基于商场中央空调冷源系统运行能效优化

韩鹏

【摘要】商场随着经济的发展在城市中如雨后春笋般快速发展，但与此同时，商场数量和规模的不断增大，商场中的能源消耗也与日俱增，其中，中央空调的能源消耗占据了总能源消耗的一半以上。于是，根据商场本身的特点，对商场中的中央空调系统的冷源系统进行能效优化，可以为商场节省大量的能源。本文通过结合某商场示例，对现运行情况出现的问题进行分析，并给出合理的优化建议以供参考。

【关键词】商场；中央空调冷源系统；运行能效优化；群体控制

一、引言

随着空调的普及，其能源消耗量大的问题也日益突出。在公共建筑中，中央空调更为常见，冷源系统作为中央空调系统消耗能源最大的部分，它并不能随着建筑内的动态进行自我调节，因此冷源系统的运行效率也普遍偏低，会造成能源的浪费。所以中央空调的节能问题成为了亟待解决的首要问题。解决冷源系统能耗大，提高其运行效率，进行能效优化对于商场这类大型公共建筑的运行成本的控制有积极的意义。

二、中央空调冷源系统

中央空调冷源系统是向建筑内制造冷空气的设备，现下冷水机组一般作为中央空调的的冷源系统，有很明显的几个缺点：1）冷水机组与空调系统同时运行，电网负荷的波峰和波谷之间的差距增大；2）冷水机组按照最高的冷负荷设计，而空调本身的冷负荷是波动的，所以当空调的冷负荷很低时，冷水机组的运行效率很低，浪费能源情况严重。可以使用蓄冷设备与空调的冷水机组一起使用，两个装置同时使用来作为空调的冷源系统。当夜间气温较低时，冷水机组在制冷的同时蓄冷设备将制得的冷量存贮，而当在需要开启空的白天，蓄冷设备可以将黑夜所存贮的冷量释放，在白天可以代替冷水机组的运行，这样可以降低资源的消耗，还可以规避白天的用电高峰期。中央空调系统的冷源系统可以采用以下几种设备配合方式：

1.普通的单独冷水机组

在当前的大部分公共建筑内的中央空调都采用的是这种冷源系統，它的缺点十分明显，已在前面讨论过就是浪费能源，而优势就是相比于其他新兴技术更加的成熟，更加节省空间。

2.冷量由蓄冷设备和冷水机组共同提供

该方式也是在前面讨论过的，其特点就是冷水机组避开用电高峰期，在夜间制冷，蓄冷设备存储冷量，在白天需要空调开启是，冷水机组和蓄冷设备一起供冷，但同时又以冷水机组为优先供冷的设备，蓄冷设备作为补充，超出冷水机组的冷量由蓄冷设备提供。这种方式一般用来降低冷水机组的负荷最大值，冷水机组相比于一般的冷水机组规模更小，从而节省该项工程在最初的投资。

3.冷量全部由蓄冷设备提供

这种方式相较于前一种更加彻底，冷水机组只在黑夜制冷，并由蓄冷设备存储所有的冷量，在白天空调运行时，蓄冷设备供冷而冷水机组不工作，该项方案是蓄冷设备的优先级更高，一般是在冷水机组制冷的消耗高于蓄冷设备的消耗，在电网处于波谷时用电可以在很大程度上节省能源的消耗，减少成本。

三、冷源系统可行的节能方案

当前，中央空调的冷源系统在节省能耗时一般采用的自动群控的控制方式，换句话说，就是利用特定的数字控制器和冷水机组进行信息交互，依据实际的当前负载以及其他等来控制冷水机组的运行与否，其他的一些辅助装置也有直接的数字控制器来一起控制。

1.根据负荷和供回水温差控制机组数量

当许多台冷水机组并联在一起同时运行时，最主要的节能方案就是要尽可能的使冷水机组保持满负荷量的状态运行，这就是对于冷水机组的数量控制，也是前面提到的群控的重点。

下面的图一是对冷水机组数量控制的方案。该方案的中心思路是使冷水机组的制冷量与用户所需的冷量相匹配。所以，想要采用这种方案，必须在使用前实际的测量出用户所需的冷量来确定所需的冷水机组的数量。

当前比较常用的控制机组数量的方法有：测量负荷法、测量负荷以及供水和回水的温差法、测量负荷和供冷水温度再设等。第二种方法（具体见图一）应该是最为合适的，它测量了负荷并了解到供回水之间的温度差，更能具体的体现出用户对中央空调冷量的需求，用它来作为控制机组数量的标准。图中的头机指的是每一天第一台启动的冷水机组，△t1、△t2和机组的负荷的确定可以由商场内的具体情况来进行适当的改动。值得一提的是，其中供回水温差指的是每个冷水机组的供回水温差，而并非是总水管的供回水温差，这样做的原因是其他并联的未启动的冷水机组并不会对公会水温度的测量产生误差，同时也能减少由冷水机组到总水管时水的能量损失，这样能让数据更加准确说明问题。

2.利用机组信号和反馈信号进行控制

图二所示的控制流程图中与一般的控制流程图的最大区别就是关闭电动蝶阀这一步骤放置在了停止水泵步骤之后。这样做的主要原因是在空调运行的实际过程中，先停止冷却水泵再关闭电动蝶阀，能起到保护电动蝶阀并且避免对管道造成很大压力的作用。在并联的多台冷水机组同时运行时，应按照顺序依据冷水出水温度依次对每台机组调整负荷冷水出水温度，其中的一台机组的冷水出水温度调试到合适值的时候，应给予该主机一个间歇停止工作的时间，若在该时段内负荷一直保持较小的状态，则不用再开启这台机组，同时可以通过机组的关闭信号，在有一段延迟后，控制关闭水泵等辅助设备以及关闭电动蝶阀。如果一台冷水机组由于设备问题而导致停止工作时，要考虑到的第一个问题就是设备可能因为低温超过允许值而导致停机，这种情况下，出于保护蒸发器的缘故，水泵不会停止工作，不是因为该问题而出现故障的话，配套的水泵等设备也会停工。与前面只控制机组数量的方案相比，该方案还考虑到水泵等设备，更加周到，不仅节省能源还能保护整体的系统。

四、具体案例分析

1.案例概述

下面根据某商场的中央空调系统的具体情况讨论具体的能效优化方案。某商场的中央空调冷源系统采用三台冷水机组进行供冷，机组的具体情况为电制冷机组、冷冻水泵系统、冷却水泵系统各三套，电制冷机组为离心式冷水机组，设计供回水温为12℃/6℃，制冷量780Rt，电动机输入功率443kW，电压390V；冷冻水泵系统电动机额定功率160kW，功率因数0.87-0.89，水泵额定流量908m3/h，扬程48m；冷却水泵系统电动机额定功率132kW，功率因数0.88-0.89，水泵额定流量908m3/h，扬程32m。冷源系统已经在2003年投入使用，截止到目前已经工作了13年，三台冷水机组的使用情况是两台使用，一台备用。参照本商场的营业时间是从上午七点到下午八点，在需要供冷的季节冷水机组要连续运行的时长为13时，即从上午六到下午七点。