中央空调系统节能改造工程

耿东喜

（广电总局机关服务局，北京 100866）

一、前言

随着经济建设的飞速发展、人们生活质量的不断提高，空调的应用日益广泛和普及，空调系统的能耗逐年增加。目前，大型公共建筑空调系统能耗已占到整个建筑能耗的40%—60%，当今能源和环境问题已成为制约社会发展的关键问题。空调系统的节能已成为节能领域中的一个重点和热点。

二、工程概况

广播大楼空调系统建于1999年，是属于旧楼加固维修新增空调系统，该系统空调建筑面积6000平方米，冷热源主要由制冷机、冷温水系统、冷却水系统、供油系统，制冷机采用远大直燃机。

型号：BZ150ⅦBCH1

水泵型号：WILO-NP150/315V-55/4；WILO-NP150/400V-90/4

三、中央空调系统存在问题及改造措施

由于本系统制冷机采用直燃型（燃油）溴化锂吸收式制冷机，由于近年来油价飙升，其价格翻了几倍，近年来空气污染越来越严重，而此类燃料经燃烧后排放大量的氮氧化物、二氧化硫及废气等污染物。该项目的实施，将燃油改用天然气后对环境改善起至关作用。

通过对大楼各分项的电量数据，结合相关设备运行记录以及一些经验公式，对数据进行了进一步的分析处理，得出了各个用能系统能耗份额，如图1所示。

针对以上耗能问题分别对直燃型（燃油）溴化锂吸收式制冷机进行油（柴油）改气（天然气）改造；循环水泵进行变频节能改造。

（一）水泵变频节能改造

1 水泵变频节能改造的必要性

水泵类设备在其应用领域中，往往根据不同的生产、生活需求采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样，不论系统需求大小，水泵都以全速运转，而运行工况的变化则使得能量以调整阀、回流阀、截止阀等节流损失消耗掉了。水泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负荷出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。

积极推进以更换新水泵和装配变频器为主要内容的水泵变频节能改造项目的实施，较好地发挥变频水泵系统提高用电效率、降低用电需求、优化用电特性方面的作用，不仅在缓解电力供需矛盾上做出了积极贡献，而且日益成为落实科学发展观、建设资源节约型社会的重要措施。

2 水泵变频节能原理

系统在部分负荷下运行时，通过拉大供、回水温差，减小水流量，同时维持空调系统负荷不变，来节约水泵的电能。即水泵通过变频，在小于工频的状态下工作，降低水泵输入功率（小于额定功率），节约电能。

水泵的转速与流量、扬程及功率之间的关系可表示如下：

式（1）～（3）中：Q0、H0、n0、N0分别为水泵在额定工况下的流量（m3/h）、扬程（m）、转速（m3/h）、功率（kW）；Q1、H1、n1、N1分别为水泵在实际工况下的流量（m3/h）、扬程（m）、转速（m3/h）、功率（kW）。

可见，水泵的流量Q与转速n成正比（温差Δt与转速n成反比），扬程H与转速n的二次方成正比，而轴功率与N与转速n的三次方成正比，由此可见，水泵的转速降低，可以节约大量的电能。系统运行时，系统主机大部分时间在非满负荷（部分负荷）状态下运行，换热器所需的换热量也随着减少（水量不变时温差变小），此时如果维持机组热水温差不变，可以减少热水流量（即减小水泵的转速）。因此，通过水泵的变频控制来改变水的流量可以节约电能。

3 中央空调系统进行变频改造方案

根据实际运行情况水泵长年的运行，严重偏离原有水泵的工作点，且相差较大，造成电机功率过高，存在大量能源浪费。将原有水泵NL150/315V—55/4：NL150/400V—90/4撤除。

根据现有水泵实际运行工况，结合水泵原设计额定工况，经分析考虑水泵并联的运行参数特性和系统的稳定运行，选新型水泵。水泵型号：NL150/315-45/4；NL150/315-45/4。

4 中央空调系统进行变频改造的优点

本节按照上节中的改造方案与现有水泵在测试当时工况下运行的能耗及费用进行比较分析。

（1）设备运行情况

空调系统水泵运行时间每年120天，日均运行12h。冬季供暖系统水泵运行时间每年120天，日均运行24h。

（2）现有水泵年耗电量（kW·h）：

现有水泵年耗电量： 559440（kW·h）

（3）按改造方案改造后水泵年耗电量（kW·h）：

由于采用变频措施，改造后水泵年耗电量： 265643（kW·h）。

（4）改造方案水泵节能率：

（5）节能改造后每年节约的资金：节能改造后年节约资金= ΔW·Y ΔW：年节电总量（kW·h）

Y：电价（元/kW/h），此处按0.8元/kW/h计算

图1

节能改造后年节约资金= ΔW·Y=293797×0.8 =235038（元）。

（6）节能改造增加的纯投资：

增加的纯投资=X1。

X1：改造设备、施工和设计费（元）

节能改造增加的纯投资=X1= 729227（元）。

（7）节能改造后长期节约的资金：

节能改造后长期节约资金=U+V+W+S。

U：过去因压力有时过高而损失的阀门和管件费用（元）（此项目不涉及此项）。

V：减少高压泄露过多的耗费（元）（此项目不涉及此项）。

W：杜绝电机损坏和联轴器故障，减少维修费用（元）。

S：因减少供水故障而提高的生产效益（元）。

W+S：按照老旧系统平均每年普通维护支出8000元计算。

本项目节能改造后长期节约资金=U+V+W+S=8000（元）

（8）计算出采用节能改造项目投资回收期：

节能改造项目投资回收期

（二）直燃型（燃油）溴化锂吸收式制冷机进行油改气改造

1 项目概况

直燃机房位于大楼东翼地下一层，机房内设有三台直燃机组，燃料为柴油。直燃机组排烟经竖井排至屋面。机组为大约60000多m2的建筑提供冷源和热源，同时肩负着大楼A区的卫生热水的供应工作。全年24h不间断运行。

油改气项目根据相关设计规范，直燃机房的土建、结构、暖通、电气、消防都要进行相应的更新改造。

2 项目的可行性和必要性

（1）根据《锅炉房设计规范》GB 50041-2008第15.1.2条的土建要求的规定“锅炉房的外墙、楼地面或屋面，应有相应的防爆措施，并应有相当于锅炉间占地面积10%的泄压面积，需要进行直燃机房土建结构改造以达到泄爆面积要求。

（2）因将燃料改为天然气后，根据现场实际情况及《锅炉房设计规范》GB 50041-2008、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB 50058的要求，直燃机房内相应的暖通设备和电气设备需要进行更新改造，以适应燃气锅炉房的设计规范要求。

（3）根据现行《高层民用建筑设计防火规范》第7.6.6.1条的规定，高层建筑内的燃气锅炉房的消防系统也要随之更新改造，已达到消防设计规范要求。

3 改造方案

（1）加固工程

在机房的东墙上开一个42m2泄爆口，同时对洞口进行加固。

（2）土建工程

在空调机房东墙外侧做出了南北走向泄爆通道，两侧泄爆口总面积约为42m2，达到消防主管部门关于泄爆面积必须大于机房总面积10%的要求。

（3）电气工程

机房原照明灯、墙上插坐改成防爆型。

（4）消防改造

在控制室加装七氟丙烷设备。

（5）暖通工程

将机房原送风、排风、排烟系统全部拆除，按规范设计新的系统。

（6）更换直燃机燃烧器

将原燃烧机更换为德国原装燃气威索燃烧机，同时添加燃气阀组和电气控制系统，具备多级安全保护功能。对使用天然气的直燃机房，消防上也无特殊要求，机房现有送、排风系统可以利用，另需增加手提干粉灭火器、泄爆口及燃气泄漏报警装置（由燃气公司负责安装），一旦发生泄露马上自动启动排风系统，并自动截断天然气入口总阀，确保机房安全。

4 经济性分析及社会效益

（1）经济性分析

柴油热值为10200kcal/kg，天然气热值为8600kcal/m3，1kg柴油的热值相当于1.186m3天然气。柴油按均价8500元/吨，天然气按2.7元/m3计算：每公斤柴油可节省1×8.5-1.186×2.7＝5.3元。2013年直燃机柴油耗量约为460t，则可节约燃料费用460×1000×5.3=2438000元。

（2）社会效益

天然气作为清洁能源，不含一氧化碳，也比空气轻，采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而大大改善环境污染问题；天然气作为一种清洁能源，无残液、无污染、无硫化物产生、推广和普及天然气有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。

结语

本项目经过现场测试、数据分析，结合水泵系统实际运行管理情况，我们提出了改造方案，推荐更适合系统的高效水泵并装配变频器，节能率可达52.5%，3年即可用节省的费用收回改造投资。通过改造后回测空调系统水泵运行正常，水泵运行能够满足空调系统的负荷要求，水泵节能效果明显。采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而减少大气污染，改善空气质量， 节约能源费用约43%，取得良好的经济和社会效益。

[1]广电总局空调水系统节能改造方案报告[Z].北京飞捷利达科技有限公司.

[2]苏明哲，张存泉.变频节能技术在空调水系统中的应用[J].供热制冷，2004.