9种不增投资的中央空调节能方法
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摘 要:结合医院实际例子，着重介绍了合理提升冷冻水的出水温度、上下班时段合理地开停冷水机组、利用楼宇自控系统对冷却塔进行节能控制运行等9种不增投资的节能方法。并建议要使这些节能做法能达到预期效果，关键在于持之以恒的监督实施和严格的管理。
Abstract:Combined with practical examples, this paper introduces nine energy saving methods which don't increase the investments, such as improving the water temperature of chilled water、reasonably openning and stopping chillers. It also points out that sticking to monitoring the implementation and strict management are very important to ensure that these energy-saving practices achieve the desired results.
Keywords: Central air conditioningEnergy saving Methods Chillers Chilled water
医院空调是个耗能大户，是医疗建筑能耗的主要部分，是办公建筑的1.6～2.0倍。在南方，空调能耗约占整个医院总能耗的50％左右。中央空调在设计时必须考虑到最恶劣的天气情况，为保证在室外温度最高的情况下能满足要求，按最大的负荷设计并留有15％ 左右的富裕量，但是由于恶劣天气的时间很短，这种峰值负荷的运行时间只占全年的7%左右，而平时使用时并不能达到满负荷，存在较大的裕度，因此中央空调在大部分情况下都处在“大马拉小车”的运行状态，这也造成中央空调会产生能量浪费，从而引起人们对中央空调能耗采取一系列的节能措施。
中央空调节能措施很多，如对空调主机、水泵、冷却塔进行节能变频改造等，这些措施都要增加投资，这里着重介绍不增投资的中央空调节能方法，即通过对中央空调系统的运行进行有效管理的方法来节能。
中央空调系统主要由冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、冷冻冷却水管道及未端的散冷设备（如风机盘管、组合风柜等）组成，其核心部分是冷水机组、冷冻冷却水泵及冷却塔。我们发现对中央空调核心部分的运行进行有效的优化管理，可以节约大量的能源，也正是我们在这里要讨论的不增投资的中央空调节能方法。
某些医院的空调系统，一年四季只做开机、关机和冬夏季转换操作，操作人员没有节能操作运行意识，管理人员没有总结一套有效的节能运行管理方法并进行监督实施，这将会造成大量能源浪费。因此，总结一套中央空调核心部分节能运行操作方法十分重要。
正确的维护保养和精确的数据记录是改善冷水机组运行效率进行的基础。劣质的保养会使机组的实际运行状况与设计要求相去甚运。这样的状况包括不正确的水温控制，制冷剂的充注量偏少，存在泄漏点，冷凝器铜管的脏堵，等等。正确的维护保养能避免上述情况的发生，将冷水机组的能耗控制在最小范围之内。
为提高机组的运行效率，首先要对机组的运行状态参数进行精确的记录。记录“运行日志”是最好的跟踪机组运行状态，发现异常变化的方法。没有精确的运行数据记录，就不能发现机组在效率方面存在的缺陷，找出相应的最佳解决方案。另外，如果机组的维修护保养被忽略，运行费用会在不知不觉中增加，甚至可能对机组的主要部件的安全构成威胁。
下面围绕有关中央空调经济、节能措施进行讨论。
一、合理提升冷冻水的出水温度
在一年中的大部分时间，冷水机组是在部分负荷状态下运行的。在此期间由于环境温度不高，湿度也偏低，总体来说对制冷量的需求不是很大。在部分负荷的运行条件下，由于除湿部分的负荷减小，未端风机盘管的水温即使稍有提高，也能满足室内温度要求。通常来说，提升冷冻水的出水温度就能降低压缩机运行压头，从而起到节能的效果。
对于固定转速的离心冷水机组，冷冻水出水温度每提升1℃可节能0.91%～1.97%。对安装了变频装置的离心机组，提升冷冻水出水温度后的节能效果就非常显著，一般在低于80%负荷条件下，冷冻水出水温度每提升1℃可节能3.64%～5.46%，即使机组的运行负荷低到10%，这样的节能效果依然存在。
佛山市第一人民医院，不用任何投资，将中央空调冷冻水温度提升后节能效果显著。该医院采用全中央空调系统，装机总容量3900冷吨，1台螺杆机，4台离心机（其中2台为变频离心机），全院中央空调总面积为94477m2（其中含手术室等区域的洁净空调面积30000m2）。常规设计中央空调的冷冻水出水温度为7℃，该院通过数据采集、现场测量、分析、全系统总体评估、改善局部环境等一系列方法，根据不同室外天气情况，制定了一个控制冷冻水回水温度和出水温度的操作方法，将出水温度由7℃提升到12℃，最高时可提升到16℃，详见表1所示。
以冷冻水出水温度由7℃提升到12℃（共提升了5℃）计算，普通离心机组理论节能率为8.2%～12.25%，变频离心机组理论节能率为17.5%～49%。实际的节能效果如何？如图1所示。
该院提升冷冻水出水温度的节能做法是从2005年开始的，从图中可以看出，2005年空调主机用电量397万度，较2004年516万度节约了119万度，节能率为23%，但医院的业务量2005年却增长了8%；2006年空调主机用电量344万度，较2005年397万度节约了53万度，节能率为13%，而医院的业务量06年却增长了4%。可见，实际的节能效果是显著的，和理论值也是吻合的。
二、科学合理地对冷水机组的运行进行组合
中央空调冷水系统中通常都有多台冷水机组，应认真做好机组运行时各种参数的记录工作，经过一段时间运行后，将各种参数汇总分析，针对各台机组满载运行的性能进行评估，针对卸载状态下多台机组和单台机组运行效率的评估，可总结出在不同的运行条件下，对机组进行最佳运行组合的操作方法。
例如，对一个固定转速离心机组的冷水系统而言，160冷吨的负荷可以由一台400冷吨的机组加载至40%承担，也可以由两台400冷吨的机组加载至20%承担。前一种运行状态能耗约为144Kw，后一种运行状态能耗约为194Kw，两者相比就知道孰优孰劣了。固定转速离心机组运行负荷通常不能低于40%，否则机组的效率将明显地下降。
同时，也要对每台机组的运行状况进行分析，针对不同的负荷条件选择运行最合适的机组。随着负荷大小的变化，运行机组的切换是难以避免的，掌握哪台机组在低负荷条件下运行效率比较高，哪台机组在高负荷条件下运行效率比较高，就能决定启动机组的先后顺序。
三、上下班时段合理地开停冷水机组
（一）早晨上班冷水机组节能开机操作方法
大部分冷水机组以20分钟内的能耗变化来确定是否有运行峰值产生，机组运行负荷的峰值一般出现在机组启动之初，而最高负荷通常出现在炎热夏季的早晨，原因是多台机组启动，而且整个系统的水温很高。
在机组启动之初限制机组加载是一种非常有效降低能耗的方法，绝大部分冷水机组有自动或手动限制加载的装置。通常在机组运行的最初20分钟，将机组的最大负荷限制在60%左右。为进一步控制负荷峰值，还可以采取逐次启动机组的方法，即控制机组的启动间隔在20分钟左右。这样就避免了多台机组同时加载的情况，且机组承担的负荷峰值会逐次减少。
控制机组的加载，理论上会降低机组的运行成本，但实际上不同的空调系统及负荷情况运行成本是不同的。以佛山市第一人民医院为例，为了使早上8：00上班高峰时段冷冻水温度保持平稳，避免不过早将冷冻水降温造成浪费，又能在负荷高峰时满足要求，如果按上述开机方法操作，当出现峰值负荷时才逐次开机（通常出现在7：30），那么，在8：10前冷冻水温无法降到规定的要求，造成临床部门特别是门诊及医技部门的意见很大。为了满足临床的需要，我们不按逐次启动的方法操作，而是同时启动机组，这样肯定会造成浪费。为了减少浪费，我们根据不同天气情况，对出现峰值负荷的时间、频率、大小等进行测量和记录，并和机组运行记录一起进行分析，总结出一种叫“预降温”方法，即根据不同室外温度，提前（约半小时）在峰值负荷出现前将正在运行机组手动加载至满裁，同时增加运行机组台数，使冷冻水温在上班8点时达到要求温度。经过实际测量，预降温开机法较逐次开机法节能。
（二）晚下班冷水机组节能停机操作方法
根据医院的工作特点，下午门诊及检查的患者相对较少，特别是下班前一小时到半小时患者更少，空调负荷减少，应开始调整机组负荷及时提前停机，以减少浪费。
四、对冷却塔进行节能自动控制运行
冷水机组的能耗与冷凝压力和温度密切相关，降低冷却水的温度相应也就降低了冷凝温度及冷凝压力，从而降低压缩机的压头，达到了经济运行的效果。通常冷却塔节能方法都是加装风机变频装置，这里介绍一种不用再投资的节能方法，就是利用已有的楼宇自控系统对冷却塔进行节能控制。
安装中央空调的智能大厦一般都设有楼宇自动化系统，通过楼宇自控系统，根据冷水机组运行数量和冷却塔进/出水温度的要求，对冷却塔实行群控。按顺序先启动每台冷却塔的进/出水蝶阀，利用冷却塔与自然界的温差散热，如未达到要求再于次启动风机，以达到满足冷水机组对冷却水温度的要求。该方法充分利用了自然冷却，更有效地节约能源，在春、秋、冬季尤为明显。由于冷却塔风机是根据负荷大小而依次逐台开启，且风机一般都有高、低速二档，故在这种控制下风机不需要再进行变频改造，可节省变频器的投资。
利用冷水机组冷却水进/出水的温度传感器及每个冷却塔的进/出水管电动蝶阀作为执行器件，通过软件编程来控制冷却塔进出水蝶阀的开闭和风机的启停，以达到控制冷却水温度的目的。软件编程的关键是冷却塔控制模式及冷却负荷的分配。
以佛山市第一人民医院中央空调为例，该系统有5台冷却塔，考虑到南方天气的特点，我们设置了夏季和非夏季两种控制模式，如图2、图3所示。根据不同的季节，可手动将自控系统切换到“夏季控制模式”或“非夏季控制模式”上运行。控制模式设定后就要对冷却负荷进行分配，根据负荷分配情况对整个控制过程进行软件编程，最后对系统进行调试。
当冷水机组运行时，只要将控制开关打到“夏季控制模式”或“非夏季控制模式” 冷却塔便会按上述节能工作模式自动运行。
五、保持适当的冷却水流量
冷却水流量的降低直接导致机组运行能耗的上升。冷却水流量减少20%，机组的能耗就上升3%。通常冷却水流量的减少是由以下一些因素导致的：阀门的开启度太小；冷却塔的喷嘴堵塞；水系统的滤网脏堵；水系统中有空气存在等。一般通过调节水泵的出口阀门来控制冷却水的流量与设计值相符。在管理上，必须经常地及时对这些设备进行维护保养，使之保持良好的工作状态。
六、根据负荷情况合理地分配冷冻水的流量
应根据医院各部门的工作特点，合理地分配冷冻水的流量。对下班的部门（例如节假日期间的门诊部），应及时将该区域的冷冻水主管阀门关闭，不要让冷冻水在管道内循环流动以造成冷量的散失。
在正常供冷期间，应根据各个区域冷负荷的实际情况，及时地调整区域主管道阀门，实现冷负荷小的区域阀门开度小，冷负荷大的区域阀门开度大。
七、保持适当的制冷剂充注量
制冷剂充注不足或过量会使热交换的效率下降，导致压缩机压头增加，能耗增加。制冷剂在蒸发器中的液位异常会使蒸发温度下降，而蒸发温度每提升1℃，机组就可以节省5%的能耗。
离心式机组在蒸发器上一般都装有液位视镜，以观测制冷剂的液位高度。对活塞式机组，可以通过观察冷凝器出液管路上的视镜有否气泡翻腾来确认制冷剂的充注量是否偏少。制冷剂充注过量一般表现为排气压力超高，冷凝器出液过冷度增加，一旦发现制冷剂充注量的偏差，应参照机组的出厂说明及时调整。
八、合理安排冷冻水泵及冷却水泵的运行
通过在停机状态下顺序停运水泵，并将停运的机组与整个水循环隔离开来，能起到节能的效果。
在机组停运状态下，如果继续让冷冻水流经机组，会使冷冻水供水总管的水温提升，造成不必要的能量损耗，因此，应将水泵与冷水机组联动，在机组停运状态下自动停运水泵，切断该管路上的流量，可以在保证供水温度的同时节省能耗。
九、及时做好冷冻水管道的保温
冷冻水管道保温的好坏，直接影响着冷冻水的温度和能量是否散失。由于冷冻水管道系统庞大，保温效果不好造成的能量损失很难让人察觉，也易被管理者忽视。其实，保温效果不好造成的能量的损失是很大的，因此要经常对冷冻水管道保温进行巡查，做好维护保养工作，保证保温效果完好。
十、结束语
除以上9种不用增加投资的节能方法外，中央空调的节能方法还有很多，但不管用什么方法，都离不开好的管理和好的操作。科学的运行管理，是提高空调系统节能效益的关键，即使设计再好的节能系统，如果管理不善，也不会有好的节能效果。
管理者必须有强烈的节能意识和工作责任心，注重空调系统日常运行数据的记录、收集、整理和分析，经常了解和观察空调系统的运行状态，及时发现改善空调系统运行效率的机会，找出不良的操作行为及空调系统中耗能的缺陷，制定相应的节能制度、操作方法和改正不良行为的措施，同时要对空调系统制订完善的维护保养制度，并能有效地进行监督实施。
操作者同样要有好的节能意识和工作责任心，要定期进行系统的节能操作培训和考核，对没有达到要求的，应重新培训，考核合格后才能上岗。对操作熟练、节能效果好的操作人员应给予物质奖励。
不同的楼宇，中央空调系统的设计不同，在实际运行中各种参数、负荷等也不同，必须结合实际，根据空调系统自身的特点，采取相应的节能措施。管理者们不要错误地认为只有投资才能节能，不应轻信市场上种种打着节能旗号的节能改造方法，其实，不增投资也能节能，只需借助好的管理。
参考文献
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