办公区域中央空调系统的节能技术改造

杨君（大庆油田设计院有限公司）

中央空调系统以其经济节能、环保、节约空间、个性化、简化管理、提升档次和投资方便等优点在油田生产办公系统、宾馆楼宇得到大量推广应用[1-3]。中央空调所具有的主机体积小，不设机房，无需占用设备层，减少公用设施和土建投资。室内末端暗藏在吊顶内，极易配合屋内装修；室内末端安装采用暗藏方式，不影响室内的审美观，不占据室内空间，适应用户的个性化需求。采用不同区间单独控制系统为用户所有，产权关系明确，可简化空调设施管理。整个系统为密闭式管路系统，可避免霉菌、灰尘等杂质对系统的污染，使环境清新优美。中央空调主机可以避免破坏楼体的整体外观，使用户充分享受高档综合环境的同时，提升产品质量及量贩档次等优点已被广泛认可。中央空调系统特别适于高档别墅、高级公寓与写字楼办公场所的使用，它以区间为单元，可以满足用户不同区间需求。但油田早期投入使用的部分中央空调系统，由于受当时技术条件的限制和设备老化的影响，经过多年的运行，存在能源利用效率下降、电动机功率配置不合理、能耗高等问题。以D油田某办公区域为例，该办公区域中央空调系统投产运行已超过16 年，经系统节能监测存在能源利用效率下降、电动机功率配置不合理、能耗高等诸多问题[4]。为此，在调查研究的基础上，提出了《中央空调系统的节能技术改造》这一技术应用攻关课题，并取得了良好的技术改造效果。

1 中央空调系统组成及工作原理

1.1 中央空调系统组成

中央空调系统主要由制冷压缩机系统、冷媒（冷冻和冷热）循环水系统、冷却循环水系统、盘管风机系统、冷却塔风机系统等组成（图1）。

图1 中央空调系统工艺流程示意图

1.2 工作原理

制冷压缩机系统通过压缩机将制冷剂（冷媒介如R134A、R22 等）压缩成液态后送入蒸发器中，冷却循环水系统通过冷冻水泵将常温水泵入蒸发器盘管中与冷媒进行间接热交换，这样原来的常温水就变成了低温冷冻水，冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量，产生的低温空气由盘管风机送到各个用户房间，从而达到降温目的。冷媒在蒸发器中充分压缩并伴随热量吸收过程完成后，再被送到冷凝器中去恢复常压状态，以便冷媒在冷凝器中释放热量，其释放的热量通过冷却循环水系统的冷却水带走。冷却循环水系统将常温水通过冷却水泵泵入冷凝器热交换盘管后，再将这已变热的冷却水送到冷却塔上，由冷却塔对其进行自然冷却或通过冷却塔风机对其进行喷淋式强迫风冷，与大气之间进行充分热交换，使冷却水变回常温，以便再循环使用。在冬季需要制热时，中央空调系统只需要通过冷热水泵（在夏季称为冷冻水泵）将常温水泵入蒸汽热交换器的盘管，通过与蒸汽的充分热交换后再将热水送到各楼层的风机盘管中，即可实现向用户提供采暖热风。

2 中央空调系统存在的问题

D 油田某办公区域中央空调系统投产于2003 年，采用1台螺杆式压缩机，压缩机额定功率为185 kW，额定总制冷量达到940 kW，制冷总面积达6 700 m2，应用R22 制冷剂和水冷冷却方式。经油田节能专业技术部门检测，其机组负荷率仅为26.3%，制冷系统能源利用率仅为68.32%[5]。主要存在以下几个方面的问题：

1）中央空调系统制冷系统能源利用效率为68.32%，电动机负载率为65.96%，机组负荷率仅为26.3%。机组启动电流大，能量缺乏自动调节，电动机负载率低和机组负荷率低，能量优化自动调节控制能力低。

2）螺杆式压缩机配套电动机为2000 年生产的Y系列电动机，电动机运行效率低，属于国家明令淘汰目录的电动机产品。

3）中央空调系统电动机额定功率配置较高，电动机负载率低。

4）管路系统经过多年运行老化严重，保温系统效果差，能耗高。

3 应对措施

针对某办公区域中央空调系统存在的上述问题，有针对性地提出以下节能技术改造措施：

1）推广应用变频控制系统，采取“按需运行、变频节能”控制方案[6-8]。这不仅可以解决压缩机启动电流大的问题，也能有效避免压缩机启动电流对设备的冲击，延长设备使用寿命，而且可以降低系统运行能耗，进而使系统达到按需运行、变频节能效果[9-10]。

2）更换螺杆式压缩机配套电动机，采用YE3系列高效节能电动机替代Y 系列高能耗低效电动机。同时，降低电动机额定功率，由原来的额定功率185 kW下降到160 kW，提升电动机的负载率。

3）安装8 级能量自动调节装置，提高能源利用率，优化系统运行。

4）采用玻璃棉保温材料对管路系统进行重新保温，改善管路保温系统效果，降低管路能量损耗。

5）加强系统运行的节能监测。根据节能监测结果，合理调整系统运行各参数；同时，加强设备的运行管理，尽最大可能让系统处于高效区运行。

4 现场应用

4.1 节能技术改造实施情况

2019 年5 月，某办公区域中央空调系统实施节能技术改造，采取的技术措施如上所述。中央空调系统节能技术改造前后测试数据统计见表1。

表1 中央空调系统节能技术改造前后测试数据统计

由表1可知，采取优化调整和节能技术改造措施后，提高了中央空调系统运行质量，优化了系统运行，提高了系统运行效率和能源利用效益。系统制冷量能源利用率提高了17.69%，其制冷量由642.21 kW 提高到808.49 kW，系统运行功率由122.566 kW下降到101.788 kW，系统优化和节能降耗效果明显。同时，通过开展中央空调系统定期专项监测，实现了重点用能设备的有效监控，满足了集团公司节能减排的要求，具有良好的社会效益。

4.2 实施效果分析

1）节能效果好。仅以中央空调系统节能技术改造前后制冷能耗对比分析为例，按中央空调系统每年运行4 个月122 天计算，则每年制冷能耗节电量为60 837.984 kWh；若按每0.653 元/kWh 价格计算，则可节省电费3.972 7万元。

2）节能减排效益显著。对中央空调系统实施节能技术改造，提升了空调系统的能源利用效率。它与锅炉房冬季供热系统相比，具有无排尘排烟、无噪声、能耗低等优点，每年可减少大量的粉尘、二氧化硫、二氧化氮和二氧化碳等污染物的排放，这将有效地改善油区生态环境。

3）节省运行费用。技改后的空调系统，自动化程度高，运行稳定安全可靠，可以实现远程控制、无人职守，其综合运行成本可节省30%的费用。

5 结束语

实践证明，开展中央空调系统节能技术改造效果明显。通过对中央空调系统，采取加装变频控制系统和8级能量自动调节装置，更换螺杆式压缩机配套电动机，应用YE3系列高效节能电动机替代Y系列高能耗低效电动机，采用玻璃棉保温材料对管路系统进行重新保温，改善管路保温系统效果等节能技术改造措施，提升和改善了中央空调系统能源利用效率，优化了系统运行，降低了系统运行成本，达到了节能减排的目的。