空调系统节能性能的测量与分析

王旭东

（天津职业技术师范大学， 天津 300000）

引言

随着我国教育事业的高速发展，广大师生对教学环境的需求不断提高，校园规模不断扩大，教学设施设备总量大幅增加，致使校园能耗大幅提升。相关研究表明，近年来各地在学校建设上的投资超过了过去50 年的总和。其中建筑能耗占据总能耗的40%，特别是校园公共建筑能耗巨大。其中又以采暖和空调能耗为主，空调水系统和风系统的能耗约占整个空调系统能耗的80%，因此空调水系统和风系统的高效节能运行是降低能耗的关键。“十四五”期间天津市将有效节约能源、提高能源综合利用做为校园节能减排的重点。本文以高校公共建筑空调改造工程为例，对改造项目的实际节能效果进行检测和分析，进而提出适宜的节能优化措施[1-3]。

1 空调节能改造项目

该建筑主要为教学办公用途，总建筑面积为近4.8 万m2，结构为框架结构，建筑总高度32 m。地上6层，局部9 层，部分位置含有地下室，主要为办公、教学研发及实验室等，地下一层为设备用房。在空调改造工程的设计中，严格按照国家有关标准的节能规范进行设计，采用电力空调系统为夏季制冷。

冷热源系统节能改造包括空调冷源改造、空调热源改造及冷热源控制等，本次主要检测分析了空调冷源节能改造措施。空调主机布置在地下设备房和室外，空调系统设计供回水温度为7 ℃和12 ℃。空调系统中平衡调节使用的冷却塔布置于教学楼屋顶[4-7]。

2 空调系统节能性能检测

2.1 检测范围

在制冷空调系统工程完成后，根据国家规范进行验收，对整个空调系统进行检测。检测内容包括水系统（空调系统水总流量）、风系统（出风口的风量大小）、室内的温度和湿度、性能系数和单位能耗数值等。

2.2 检测依据

对上述项目的检测，主要的依据是空调改造施工设计文件中要求的参数，此外按照《公共建筑节能检测标准》、《公共建筑节能设计标准》，以及国家标准中的GB 50243—2016《通风与空调工程施工质量验收规范》、GB 50411—2019《建筑节能工程施工质量验收标准》等进行实际测量。

2.3 测量设备

测量设备包括数字式钳式功率计、风量罩、多路温湿度巡检测试仪、超声波流量计和电阻温度计等。

2.4 检测

2.4.1 室内温度测量

教学楼内各空调房均设有独立的温度调节按钮，教室及办公室温度设定为夏季为26 ℃，冬季为18 ℃；实验室温度设定为夏季23℃，冬季为19 ℃。空调末端采用风机盘管加新风，检测时严格按国家《通风与空调工程施工质量验收规范》、《建筑节能工程施工质量验收标准》执行。房间数量按国标中的最小抽样数量执行，且做到均匀分布，对面积大于100 m2的房间，进行划区检测。同时按照标准规定，对教学楼的不同功能区检测部位平均大于2 个。办公室共计52 个，抽检房间5 个；会议室5 个，抽检2 个；研发及实验室15 个房间，抽检2 个。

2.4.2 风系统检测

该教学楼空调系统末端采用风机盘管与新风的组合形式，每个楼层两侧各安装一台新风机组，新风换气机安装于楼道的吊顶中，机组采用全热新风换气机，在春秋季节可采用全新风运行，在空调季利用室内的排风对室外新风进行预制冷，具有很好的节能效果。风系统检测参数为各风口风量和通风空调系统总风量。

通风空调系统总风量测量采用风口风速检测，各风口风量测量采用风量罩测量。新风机组的出风与室内风机盘管出风口相接，根据检测标准，整个教学楼风机盘管共455 台，抽检数量为45 台，允许偏差小于15%。

2.4.3 水系统测量

空调水系统测量的包括系统循环水系统及室内循环水系统。水流量测量是为了确定空调系统是否有足够的制冷能力，现场测量采用超声波流量计来实现。根据国标《建筑节能工程施工质量验收标准》的规定，空调系统冷热水、冷却水总流量的偏差不大于10%，即达到检测标准。

2.4.4 性能系数测量

该建筑空调系统采用多种措施来实现节能降耗。空调冷热源采用可再生能源利用技术，利用土壤冷却制冷。空调循环水泵采用变频控制，采用一、二次泵系统，一次泵定流量运行，二次泵变流量运行，节约系统的输配能耗。在空调季利用室内的排风对室外新风进行预冷，在春秋过渡季采用全新风运行，具有很好的节能降耗效果。对空调主机性能的检测参数包括空调机组的输入功率、空调机组终端、进出水温差，空调水流量等。空调机组系统的检测参数，包括空调机组及空调循环水泵输入总功率、终端总管进出水温差，终端总管水流量及总循环水流量等。

检测空调机组运行期间的平均制冷量计算：

式中：T 为空调机组终端平均流量，m3/h；ρ 为空调冷水平均密度，kg/m3；cp为空调冷水平均定压比热容，J/（kg·K）；∆tc为泵机组终端进出口水温差，K。

2.5 检测结果及分析

2.5.1 检测结果

对该教学楼空调系统的检测结果表明，室内温湿度符合设计要求，满足用户需求，室内室外空调机组运转正常，室内温度调节按钮满足节能要求。空调风系统的检测表明，该楼空调机组抽测的各出风口风量，符合设计值，均小于规范规定的15%偏差，室内具有良好的气流性（如表1 所示）。

表1 空调机组性能参数检测数据

空调水系统检测结果表明，高区用户端偏差满足标准要求，低区空调系统水流量偏差小于标准，也未超过上限。说明高、低区系统循环水泵的选型与空调主机匹配较好，从长期运行的经济成本角度分析，设计和施工满足节能要求。

2.5.2 检测分析

从制冷机组的全性能工作曲线中发现，当制冷机组处于80%～85%负荷区间时，空调机组处于综合效率最高且能耗最低的状态。因此，保证空调机组长时间处于合理负荷状态，是实现整个空调机组节能最好的方式。运用变频控制系统来解决系统负荷问题，通过检测数据分析，当机组频率调低5 Hz，便可节省约25%的电能；若将频率调低15 Hz，可以省下约47%的电能，对电机实施变频调速控制，可以实现显著的节能效果。

为了进一步提高节能效果，同时将空调系统接入校园能耗监控系统，进一步提高对耗能的管理。通过对重点建筑、重点房间空调能耗的数据对比，如部门能耗、设备能耗、空调是否关闭等信息；管理员可以发送、查看、相关空调耗能信息；终端监控管理员可以通过PC 端设备、手机端设备来实现对空调的监控管理，开启关闭空调运行；空调运行数据以数据库、系统日志等方式进行保存。管理员通过数据分析，可以判断空调、空调机组及相关设备是稳定运行，并排除故障。

3 结语

通过以上分析可以得出结论，校园的节能降耗工作是一项复杂的项目，尤其对老建筑老校区更是如此。为了不影响学校正常教学工作及师生生活的运行，需要对进行空调改造的建筑进行详尽的调研和分析，逐步实现校园建筑整体的节能降耗。节能设计也要兼顾环境舒适度，建立模型以评价环境舒适度，增加以信息采集、反馈调控、信息管控等空调机组数字管理模块。此外中央空调的节能相关设计工作要积极采取有效节能技术措施，从空调机组的的输送系统、冷却塔、节能点等方面入手，减少系统中不必要的能耗，不断采用新的节能技术和措施，更好地推进校园节能降耗。