中央空调装置节能策略和运用分析

摘 要：近年来，我国大力倡导节能减排、提倡绿色生活，中央空调的节能优化是一大重要方向。文章首先針对中央空调在我国建筑工程中的发展应用展开分析，详细分析了中央空调装置节能策略，最后围绕案例分析中央空调装置节能策略的运用情况，以供参考。

关键词：中央空调;发展;节能策略;运用

中图分类号：TB657 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2022）03--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.036

节能减排是国家重要的政策，近年来，国家颁布了一系列节能的规定，促进产品使用能耗的降低。从建筑能耗的角度分析，随着人们对室内舒适度、空气品质要求的不断提高，中央空调系统的应用范围不断扩大，由此增加了建筑能耗，如何降低中央空调的能耗，成为目前研究的重点问题之一。

1 中央空调在建筑工程的发展概述

基于社会经济的快速发展，人们的生活质量不断提高，更加追求建筑环境舒适性，在各个方面开始诸多尝试，进一步改善生活、工作环境。从大量高档住宅、写字楼、大型商业中心的建设与投入使用情况看，早期主要通过自然通风、电动风扇实现温度调节，发展至今，空调设备已经实现了普及。

目前，中央空调系统以其设备集中、便于维护、操作方便、能效高等优点在各种建筑工程中得到了大规模的推广运用，但是，此系统运行能耗巨大，据统计，大型公共建筑中央空调夏季运行能耗占建筑能耗50%～70%，由此，建筑行业节能中，中央空调能耗控制是一大关键[1]。

中央空调系统主要组成如图1所示，其设计往往难以满足建筑的最大负荷，并留有10%～20%设计负荷余量。因此，中央空调多数处于部分负荷状态，系统设计负荷与实际运行负荷极不匹配。

建筑负荷是一个逐时多变的参数，受到人员流动、气象参数、建筑围护结构等多种因素的影响，实际运行往往缺少对空调系统的运行管理方法，难以根据实际负荷相应地调节空调系统的运行状态，导致空调系统综合运行能效低，造成能源白白浪费。因此，要根据末端用户的实时冷负荷情况给出优化控制策略，动态地调节系统各设备的运行参数，使空调系统时刻处于高能效运行状态[2]。

2 中央空调装置节能策略分析

2.1 冷水机组运行策略优化

2.1.1单台机组冷量优化分配

根据空调系统的实际运行情况分析，当建筑负荷发生变化时，优先采取调节单台机组制冷量的方式满足建筑物的冷负荷需求。现阶段，各类冷水机组运行中可根据外界环境的气象变化，合理调节运行状态，将冷冻出水的温度控制在设定的范围内。

以单台水冷螺杆式冷水机组为例，主要包括以下几种节能手段：滑阀调节、塞柱阀调节、变频调节。滑阀调节、变频器调节可使压缩机输气量在10%～100%内连续调节。塞柱阀调节可使压缩机输气量在不同区间有级调节（如25%、50%、75%、100%）。

螺杆式冷水机组滑阀调节原理如图2所示。其中，图2（a）为机组满载情况下，排气端滑阀全开，排出体积为VC的气体;图2（b）为机组部分负载情况下，此时吸入气体部分经过旁通返回吸气段，排出体积为VP的气体，减少了能量传递。相关学者研究显示，采用变频调节技术的机组长期处于部分负载率工况下，可获得更佳的节能效果。

2.1.2 多机组联合运行策略优化

多台机组同时运行的情况下，需根据建筑物的实际负荷率、机组运行台数、负荷分配情况进行调整，提高机组能效，降低系统能耗[3]。

以两台螺杆式冷水机组联合运行为例，主要运行控制策略如下：

第一，平均负载法：基于建筑不同负荷率下，均由2台机组承担建筑所需冷负荷，且采用相同的机组负载率。

第二，机组平均负荷法：仅1台机组运行满足建筑所需冷负荷（要求机组的运行负载率在100%以下），此时建筑负荷全部由1台机组承担;当1台机组运行无法满足建筑负荷需求时，则启动2台机组并在相同负载率下运行[4]。

第三，逐台启动法：仅1台机组运行满足建筑所需冷负荷时，控制策略与平均负荷法相同;当1台机组运行无法满足建筑负荷需求时，维持第1台机组满负载运行，同时启动第2台机组，承担剩余的建筑负荷需求。

对于中央空调系统运行而言，无论采用何种运行策略，根本目的在于降低建筑能耗，确保机组建筑不同负荷情况下的运行效率，对此，要做好综合分析与选择，获得最佳节能效果。

2.2 冷冻水系统运行策略优化

中央空调系统运行情况显示，如果建筑物负荷率在25%以下，则空调冷冻水系统将产生“大流量、小温差”的运行工况，提高冷冻水的供水温度，可提高机组COP，降低冷冻水系统的运行能耗，且此方法不仅可以减少低负荷率情况下的系统耗电量，还可用于其他负荷率的情况下。

建筑物运行中，空调系统的运行工况调整存在落后建筑负荷变化的情况。基于室外温度可反映建筑冷负荷变化情况，可监测室外温度的变化，并提前设定不同机组的冷冻水供水温度值。同时，由于冷冻水的供水温度直接影响室内温湿度，必须在维持室内舒适性的前提下合理调节冷冻水的供水温度。

2.3 冷却水系统运行策略优化

在建筑物冷负荷需求一定的情况下，可在确保机组安全的基础上，适当减小冷却水的流量、维持冷却塔较大风量运行，由此获得较低温度的机组冷却进水，提高机组的运行性能。此方法主要是通过增大冷却循环水的供回水温差，实现冷却水系统的变温差、变流量运行。通过冷却水供回水温差的提高，可减小冷却水的流量，降低冷却循环水泵的能耗[5]。

同时，机组的冷却进水较低的情况下，有利于提高机组性能，然而冷却水的流量减小也将影响机组换热性能，不利于机组能效。对此，必须综合考虑水泵变频运行效率、冷水机组安全运行最小的流量要求，一般情况下水泵频率至少为30 Hz。

3 中央空调装置节能策略的运用分析

3.1 某中央空调系统運行基本情况

配置上存在“大牛拉小车”。此中央空调系统是1997年建造制剂楼时设计的，配置是溴化锂机组SX2—1115、冷却泵37 kW/34 m/300 m3、冷却塔350型15 kW风机、冷冻泵37 kW/47 m/300 m3组成中央空调系统。2003年，由于锅炉的搬迁，由溴化锂机组更换成水冷机组FTW—130，该机组为双机头90 kW（单机头45 kW）冷却98 m3、冷冻79 m3，但循环系统并没做任何改动。

控制上单机启停、星三角降压启动。中央空调机组、冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机与生产楼层风机均为单机直接启停，均为人工操作。每次启动后都要由车间通知方可停机，造成很大的能源浪费，特别是单个楼层生产时问题尤为突出[6]。

变压器的运行载荷过重。现在使用的变压器的容量为400 kVA，变压器的效率一般为0.8，电容柜补偿无功，可将功率因数提高到0.9，根据公式：P=S×COSφ，变压器有功功率为360 kW;从2003年更换成电能水冷式空调机组后，只要空调系统运行，就占据了变压器额定容量的37%～50%（单机头137 kW，双机头179 kW）。

3.2 系统改造措施

3.2.1 设备选择

循环泵：根据中央空调机组参数FTW—130—2冷却水98 m3、冷冻水79 m3选择合适的冷冻泵、冷却泵作为冷冻系统、冷却系统的循环泵。扬程选择：更换循环泵，循环管路工况没有发生任何改变，在此扬程以原泵的扬程作为参考。流量的选择：根据机组设备提供的参数，水泵流量应为冷水机组额定流量1.1～1.2倍（1台取1.1倍，2台并联取1.2倍），在此取1.15。经计算，选用22 kW/37 m/120 m3作为冷却泵;22 kW/44 m/93.6 m3作为冷冻泵。

变频器：本次选用ABB ACS510—1—046A—4变频器作为冷冻泵、冷冻泵调速单元，其不但功能范围广、性能稳定、质量可靠，而且无须额外使用PLC。

PID温控器：本次选用OHR—DN30模糊PID温控器作为冷冻泵、冷却泵、冷却塔分机温控单元，抗干扰能力强，具有自整定功能，可自动调节最优参数，获得更佳控制效果，控制温度精度达±0.1 ℃。

3.2.2 系统节能改造

中央空调系统启停由楼层风机发出信号控制，为确保无误启动，中央空调系统启动时采用人工启动。当楼层风机发出启动信号时，中央空调系统方可人工启动;当楼层风机停机时，中央空调系统根据要求自动停机。

冷冻循环泵、冷却循环泵由变频器和PID温控器共同控制，PID温控器采集冷冻水、冷却水的回水温度，回水的温度通过信号形式输入变频器，变频器根据实际温度偏差决定冷冻水、冷却水的流量[7]。

冷却塔风机的启停由PID温控器控制，PID温控器采集冷却水温度，采用温控器的上下偏差报警功能控制冷却塔的启停。进入楼层风机盘管的冷冻阀由手动阀门改为电动阀门，其打开与关闭通过风机的启动与停止控制[8]。

3.3 节能效果

本次节能改造构建了调整冷却、冷冻水循环控制系统，通过减少空调机组设备的功率，减轻了变压器的载荷，达到节能降耗目的。

此外，在空闲期通过自动控制系统对设备自动截流或停机，降低空调机组能耗。中央空调循环系统技改前后能耗对比如表1所示。

4 结语

综上所述，基于绿色、环保、节能理念的推广，对中央空调运行能耗控制提出了更高的要求。中央空调是现代建筑物中能耗最大的装置，为实现节能降耗维持一个最佳的工作状态十分重要，对此需加强各个组成部分节能改造，如冷水机组、冷冻水系统、冷却水系统等，通过自动、协调控制，提高系统运行效率，减少能源消耗，获得显著的节能效果。

参考文献

[1] 杨裔.中央空调节能技术综述[J].现代信息科技，2019（13）：193-194.

[2] 植仲培.广州大学城中央空调节能改造研究[J].机电工程技术，2019（6）：243-245.

[3] 陈柳枝.风机盘管自适应节能控制策略的研究与应用[J].低碳世界，2019（6）：43-44.

[4] 闫军威，黄琪，周璇.基于Double—DQN的中央空调系统节能优化运行[J].华南理工大学学报：自然科学版，2019（1）：135-144.

[5] 周荣辉.探讨中央空调冷冻机房节能控制系统的设计与应用[J].云南化工，2018（12）：142-143.

[6] 朱肖晶，朱兵，王科，等.中央空调节能控制系统的技术应用分析[J].电力需求侧管理，2018（2）：25-28.

[7] 皮琳琳.高层楼宇中央空调的节能环保综合策略研究[J].南方农机，2017（20）：85-86.

[8] 余雪，严良文，梅年丰，等.中央空调系统节能优化改造案例研究[J].计量与测试技术，2016（11）：53-55，59.

作者简介：单卓（1976—），男，湖南衡东人，本科，工程师，研究方向：空调水暖安装。