某图书馆中央空调系统节能改造与分析

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摘 要：本文以广东轻工职业技术学院图书馆中央空调系统为对象，经过优化改造与节能分析，节能效果明显。

关键词：中央空调系统；节能与分析；改造

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.055

0 引言

随着中央空调系统的广泛应用，如今很多建筑都安装有中央空调系统，而中央空调系统的能耗之大众所周知，从前几年国家把公共场合的最低温度从25℃提高到26℃中可看出国家在这方面也是非常注重节能与环保的，然而很多中央空调系统的节能只是在建筑、空调系统设计、使用温度的设定和维护保养等方面，而在中央空调系统开始运行与停止运行时的短暂节能一般都是忽略掉，按照常用的启停顺序与时间，本文通过改变在中央空调系统开始运行与停止运行时冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵的开、停顺序与时间，结合工程实际应用进行节能的改造与分析。

1 工程概况

广东轻工职业技术学院图书馆建筑分为A、B和C三个区，总建筑面积为25500平方米，空调面积为20500平方米，其中A-C区空调面积约12000平方米，B区8000平方米。空调系统按区域分为A-C区和B区两个独立的系统，每个系统空调机房冷却塔、冷却水泵与冷冻水泵等主要设备同为运行与备用设备，运行与停止方式由PLC自动控制与手动控制完成，系统平时主要使用自动控制方式运行。自动控制系统主要由装有北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发的MCGS工控组态软件的PC机和SIEMENS（西门子公司）S7-200 CN系列的PLC等组成，A-C系统和B系统中每台主机与其配套运行的冷却塔、冷却水泵和冷冻水泵等可单独自动启动与停止运行，空调系统机房主要设备具体的主要参数与数量如下表格1：

图书馆在使用中央空调系统的季节正常开馆时间如表格2：

2 节能改造与节能计算

2.1 开始运行改造与节能计算

改造前开始运行顺序与时间间隔：冷却塔（30秒后）-冷却水泵（30秒后）-冷冻水泵（30秒后）-冷水机组（延时3分钟启动）。

改造后的开始运行顺序与时间间隔：冷却水泵（30秒后）-冷冻水泵（30秒后）-冷却塔（30秒后）-冷水机组（延时3分钟启动）。

从上面改变后的开始运行顺序与时间间隔得出每次开始运行时每台冷却塔少运行1分钟，按每天空调系统最小的开始与停止运行次数计算，即每天三次计算，通过计算得出开始运行时的节省电量为：

A-C区系统节省运行时间为：1分钟×3台×3次=9分钟/天，省电量为：7.5kW×9÷60=1.125kW・h

B区系统节省运行时间为：1分钟×2台×3次=6分钟/天，省电量为：7.5kW×4÷60=0.75kW・h

2.2 停止运行改造与节能计算

改造前停止运行顺序与时间间隔：冷水机组（5分钟后）-冷冻水泵（30秒后）-冷却水泵（30秒后）-冷却塔。

改造后的停止运行顺序与时间间隔：冷水机组（60秒后）-冷却塔（120秒后）-冷冻水泵（30秒后）-冷却水泵。

根据上面改造后的停止运行顺序与时间间隔计算出每次停止运行时冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔少运行时间与节能量如表格3与表格4：

2.3 改造后总的节能计算

A-C区系统按照一个月使用空调时间为30天计算，即一个月的省电量为：（1.125+21.225）×30天=674.25kW・h

B区系统使用空调一个月的省电量为：（0.75+14.15）×30天=447kW・h

A-C区系统与B区系统一个月总的省电量为：674.25+447=1121.25kW・h

按照图书馆空调系统一年实际使用时间为5个自然月，即一年的省电量为：562.2×5=5606.25kW・h，按1度电7角算，一年即可省3924元。

2.4 改造工作c耗材

由于平时主要是以自动控制方式运行，手动是由管理人员自己控制时间的，所以改造工作主要针对自动控制运行方式。PLC编程主程序图变化不大，主要是更改PLC编程软元件时间继电器的参数和对调一下输出的继电器线圈顺序即可。即系统停止时主机停止运行后时间继电器参数300秒改成60秒，输出线圈改为由冷冻水泵改为冷却塔，冷冻水泵的时间由原来300秒改成冷却塔停止后的120秒，冷却水泵的停止时间不变还是为冷冻水泵停止后的30秒。开始运行时冷却塔增加软元件时间继电器并在冷冻水泵输出线圈上，记时为30秒，冷却水泵时间继电器去掉，另将冷却塔、冷却水泵与冷冻水泵之间的启停顺序按改造后的启停顺序调换即可，工作量少，基本上不涉及改造耗材和购买新设备与电器元件等。

3 改造后冷冻水、冷却水供回水温差变化分析

空调系统开始运行时因只是冷却塔往后推迟60秒启动运行，这时冷水机组还没启动，冷水机组冷凝器中没有高压高温的气态制冷剂需要进行热交换，加上时间较短，所以安装在冷却水供回水水管上的酒精玻璃温度计的温度显示基本没变化，即冷却水供回水温差为零，所以无法进行现场测量与结果分析。下面主要是对空调系统改造前、后在停止运行时的冷冻水与冷却水温度的现场测量与供回水温差的变化的计算与结果分析。

改造前停止运行冷冻水、冷却水供回水的温度及温差变化如表格5，时间为6月中旬上午11：30分，环境干球温度为33.3℃，相对湿度为72.3%，测量温度为30秒一次，测量工具为安装在螺杆冷水机组冷凝器与蒸发器的冷冻水与冷却水供回水管上的酒精玻璃温度计，测量精度为0.1℃。

改造后停止运行冷冻水、冷却水供回水温度及温差变化如表格6，时间为6月中旬上午11：30分，环境干球温度为33.4℃，相对湿度为73.1%，测量温度为30秒一次。

表格5与表格6所列冷冻水、冷却水供回水温度及温差数据为冷水机组在工作电流298A停止时的现场实测数据，根据表格5与表格6改造前、后冷冻水与冷却水供回水温度及温差实测值的变化做出改造前、后冷冻水与冷却水供回水温差变化曲线图如图1和图2所示。

改造前、后冷冻水与冷却水供回水温差变化曲线图中显示出，空调系统在停止过程中供、回水温差下降幅度较大的时间段是出现在冷水机组停止30秒后到2分钟之间。而螺杆冷水机组停止运行3分钟后冷冻水与冷却水供回水温差变化已经为零，说明螺杆冷水机组的冷凝器与蒸发器所需交换的热量已经为零或者趋于零，这时候停止冷冻水泵和冷却水泵对冷水机组是没有影响的，同时也说明对空调系统自动控制运行方式的节能改造是成功的。

4 结论

这次中央空调系统的改变延迟开冷却塔与提前关冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵等的节能改造投入是非常小的，不用购买任何材料与耗材，只是需要几个正常的工作日时间即可完成改造，通过现场设备实际运行测试与分析，改造后对设备的使用与运行没有造成影响，虽然一天的节能省电量在中央空调系统一天的耗电量里面所占的比例不是很大，但一年的省电量或在整个中央空调系统报废使用周期里的省电量却是可观的。因此在空调系统自动控制运行和手动空调系统信息化改造时，在启动顺序与启动时间的间隔上具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]叶剑飞.中央空调系统间断运行的节能研究[J].制冷，2001，20（0l）：67-70.

[2]陈文武.楼宇中央空调自动系统的分析[J].科技展望，2016.

[3]刘祖其.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].北京，机械工业出版社，2015.

作者简介：林大权（1986-），男，工程硕士，助理实验师。