公共建筑领域中央空调用水现状及节水潜力分析

胡桂全，何兰超，张继群，李佳奇，赵 康

（1.水利部节约用水促进中心，100038，北京；2.全国节约用水办公室，100053，北京）

中央空调循环冷却水系统用水是公共建筑用水的重要组成部分，用水占比在政府办公楼等建筑中一般约为20%，在博物馆等建筑中可高达30%。中央空调循环冷却水系统用水的管理现状较为粗放，缺少专门的管理标准规范，存在用水计量率低等问题。中央空调循环冷却水系统节水潜力较大，开展相关研究十分必要。

一、中央空调类型及用水环节分析

1.中央空调类型

中央空调用水情况与其制冷方式和冷却方式有关。制冷方式分为两类：一类是电动压缩式制冷，即依靠压缩机提高气态制冷媒介的压力，以实现制冷循环；另一类是热驱吸收式制冷，即利用溴化锂制冷剂的强吸湿性特点，在水分吸收及溶液蒸发过程中产生冷源。由于热驱吸收式制冷比电动压缩式制冷的运行费用高出60%以上，所以实际应用中以电动压缩式制冷为主。

冷却方式分为两类：一类是冷却塔冷却的水冷模式，即将冷凝器的热量经过换热器传给循环冷却水，循环冷却水输送至冷却塔，在冷却塔中通过与大气接触和蒸发将热量散向大气；另一类是空气冷却的风冷模式，即将冷凝器的热量直接通过风机强制对流传给大气。水冷的冷却极限是大气的湿球温度，冷却效率高，耗电量小，耗水量大；风冷的冷却极限是大气的干球温度，冷却效率低，耗电量大，但不耗水。

2.用水环节分析

水冷模式中央空调的用水集中在循环冷却水系统，水损失包括蒸发、排污、飘逸、泄漏和溅散四部分。其中，蒸发水量约为循环冷却水流量的1%；排污水量与循环水浓缩倍数相关，当浓缩倍数为2时，排污水量等于蒸发水量，当浓缩倍数为3时，排污水量等于蒸发水量的50%；飘逸水量与淋水填料型式、除水器型式、通风方式、塔内风速等因素有关，一般约为循环水量的0.05%，比蒸发和排污水量小两个数量级；泄漏和溅散可以通过加强运行维护管理予以消除。在加强管理的情况下，水冷模式中央空调用水量一般不超过循环水量的2%，主要是蒸发与排污损失。

二、中央空调用水现状

为了解公共建筑中不同类型中央空调使用现状及用水情况，2020年12月，全国节约用水办公室组织水利部节约用水促进中心、中国水利水电科学研究院、水利部黄河水利委员会、水利部海河水利委员会等单位，会同有关地方水行政主管部门开展了京津冀地区和黄河流域公共建筑中央空调用水情况实地调研。其中京津冀地区共开展193组次400人次调研，收集304个调研样本；黄河流域共开展158组次347人次调研，收集318个调研样本。总计622个调研样本。

基于风冷模式和水冷模式中央空调适用的建筑物特点，将公共建筑分为两类。第一类涉及办公建筑（如写字楼、政府办公楼等），酒店建筑（如宾馆、饭店、娱乐场所等），教育建筑，医疗卫生建筑，通信建筑（如邮电、通讯、广播用房等）等，具有单元空间小、制冷负载变化频繁的共性，适宜推广使用风冷模式中央空调。第二类涉及商业建筑（如商场、超市、金融建筑等），文化建筑（如博物馆、展览馆等），体育建筑（如体育馆等），交通运输建筑（如机场、车站等）等，具有空间大、制冷量需求大、空调长时间开启的共性，不适宜推广使用风冷模式中央空调。

1.中央空调使用现状

（1）总体情况

调研的622家公共建筑中央空调中，使用风冷模式132家，占比21.2%；近10年新建公共建筑342家，其中使用风冷模式85家，占比24.9%，高于总样本中使用风冷模式中央空调的占比，可以推测风冷模式使用占比呈增长趋势。

（2）不同规模建筑中央空调使用情况

按照民用建筑工程设计等级分类，建筑面积分5 000 m2以下、5 000～20 000 m2、20 000～80 000 m2、80 000 m2以上四类。对调研样本分不同建筑规模进行中央空调使用情况分析。由于京津冀地区和黄河流域自然地理气候等方面的差异，两个地区的调研样本不合并，以下仅对京津冀地区的样本进行分析，见表1。

表1 不同规模建筑中央空调使用类型统计表

对78家使用风冷模式中央空调建筑的面积分布情况进行分析，建筑面积的平均值是14 937 m2；建筑面积在12 038 m2以下的样本有42个，占比53.9%；建筑面积在21 309 m2以下的样本有56个，占比71.8%；建筑面积在30 580 m2以下的样本有64个，占比82.1%。

总体来看，当建筑面积大于14 937 m2时，随着建筑面积增大，风冷模式中央空调的使用比例逐步降低。综合考虑能耗、经济指标等因素，风冷模式中央空调适用于建筑面积小于20 000 m2的公共建筑。

（3）不同高度建筑中央空调使用情况

按建筑高度，分30 m以下、30～50 m、50～100 m、100 m以上四类，对调研的京津冀304个样本中央空调使用情况进行分析，见表2。

表2 不同高度建筑中央空调使用类型统计表

对78个使用风冷模式中央空调样本的建筑高度分布情况进行分析，建筑高度平均值28.8 m，建筑高度在46 m以下的样本有65个，占比83.3%；建筑高度在56.89 m以下的样本有69个，占比88.5%。

总体来看，建筑高度越高，使用风冷模式中央空调的比例越低，综合考虑制冷效率、能耗、技术经济指标等因素，风冷模式中央空调适用于建筑高度低于50 m的公共建筑。

2.中央空调用水情况

（1）用水计量情况

490个水冷模式中央空调样本中，223个样本空调冷却塔补水有单

独计量，占比45.5%，计量率不高，可

见中央空调用水管理需进一步加强。

（2）用水水平

根据调研样本数据的完整性、合理性，筛选出82个水冷模式中央空调用水量样本，分析公共建筑中央空调用水情况。

①总体情况。水冷模式单位制冷面积空调用水量范围为0.14～0.53 m3，平均值为0.23 m3。

②个别样本情况。水冷模式单位制冷面积空调用电量高的两个样本是国贸三期A座、天津市第一医院，原因主要是客流量大、制冷量高，且空调运行时间长、负荷高，与其他样本空调运行时间不对等。

水利部机关第一办公区主楼、南楼、北楼使用水冷模式中央空调系统，单位制冷面积空调用水量0.19 m3，比调研样本平均值少21.1%。

③不同类型建筑中央空调用水情况。适宜推广使用风冷模式中央空调的第一类公共建筑，水冷模式单位制冷面积空调用水量为0.14～0.43 m3，平均值为0.21 m3；不适宜推广使用风冷模式中央空调的第二类公共建筑，水冷模式单位制冷面积空调用水量为0.14～0.53 m3，平均值为0.26 m3。

三、中央空调节水潜力分析

中央空调节水潜力主要在两方面：一是对水冷模式中央空调加强节水管理，提高用水效率和效益；二是在适宜的新增公共建筑类别中推广使用风冷模式中央空调，达到节水的目的。前者的节水成效取决于节水技术和管理措施，易实施；后者的节水成效受市场对不同类型中央空调的选择等因素影响，不易实施。

1.现状水冷模式中央空调节水潜力分析

根据《“十四五”公共机构节约能源资源工作规划》中的有关数据，2020年，全国公共机构建筑面积88.7亿m2，用水量107亿m3。2020年，调研公共建筑总建筑面积4 365万m2，其中使用水冷模式中央空调建筑面积3 792万m2，占比86.9%。据此比例推算，全国公共机构使用水冷模式中央空调建筑面积77亿m2。按照调研数据，每平方米建筑面积中央空调年用水量以0.23 m3计，全国公共机构中央空调年用水量约17.7亿m3。

根据调研，水冷模式中央空调现状浓缩倍数一般为2～3，如果加强管理，将浓缩倍数提高到5，节水量为36%，全国公共机构中央空调用水每年可节约6.4亿m3左右。

2.新增建筑使用风冷模式中央空调节水潜力分析

据统计，我国每年建筑竣工面积约为25亿m2，其中公共建筑约有5亿m2。根据调研样本数据分析，第一类适宜推广使用风冷模式建筑数量452家，建筑面积2 830万m2，占总建筑面积的64.85%。调研样本中，适宜推广使用风冷模式的第一类公共建筑里有103家使用风冷模式中央空调，建筑面积367万m2，占比12.99%，故第一类公共建筑中可推广使用风冷模式中央空调的比例是87.01%。据此计算全国年新增公共建筑中可推广使用风冷模式中央空调的建筑面积为2.82亿m2。

以水冷模式中央空调单位制冷面积年空调用水量0.23 m3计，新增公共建筑因推广使用风冷模式中央空调可每年节水0.65亿m3。

对于存量公共建筑，中央空调系统的寿命一般是20年，空调系统更新时由水冷模式改造为风冷模式是可选方案。风冷需要将主机置于建筑顶部或地面空旷区域，因此在景观与布置条件允许，建筑顶部有条件，建筑结构受力满足要求的情况下，方可考虑将水冷模式改造为风冷模式。存量公共建筑的空调系统改造需要结合建筑物实际情况，存在不确定因素。

四、结论与建议

1.结论

一是中央空调用水量大。中央空调用水是公共建筑用水的重要组成部分，占比甚至高达30%。2020年，全国公共机构建筑面积88.7亿m3，用水量107亿m3，其中中央空调用水量约17.7亿m3。

二是中央空调用水管理现状粗放。我国已发布涉及中央空调的标准规范30余部，主要对空调产品、能效等级、绿色产品评价及能效认证进行了规范，但对中央空调冷却塔节水管理尚未有相关标准规范，生产企业的关注点主要是高效制冷和节能降耗方面，对节水关注较少。根据实地调研，中央空调用水单独计量率为45.5%，管理现状较为粗放。

三是适宜使用风冷模式中央空调的建筑类型为政府办公建筑等具有单元空间小、制冷负载变化频繁特点的建筑类型，在建筑高度低于50 m，建筑面积小于20 000 m2的建筑中应用较为广泛。

四是中央空调节水潜力大。中央空调现状浓缩倍数一般为2~3，如果将浓缩倍数提高到5，节水量为36%。加强中央空调节水管理，将浓缩倍数提高到5，全国公共机构中央空调用水每年可节约6.4亿m3左右。在新建适宜推广使用风冷模式中央空调的公共建筑中，推广使用风冷模式中央空调，每年可节水0.65亿m3。

2.建议

一是加强节水管理。加强中央空调用水节水管理，开展相关研究，提出节水管理技术指标体系和节水目标要求，促进行业节水，提高用水效率和效益。二是完善标准体系。制定中央空调用水节水管理规范，建立健全相关政策制度体系，夯实节水工作基础。在节水型单位建设中，进一步严格中央空调节水指标。三是开展风冷模式研究。在推广使用风冷模式中央空调的政策技术可行性、经济合理性等方面开展深入研究，分析在京津冀地区和黄河流域等严重缺水地区，在适宜新建建筑中推广使用风冷模式中央空调的必要性和可行性。四是加强宣传教育。在“世界水日”“中国水周”等节水宣传活动中，“节水进校园”等形式的节水科普和宣传活动中，以及水情教育基地等载体建设中，加强中央空调用水节水的宣传教育。五是节水技术推广。开展中央空调节水减排领域的成熟适用技术征集遴选工作，通过发布目录、技术推介等形式，推动中央空调节水减排技术应用。