大厦空调系统节能改造分析

周海峰

摘要：指出了在现代建筑中，空调系统的能耗常占到全楼总能耗的50%左右，空调系统节能改造对建筑的节能减排具有重要的意义。结合一座高层宾馆及公寓建筑的中央空调的运行情况，提出了相应的节能改造方案。

关键词：中央空调;冷水机组;冷却塔;变流量;节能改造

中图分类号：TU831.3

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）10-0169-03

1引言

自1973年世界石油危机以来，能源问题已经成为各国普遍重视的问题，并已被列为人类面临的四大生存问题之一。在全球能源消耗中，建筑能耗占了很大的一部分，据相关预测，到2030年左右，我国建筑能耗将达到总能耗的30%～40%，超过工业能耗，成为国家第一能耗大户口3。在现代建筑中，空调系统耗电约占建筑总耗电量的50%左右，而目前我国大量即有建筑空调系统老化，能效低，极为不利于建筑的节能减排、绿色环保，因此，对老旧建筑的空调系统进行新一轮节能改造势在必行。

2工程概况

工程项目位于北京市朝阳区酒仙桥路。总建筑面积2.7万m2，共17层。空调面积1.9万m2，建筑使用功能主要是公寓和宾馆，公寓面积1.5万m2，宾馆面积0.4万m2。

3空调系统配置情况

3.1热源

本项目设4T/h的燃气锅炉两台（一用一备），为大厦提供生活热水和冬季采暖。设2台换热面积为6.6m2的螺旋板换热器，为公寓提供生活热水;设2台换热面积为9.76m2的螺旋板换热器，为宾馆提供生活热水;设4台换热面积为6.1m2和2台换热面积为18.8m2的螺旋板换热器，为采暖系统提供60/50℃的热水。

3.2冷源

冷水机房设2台活塞式冷水机组，制冷量为774.6kW，耗功率为210kW，每台冷水机组配置7个压缩机，生产日期为1993年4月。设置2台流量为200m3/h冷冻水泵，2台流量为200m3/h冷却水泵，2台风量为146000m3/h的玻璃钢冷却塔，与活塞式冷水机组一一对应。

3.3末端

空调系统末端采用风机盘管加新风系统，共设545台风机盘管，21台新风机组。

4空调系统存在的问题

4.1冷水机组

大厦的冷水机组为活塞式冷水机组，生产于1993年4月，制冷量为774.6kW，机组额定COP为3.69，远低于《冷水机组能效限定值及能源效率等级》GB195772015的规定，具体规定见表1，冷水机组现场图片见图1。

从表1可以看出，由于冷水机组使用年限较长，其COP与现有的节能型产品（能效等级为2级）的COP有较大差距，制冷量范围在775kW左右的冷水机组COP的节能评价值为5.60，而大厦的冷水机组COP只有3.69，在为建筑提供同样制冷量的条件下，耗电量比现有活塞式冷水机组少50%，具有较大的节能潜力。

4.2冷却塔

根据和运行管理人员的沟通，得知在7～8月份期间，需要2台冷却塔同时运行，否则冷却水温度就会过高，但此时只开启一台冷水机组，且7个机头只运行4～5个，并没有满负荷运行，是什么原因导致要开启两台冷却塔，我们去上面看了冷却塔的布置情况，找到了问题所在。

（1）冷却塔四面被墙围住，只在南北面各开了一个洞口，每个洞口截面积为2.Om2，而一台冷却塔额定风量为146000m3/h。如果风全部从洞口进入冷却塔，洞口截面风速将达到20.3m/h，实际运行情况下，冷却塔需要的风量一部分通过洞口，一部分绕过四周的围墙进入冷却塔，通风严重不畅，冷却塔的换热效果很差，是造成只开启一台冷水机组，要开启两台冷却塔的主要原因。现场图片如图2。

（2）冷却塔的填料有结垢和破损的现象，也影响了冷却塔的换热效果，现场情况见图3。

4.3新风机组和风机盘管

大厦共设置21台新风机组，545台风机盘管。根据和运行管理人员沟通，得知在夏季，为减小冷水机组的负荷，进而减少耗电量，新风机组一直不开启，人员需要的新风靠开窗补充，室内的空气质量较差。

新风机组的没有安装水路电动调节阀，无法根據送风温度调节机组水管路的水流量。风机盘管也没有安装电动两通阀，不论风机盘管是否开启，其水管路始终处于畅通的状态。由于新风机组和风机盘管的水管路没有安装电动阀门，使空调冷冻（热水）系统的水流量始终是不变的，水系统也无法实现变流量调节。

5空调系统改造方案

5.1更换冷水机组

从前面的分析可知，大厦的活塞式冷水机组使用时间较长，额定COP只有3.69，已远低于现在冷水机组COP的节能评价值5.60的要求，冷水机组具有较大的节能潜力。根据现场调查和管理人员提供的冷水机组运行数据分析，在新风机组开启的情况下，大厦夏季空调冷负荷约为800kW，故我们选择制冷量为800kW的冷水机组作为对比分析的对象，参考大厦夏季冷水机组运行记录，从初投资、运行费用和可操作性方面改造方案进行了预评估，具体分析见表2。

从表2可知：更换一台冷水机组，原有的一台作为备用机组的方案，投资回收期为7.4年，经济性较好。且现在的活塞式冷水机组已使用近20年，快到设备的使用年限，建议更换。

5.2拆除冷却塔旁的部分墙体

从前面的分析可知，在7～8月份期间，在值开启一台冷水机组4～5个压缩机头的情况下，需要2台冷却塔同时运行，否则冷却水温度就会过高，冷却水温高的最主要原因是冷却塔四面被墙体围住，通风严重不畅，冷却塔换热效率差，是造成只开启一台冷水机组，要开启两台冷却塔的主要原因。针对这个情况，建议拆除冷却塔东面的部分墙体，解决冷却塔通风不畅的问题，夏季只开启一台冷却塔就可以满足空调系统运行的需求，具体分析见表3。

由于冷却塔四周的墙体为空心砌块砖，拆除费用不高，一个夏季就可以收回拆除墙体的成本，故推荐采用此方案。

在拆除部分墙体的同时，定期清洗冷却塔，清理冷却塔填料的污垢，也可以提高冷却塔的换热效率，节省电耗。

5.3空调水系统变流量

从前面的分析可知，新风机组和风机盘管的水系统没有安装电动阀，不论机组是否运行，其水管路始终处于畅通的状态，空调冷冻（热）水系统的水流量始终是不变的，水系统也无法实现变流量调节。大厦由于建筑用途主要为宾馆和员工公寓，同时使用率并不高，具备水系统变流量节能运行的条件。为实现空调水系统变流量运行，需在新风机组水管路安装电动调节阀，在风机盘管水管路安装电动两通阀，水泵加装变频器。大厦共设置545台风机盘管，21台新风机组，改造的经济性分析详见表4。

空调冷冻（热）水系统变流量运行，从技术上是可行的，有利于大厦空调系统的节能运行，但从表4可知，每年节省的运行费用与初投资相比，比较有限，可以在改造资金宽裕的情况下，分项逐步实施。

5.4对大厦进行能源审计

建议对大厦做深度能源审计，通过能源审计可以使运行管理人员对大厦的能源利用状况做全面的了解，及时分析掌握大厦的能源管理水平及用能状况，排查问题和薄弱环节，挖掘节能潜力，寻找节能方向。实现能源消耗的降低和能源使用效率的提高，从而实现“节能、降耗、增效”的目的。

在对大厦的能源利用效率、消耗水平、室内空调效果进行审计、检测、诊断和评价的基础上，针对空调系统进行测试，对冷水機组COP，水泵效率，冷却塔效率等参数进行测试和分析，从而深入了解空调系统存在的问题，针对性的分析其节能潜力，并制定相应的节能措施。

能源审计的费用为4万元，通过能源审计，不但对大厦的空调系统进行详细的检查和测试，而且对大厦的照明系统，给排水系统，生活热水系统、运行管理规定、用能行为习惯、室内空气质量等进行调查和分析，为整个大厦的节能运行提出运行管理和技术方面的建议。从2008年开始，北京市发改委组织对北京市的大型公共建筑进行了多批次的能源审计工作，并取得了明显的节能效果。

6结论

（1）大厦现有的活塞式冷水机组已比较老旧，COP较低，夏季运行时，为减少机组负载率，新风机组一直不开启，不利于改善宾馆和公寓的空气质量。从上面的分析，建议更换一台制冷量为800kW的螺杆式冷水机组，一台原有的活塞机作为备用。此方案改造投资只有78万元，投资回收期为7.4年，经济性较好，且可以满足新风机组和风机盘管同时开启时的冷量需求。

（2）大厦制冷系统的冷却塔四面被墙围住，通风严重不畅，严重影响了冷却塔的换热效率，建议拆除部分墙体，以改善冷却塔通风不畅的问题，提高冷却塔的换热效率，不再出现开启一台冷水机组时，需开启两台冷却塔的不合理现象。此方案经济性较好，一个夏季就可以收回拆除墙体的成本。

（3）空调冷冻（热）水系统的方案在技术上是可行的，有利于大厦空调系统的节能运行，但初投资较高，可以在改造资金宽裕的情况下，分项逐步实施。

（4）建议对大厦做深度能源审计，对大厦的空调系统、照明系统，给排水系统，生活热水系统、运行管理规定、用能行为习惯、室内空气质量等进行调查和分析，为大厦的节能运行具体的建议。并针对空调系统进行测试，对冷水机组COP，水泵效率，冷却塔效率等参数进行测试和分析，从而深入了解空调系统存在的问题，针对性地分析其节能潜力，并制定相应的节能措施。通过以上措施，实现了大厦能源系统的节能、高效运行。

参考文献：

[1]孙亚昆，顾平道，乔云恒.上海某酒店空调系统节能改造分析[J].建筑热能通风空调，2001，36（11）：47-49.

[2]宋国兵.商业大厦中央空调节能改造[J].城市建设理论研究（电子版），2016，6（8）：7005—7006.

[3]徐驰.热电厂自然通风冷却塔的提效改造[J].节能，2015（12）：29～33.

[4]韩靖.某综合楼舒适性中央空调、通风及防排烟系统设计[J].建筑工程技术与设计，2017（11）：1698—1711.

[5]马洪亭，黄悦，蔡景辉，等.能源审计对提高能源利用效率的作用[J].节能，2013（1）：4～6.