风冷模式中央空调节水潜力及影响因素分析

2024-03-27胡桂全

广东水利水电 2024年3期

胡桂全，赵康

(水利部节约用水促进中心，北京 100038)

中央空调循环冷却用水是生产、生活用水的重要领域，约占公共建筑用水总量的20%，目前中央空调用水环节的管理较为薄弱，存在专门管理制度不完善、用水计量设施安装不足、循环冷却水浓缩倍数不高等问题，节水潜力较大。近年来，水利部围绕加强中央空调节约用水等问题组织开展了一系列研究工作，在京津冀地区和黄河流域等缺水地区开展中央空调用水情况专题调研，征集推广中央空调节水技术，制定中央空调节约用水管理规范，部署强化中央空调节约用水有关工作。

1 北京市中央空调用水现状

中央空调用水情况主要与其冷却方式有关，一类是采用冷却塔冷却的水冷模式，该模式耗水；另一类是采用空气冷却的风冷模式，该模式不耗水。为了解不同类型中央空调使用及用水情况，全国节约用水办公室组织水利部节水中心等单位开展了北京市公共建筑中央空调用水情况实地调研，共完成了115个调研样本(见表1)。基于建筑物的制冷需求特点，将公共建筑进行分类：办公建筑、酒店建筑、医疗卫生建筑、教育建筑、通信建筑具有单元空间小、制冷负载变化较为频繁的共性，作为第一类；商业建筑、交通运输建筑、文化建筑、体育建筑具有单元空间大、制冷量需求大的共性，作为第二类。

表1 调研基本情况

1.1 中央空调使用现状

1.1.1总体情况

调研的115家公共建筑，其中20家使用风冷模式中央空调，占比为17.4%；近10 a新建公共建筑数量有51家，其中11家使用风冷模式中央空调，占比为21.6%。风冷模式中央空调使用率呈上升趋势。

1.1.2建筑面积情况分析

对20个使用风冷模式中央空调样本的建筑面积分布情况进行分析，建筑面积的平均值是33 262 m2；建筑面积在15 974 m2以下的样本有10个，占比为50%；建筑面积在23 735 m2以下的样本有12个，占比为60%；建筑面积在47 020 m2以下的样本有17个，占比为85%。

总体来看，建筑面积达到23 735 m2以后，随着建筑面积增大使用风冷模式中央空调的比例呈明显下降趋势(见图1)。综合考虑制冷效果、经济指标和能源消耗等因素，在建筑面积小于20 000 m2的公共建筑中推广使用风冷模式中央空调较为合理。

图1 风冷式中央空调建筑面积分布示意

1.1.3建筑高度情况分析

对20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，建筑高度平均值是32.8 m，建筑高度在46米以下的样本有16个，占比为80%；建筑高度在65 m以下的样本有18个，占比为90%。

总体来看，建筑高度达到50 m后，随着高度的增加使用风冷模式中央空调的比例呈明显下降趋势(见图2)，综合考虑制冷效率、技术经济指标和能源消耗等因素，在建筑高度低于50 m的公共建筑推广使用风冷模式中央空调较为合理。

图2 风冷式中央空调不同高度范围样本占比示意

1.2 中央空调用水用电情况分析

1.2.1用水用电计量情况

调研的公共建筑中使用水冷模式中央空调的有95个，其中69个公共建筑的空调循环冷却水补水有单独计量，占比为72.6%；26个公共建筑的空调循环冷却水补水无单独计量，占比为27.4%。调研的115个公共建筑，其中72个空调用电有计量，占比为63%；43个空调用电无计量，占比为37%。中央空调用水用电计量均未实现全覆盖。

1.2.2用水用电水平分析

筛选出数据完整性、合理性比较好的45家公共建筑为样本，分析公共建筑中央空调用水用电情况(见表2)。水冷模式单位制冷面积空调用水量范围在0.06～0.6 m3区间，平均值为0.22 m3；水冷模式单位制冷面积空调用电量范围在7.85～134.7 kW·h区间，平均值为29.62 kW·h；风冷模式单位制冷面积空调用电量范围在7.59～171.19 kW·h区间，平均值为30.47 kW·h。风冷模式较水冷模式空调用电水平高3%。

表2 不同模式中央空调用水用电情况对比分析

2 推广使用风冷模式中央空调节水潜力分析

充分发挥风冷模式中央空调的节水潜力有两个实施路径，一是对于新增公共建筑，在适宜推广使用风冷模式中央空调的建筑类型中，推广使用风冷模式中央空调以达到节水的目的；二是对于存量公共建筑，在实施更新改造时，将空调系统由原有的水冷模式改造为风冷模式。由于风冷模式中央空调需要更多空间布置主机，会一定程度影响原有建筑景观，因此对于存量公共建筑空调系统的改造需要综合考虑建筑本身是否有足够的空间、结构受力是否满足安全要求、建筑景观是否受影响等因素，根据每个建筑的具体情况研究确定空调系统由水冷模式改造为风冷模式的可行性。因此，风冷模式中央空调的节水潜力主要在于新增公共建筑推广使用。

根据《北京市建设年鉴2021》统计数据，2020年北京市房屋竣工面积为1 545.7万m2，其中公共建筑竣工面积约817.2万m2。

2.1 第一类公共建筑占总建筑面积的比例

根据北京市调研样本数据分析，适宜推广使用风冷模式建筑数量有82家，建筑面积为4 876 204 m2，占北京市调研总建筑面积(8 550 607 m2)的57.03%。

2.2 第一类公共建筑可推广使用风冷模式的空间

根据调研的北京市第一类公共建筑样本中风冷模式中央空调使用占比情况，估算第一类公共建筑中可推广使用风冷模式中央空调的空间。调研的北京市82个第一类公共建筑样本总建筑面积为4 876 204 m2，其中16个使用风冷模式中央空调样本的建筑面积为615 943 m2，占比为12.6%。第一类公共建筑中没有使用风冷模式中央空调的比例是87.4%。按此比例计算北京市年竣工公共建筑(817.2万m2)中，可推广使用风冷模式中央空调的空间为407.3万m2。

2.3 推广使用风冷模式节水潜力估算

以水冷模式中央空调单位制冷面积空调用水量0.22 m3计，北京市年竣工公共建筑因推广使用风冷模式中央空调节水量为：

817.2万m2×57.03%×87.4%×0.22(m3/m2)=89.6万m3。

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。根据在京津冀和黄河流域开展的中央空调用水情况调查和相关研究，在全国新增公共建筑中推广使用风冷模式中央空调年节水量约为0.65亿m3。

3 推广使用风冷模式中央空调的影响因素分析

3.1 有利因素分析

3.1.1技术上可行

从风冷式中央空调技术可行而言，目前的技术可以适用于普遍地区。近年来风冷模式中央空调市场占有率增长迅速，据中国制冷空调工业协会调查，2018年，中央空调机组生产总制冷量为11 525万kW。其中，水冷机组制冷量为4 423万kW，风冷机组制冷量为7 102万kW，风冷机组制冷量占总制冷量的61.6%。与2008年相比，水冷机组制冷量增长了1倍，风冷机组制冷量增长了3倍，风冷模式中央空调被越来越多的使用。

3.1.2经济上合理

以对应建筑面积5 700 m2的标准中型水冷机组(690 kW)为例，综合考虑初期投资、运行维护等费用，在不考虑水冷机组所占用专设空间的费用的前提下，按20 a使用期计，风冷模式中央空调年单位制冷面积费用约为35元，水冷模式中央空调年单位制冷面积费用约为36元，风冷模式较水冷模式中央空调少支出1元左右。如果计算水冷机组所占用专设空间(约66 m2)的价值，风冷模式中央空调则在经济方面更有优势，利于其推广使用。

3.1.3能效水平在可行范围

在国家政策层面，能耗是空调产品的主要引导指标。风冷模式主机能效水平不高，但耗能部件少，整个系统运行能效水平与水冷模式相当。水冷模式主机能效水平高，但系统耗能部件多，整体运行能效水平受到影响。总的来说，风冷模式在制冷量需求相对较小、制冷负载变化频繁的中小型空间，其能效水平在可行范围内。

3.1.4安装周期短

水冷模式中央空调系统复杂，安装周期较长；风冷模式中央空调结构简单，安装便捷，相较于水冷模式中央空调，多联机系统(风冷模式中的一种)安装周期约可缩短一半。

3.2 不利因素分析

3.2.1占地面积大

风冷模式机组占地大，且不能放置于地下空间，一般安装在楼顶或裙楼上，如果制冷量过大要求配套大数量的机组，则会对放置机组的地面空间提出要求，甚至会影响楼的外观，是一个比较大的影响因素。因此，适于新建、扩建和改建项目，因地制宜安装使用。

3.2.2水冷改风冷难度大

风冷模式和水冷模式对于主机和冷却塔的安装位置及占地面积要求不同，一般在建筑设计之初就已确定选用何种模式。水冷改风冷限制因素较多，施工难度和投资较大，对于水冷模式中央空调存量，不适宜强制大规模更换风冷模式。

3.2.3需要多部门协调联动

推广风冷模式中央空调，涉及到国家发展改革委、工业与信息化部、市场监管总局、国家机关事务管理局等相关部门，现行空调产业和节能减排政策需要多部门间沟通协调。

3.2.4存在不同认识

中央空调是节能减排的重点领域，许多城市空调用电量占城市夏季高峰负荷的60%。目前有关部门和空调行业忽视了水冷模式中央空调的耗水问题，同时普遍认为风冷模式中央空调耗电耗能高、制冷效率低。经过研究发现，水冷模式中央空调浪费水问题严重、节水潜力大，风冷模式中央空调在中小型空间符合国家节能减排政策，能耗和成本可以接受。这一研究结论，与当前普遍观点认识不统一，需要引起社会关注、形成共识。