某大厦空调制冷设备运行状况分析及节能改造方案
2015-03-10陈娟
陈 娟
（天津市颐和城市建筑设计有限公司 天津 300381）
1 建筑概况
某大厦地处北京市南站商业区中心地段，采用中央空调系统采暖制冷；夏季房间设计温度25°C，冬季设计温度18°C。大厦主楼地上26层，总高70m，总建筑面积计16845m2，空调供应总使用面积13724m3，大厦房间主要包括办公室、会议室和设备间等。
1.1 中央空调系统概况
大厦中央空调系统主要由2台溴化锂吸收式直燃机组、配套冷却水泵、补水泵、冷水塔、风机盘管，夏季冷水泵和冬季温水泵采用一套水泵。冬季采暖、夏季供冷均由安装在房间内的风机盘管送风提供，空调末端送风方式采用风机盘管+开窗通风方式，每天运行8小时。
1.2 直燃机运行规律
直燃机采用市政供应天然气为燃料，机组夏天运行时间为7：00～18：00共11个小时，周六日和节假日停运；冬季运行时间为6：00～18：00共12个小时，其他时间直燃机低负荷运行，在供暖季节温水泵保持常开不停，防止管道和系统结冰。直燃机配套冷（温）水泵、冷却水泵均未采用变频设备,水泵软启动后定流量运行。
表1 空调系统主要设备参数：
2 能耗统计概况
大厦对于空调系统燃气和用电、用水做了统计，汇总的统计数据如下：
表2 直燃机冬季供暖空调系统能耗
从上表可见，大厦单位建筑面积冬季燃气供暖能源（燃气+电）合计为50.2+5.2=55.5kW·h/m2年
表3 直燃机夏季供冷空调系统能耗
从上表可见，大厦单位建筑面积夏季燃气供冷能源（燃气+电）合计为：
2.1 大厦直燃机燃气消耗评估
2.1.1 供冷当量满负荷运行时间=天然气制冷年均耗量/额定流量=555h
根据换热量公式：Q=c*m*(t2-t1)，查运行数据记录，取直燃机最大供回水温差3°C，
直燃机供冷量Q1=4.2kj/kg℃*193.5m3/h*3°C*1000kg/m3=677kW
全年实际供冷量Q2=Q1*555h=375874kW·h
燃气消耗热量Q3=366420kW·h,溶剂泵等消耗热量Q4=10*555*0.6=3330kW·h
则制冷季节COP1=375874kW·h/（366420+3330）kW·h=1.02
2.2.2 供热当量满负荷运行时间=天然气制热年均耗量/额定流量=1056h
根据运行数据记录，取直燃机最大供回水温差2.5°C。
直燃机供热量为：P1=4.2kj/kg°C*193.5m3/h*2.5°C*1000kg/3600m3=564kw
全年实际供冷量P2=P1*1056h=595591kW·h
燃气消耗量P3=844810kW·h,溶剂泵等Q4=10*1056*0.6=6336kW·h
则制热季节COP2=595591kW·h/(844810+6336)=313020/369750=0.70
根据有关统计，北京市冬季写字楼燃气采暖消耗指标约为9m3/m3年,夏季写字楼燃气制冷消耗指标3.2m3/m3年～4.7m3/m3年,从表二、表三可知大厦冬季采暖和供冷燃气消耗量指标均低于北京市指标，处于正常范围。但是，大厦直燃机季节制冷和制热效率较低，需采取加大供回水温差,减少燃气消耗等措施，提高直燃机季节能效比系数。
2.2 节约燃气措施
2.2.1 直燃机本体多处破损，漏热、漏冷严重，需将直燃机本机体保温全部更换。
2.2.2夏季适当提高室内温度，如室内温度由24°C提供到25°C，可节约燃气量0.3μ/m3。
2.2.3 夏季根据天气变化适当提高直燃机冷水温度，冬季根据天气变化适当降低供热水温度。
2.3 水泵输送系统电耗现状评估
2.3.1 直燃机配套冷（温）水泵、冷却水泵均未采用变频设备,软启动后定流量运行。
2.3.2 根据数据统计，全年大部分时间冷（温）水供回水温差处于3°C以下，远低于设计温差5°C，冷（温）水泵电机表面温度计指示温度60°C，水泵流量存在过载现象。
2.3.3 根据数据统计，大厦冬、夏季节90%运行时间内，冷却水供回水温差处于4°C以下，低于设计温差5°C，冷（温）水泵电机表面温度计指示温度50°C。
2.4 水泵节电措施
2.4.1 冷却水泵、冷温水泵增加变频器调速
中央空调系统设计时按天气最热、负荷最大时设计，且留有10%～20%左右的设计余量。在实际使用中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样，冷冻水、冷却水系统长期在大流量、小温差的状态下运行，造成了能量的极大浪费。
根据流体力学原理：水泵的流量Q与转速N成正比，压力H与转速N的二次方成正比，轴功率P与转速N的三次方成正比：
如根据负荷变化，保持直燃机冷却水、冷（温）水、进出口温差5°C不变，对水泵加装变频调节器，将水泵转速（循环水量）作为被调参数，由变频器进行变频调速，对冷却泵、冷（温）水泵系统流量调节，即将原来工频运行50Hz改为45Hz运行，水泵运行功率将相应降低并节能:
表4 水泵变频节能效果对比
综合以上：年变频节电量为14634kW·h+10976kW·h=25610kW·h 2.4.2大厦冷却水循环泵、冷温水泵所用系列为2000年出品的老式Y系列电机，大厦冷温水泵、冷却水循环泵系统管网特性与系统不匹配，外壳锈蚀，且使用年限已久，应更换为新型高效电机。
3 结语
综上所述，考虑到水泵效率、季节影响等因素，直燃机冷却水泵、冷（温）水泵变频年节能率按24%计算，年节约电量约25610kW·h。
冷水泵和温水泵分开设置，则冬季节电量按10%计算，节电量约4500kW·h。
高效电机节电1%计算，则全年节电量约5000kW·h。
三项措施合计全年节约电量25610+4500+5000=35110kW·h，经济效益3万元，折合标煤11.7t。
