增效管理化。

（1）整体能源规划：在建筑规划阶段介入，强弱电相结合、系统化地设计建筑节能目标及实现手段。

（2）能耗数据采集：全面管理各类能耗及用能设备，建立全景数据库，为能源审计、节能诊断提供数据基础。

（3）节能分析诊断：整合各类建筑管理系统，构建节能数据模型，建立能源消耗评价体系，根据诊断结果制定节能方案。

（4）节能控制实现：落实节能方案，改造用能设备，管理用能习惯，使用智能化控制系统全面实现建筑节能目标。

（5）经验总结推广：重视数据积累与沉淀，为建筑后期改扩建提供规划依据，实现建筑持续节能。

2 高校能源管理

2.1 高校能耗特点

校园能源消耗具有比较明显的特点：电力能耗高峰冬季集中在1月份，而夏季集中在9月份；供冷、供暖季节的能耗高于过渡季节，夏季能耗高于冬季；夏季能耗高峰时间段与气象最热时间段并不重合，主要原因在于7、8月为暑假，学生大部分离校，学校用电量因此减少。

据调查发现，校园的各类能耗中，电力消耗在总能耗中所占比重最大。校园中的耗电设备主要为空调、照明设备、计算机、饮水机、电风扇、电采暖器、实验设备、电梯、生活水泵等。在全年的电能消耗中，各类设备耗电所占比例如图1（计算机、饮水机、电采暖器及电风扇的能耗计入办公能耗中，电梯和生活水泵的能耗算作其他能耗。数据参考南方某学校）所示：空调能耗在总的电力消耗中占比最大，达65.5%；照明、办公及其他能耗分别占总电力消耗的14.8%、14.4%和5%。

图1 校园各类设备耗电比例图

2.2 中央空调节能

通常情况下中央空调能耗占建筑总能耗的40%～60%，因此中央空调节能是建筑节能的重要手段。目前，各类建筑中的中央空调普遍存在“大马拉小车”的情况，即中央空调系统主机和水泵等设备的选型都大于系统实际负荷需求，这造成了大量能量的浪费。

中央空调系统常用节能改造技术手段主要有四种。

（1）中央空调自动控制

楼宇自动控制系统与中央空调系统集成联网，根据建筑实时负荷调整中央空调系统主机和其他设备，在保证室内温度和湿度满足要求的前提下，尽可能地节约能源。

（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内的耗能设备进行节能运行群控。由于冷冻机房设备的能耗占到建筑能耗的50%左右，因此主机房模糊变频控制技术在建筑中的应用非常有价值。

（3）冷/热量回收

将室内空气的冷/热量回收，可大量节省冷冻机或锅炉的能耗。冷/热量回收技术的特点是投资少，投资回收期短。

（4）冰蓄冷

冰蓄冷即在夜间用电低谷时段开启制冷机系统，将电力以冷量的形式储存在蓄冷设备内，在白天用电高峰时段将所储存的冷量释放到空调系统中去。应用冰蓄冷技术能有效平衡电网的负荷，移峰填谷，充分发挥电站的发电效率，节能减排。

校园对中央空调、空调器的使用主要集中在行政办公楼、图书馆、会议厅以及培训中心等公共活动区。

天溯智能建筑能源管理解决方案中的中央空调模块化能效控制系统通过分散式智能控制模块（冷冻水能效控制模块、主机开机策略控制模块、冷却水能效控制模块、热源控制模块、水力平衡模块、冷却塔能效控制模块）与中央能效控制软件的协同工作，最大程度地达到节能的目的：

◆ 冷冻水控制模块采用主机定流量运行、末端变流量运行，只改变集、分水器间流量的控制模式，解决了冷冻水变流量对主机系统构成影响的实质性难题；

◆ 主机开机策略控制模块可对机组群的效率进行综合判断，并交由系统统一做出控制决策判断，自动开启或关闭各个系统，为多机组、群控提供了方便，提高了各机组运行能效；

◆ 冷却水能效控制模块是建立在压差保护、温差修正、冷凝温度检测、冷机效率计算、低温变工况运行等基础上的综合控制模块；

◆ 水力平衡模块实现了全系统的动态水力平衡控制；实现了冷量的平衡配置，提高了空调舒适度；提高了系统的运行效率，实现了节能降耗；提供了灵活的冷量（热量）分配调控方式；

◆ 冷却塔能效控制模块通过对冷却塔进出水温度的环比，实时监控功率输出与温度变化的关系，计算出近似湿球温度值，作为当前冷却塔的最佳冷却目标，提升冷却塔整体运行效率。

系统可对制冷系统（冷源系统、冷却塔系统、冷水循环系统、冷却循环系统、冷水力平衡系统）、制热系统、温水循环系统、热水力平衡系统进行全面监控。

2.3 壁挂式或柜式空调节能

校园较多采用壁挂式或柜式空调机，采用分散控制；虽然控制比较灵活，但电能的浪费严重。据调查，校园大部分办公室夏季设定温度为20℃～24℃，冬季为26℃～28℃。美国国家标准局认为把夏季设定温度从24℃改为26.7℃，约可节约能量15%；把冬季设定温度从24.4℃～26.7℃改为21℃～22℃，约可节能18%。可见，为降低能耗，在满足工作学习和人体健康要求的情况下，空调房间室内设定温度，夏季应尽可能提高，冬季应尽可能降低。采用天溯智能建筑能源管理解决方案中的中央空调末端计量与监测管理系统可有效促成用户合理使用空调、实现空调末端节能管理。该系统采用电子控制技术与网络通信技术，实现对中央空调末端风机盘管的运行计时和智能化控制。系统以温控器为核心，集温度控制、运行计时、切断管理、集中监控、限温管理功能于一体，还可实现中央空调分户/室计量、节能管理、能耗定额管理等功能，可组网进行远程管理与控制。

另外，可以考虑在会议室、会客室、阅览室设置红外线感应器。如果这些房间在室内无人时没有关闭空调，红外线感应器可在检测到房间内无人后自行关闭空调。

通过对各子系统的优化控制和技术改造，整个系统可以得到以下提升：中央空调系统节能20%以上，所有空调在改造后整体节能30%以上；冷冻水低温保护、冷却水高温保护、故障报警等各种保护全面、安全稳定；空调效果借助分水平衡控制得到全面提升；借助全自动化控制，人工操作得以减少，设备维修率得以降低。

3 结束语

大学校园是个功能分区复杂的“小社会”，包括各院系集中布置的教学区及实验楼，由行政办公楼、图书馆以及培训中心等组成的公共活动区，由学生公寓、食堂、配套服务设施等组成的生活区，产研结合的科技园区，以及体育运动区和公共绿化区。各功能分区的单体建筑间既相互独立又相互影响，这是绿色校园建筑区别于其他绿色建筑的最大特点。因此，绿色校园的建设应综合考虑校园总体规划与建筑设计，应遵循可持续发展原则，体现绿色平衡理念，充分展示人文与建筑、环境与科技的和谐统一。