浅谈大型建筑中央空调系统运行的节能控制

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摘要：中央空调是近现代建筑中不可缺少的专业运行及能耗系统。在近些年使用中央空调的同时，将考虑到其大量的耗费能源，并呈逐年增加的趋势。作为主流的中央空调系统目前常用的节能降耗方式有两种，分别是冷热源节能和动力耗能节能。冷热源节能即对冷热源效率及温湿度的控制。动力耗能节能即对动力设备采取低速运行、变频运行等方式的节能，从而达到中央空调整体节能降耗运行的效果。

关键词：中央空调 节能 效率变频控制

中图分类号：TE08 文献标识码：A

中央空调是现代建筑中不可缺少的能耗运行系统。中央空调系统在给人们提供舒适的生活和工作环境的同时，又消耗掉了大量的能源。据统计，我国建筑物能耗约占能源总消耗量的30%。在有中央空调的建筑物中，中央空调的能耗约占总能耗的70%，而且呈逐年增长的趋势。因此，如何高效利用中央空调系统的能源和节能就成为迫切需要解决的问题。

正常运行的中央空调系统，其耗能主要有两个方面：一方面是为了供给空气处理设备冷量和热量的冷热源耗能;另一方面是为了输送空气和水，风机和水泵克服流动阻力所需的动力耗能。中央空调系统的耗能量受很多因素影响，许多运行环节都有节能措施，以下就冷热源耗能和动力耗能两方面介绍几种常用的节能措施。

1、冷热源耗能节能措施

1.1温湿度控制

从中央空调系统空气处理过程可以看出，夏季室内温度越低、相对湿度愈低，系统设备耗能愈大;冬季室内温度越高、相对湿度愈高，系统设备耗能愈大，相应地初投资和运行费用也随之增大。

由于每个人对舒适感的要求标准差别很大，故对民用中央空调可有一个范围较宽的舒适区。在该舒适区范围内，夏季降温时，取较高的温湿度值;冬季采暖时，取较低的温湿度值，可获得一定的节能效果。建筑内温湿度的变化与建筑节能有着紧密的相关性，根据经验统计资料表明，如果在夏季将设定值温度下调1℃，将增加9%的能耗;如果在冬季将设定值温度上调1℃，将增加12%的能耗。因此将建筑内温湿度控制在设定值精度范围内是大楼中央空调节能的有效措施。

为降低能耗，空调房间室内温湿度基数，在满足生产需要和人体健康的情况下，夏季尽可能提高，冬季应尽可能降低。现在有些业主盲目追求“够冷”境界，大幅度提高室内温湿度设计标准，这样做，不仅无谓地浪费大量能源，而且还会产生舒适感的负面效应。

空调系统温湿度控制精度越高，舒适性越好，同时节能效果也越明显。而空调系统前端所测信号准确性直接影响到中央空调系统的精确控制程度。所以，所测信号，尤其是温湿度这样的模拟信号，必须尽可能准确。

1.2冷源效率控制

评价冷源制冷效率的性能指标是制冷系数（COP，Coefficient Of Performance ）。制冷系数指单位功耗所能获得的冷量。制冷系数与制冷剂的性质无关，仅取决于被冷却物的温度T0和冷却剂温度Tk， T0越高，Tk越低，制冷系数越高。所以空调系统冷机的实际运行过程中不要使冷冻水温度太低、冷却水温度太高，否则制冷系数就会较低，产生单位冷量所需消耗的功量多，耗电量高，增加建筑的能耗。提高冷源效率可采取以下措施：

1）降低冷却水温度

由于冷却水温度越低，冷机的制冷系数就越高。冷却水的供水温度每上升1℃，冷机的COP下降近4%。降低冷却水温度就需要加强冷却塔的运行管理。首先，对于停止运行的冷却塔，其进出水管的阀门应该关闭。否则，因为来自停开的冷却塔的水温度较高，混合后的冷却水水温就会提高，冷机的制冷系数就减低了。其次，冷却塔使用一段时间后，应及时检修，否则冷却塔的效率会下降，不能充分地为冷却水降温。

2）提高冷冻水温度

由于冷冻水温度越高，冷机的制冷效率就越高。冷冻水供水温度提高1℃，冷机的制冷系数可提高3%，所以在日常运行中不要盲目降低冷冻水温度。首先，不要设置过低的冷机冷冻水设定温度。其次，一定要关闭停止运行的冷机的水阀，防止部分冷冻水走旁通管路，否则，经过运行中的冷机的水量就会减少，导致冷冻水的温度被冷机降到过低的水平。

2、动力耗能节能措施

2.1输送耗能控制

动力耗能主要是指系统运行中风机和水泵所消耗的电能。从风机和水泵的输入功率计算公式：

（1）

（W）:输入功率; ：体积流量; ：压头; η：效率

由公式（1）可知，要减少功耗可以从以下三个方面来考虑：减少流量、降低系统阻力和提高风机、水泵的效率。在工程实践中可采用以下措施：

1）采用大温差

如果系统中输送冷热能用的水（或空气）的供回水（或送回风）温差采用较大值，那么当它与原有温差的比值为m，从流量计算公式知道，采用大温差时的流量降为原来流量的1/m3 。在满足中央空调精度、人员舒适和工艺要求的前提下，应尽可能加大送风温差。要注意的是：供、回水的温度差不宜大于8℃。

2）选用低流速

因为水泵和风机要求的功耗大致与管路系统中的流速成正比关系，因此，要取得节能的运行效果，在设计和运行时不要采用高流速。此外，干管中采用低流速还有利于系统的水力工况稳定性。例如：改变风机的转速可以改变风机的性能参数，风机的功率与转速成三次方的关系，而流量与转速成一次方的关系，降低转速以降低流量的同时可以大幅度降低能耗。当流量减少1/3时，能耗可减少约70.4%，当流量减少1/2时，能耗可减少约87.5%，且风机的效率基本不变，仍可稳定高效地工作。

3）采用输送效率高的载能介质

一般情况下，用水输送冷热能的耗能量比用空气输送的要小，并且输送相同冷热能所用水管的管径要比风管小得多，所占用的建筑物空间也相应小很多。这也是近年来中央空调方式发展迅速的主要原因之一。

2.2变风量系统控制

变风量系统就是针对送风系统耗电缺点的节能对策。变风量系统可分为两种：一种为AHU风管系统中的空调机变风量系统（AHU—VAV系统）;一种为FCU系统中的室内风机变风量系统（FCU-VAV系统）。AHU-VAV系统是在全风管系统中将送风温度固定，而以调节送风机送风量的方式来应付室内空调负荷的变动。FCU-VAV系统则是将冷水供应量固定，而在室内FCU加装无段变功率控制器改变送风量，亦即改变FCU的热交换率来调节室内负荷变动。

2.3变频控制

大部分建筑物一年中只有几十天时间中央空调处于最大负荷。中央空调冷负荷始终处于动态变化之中，如每天早晚、气候情况、客流量、活动内容等各种因素的变化，实时影响中央空调冷负荷。一般，冷负荷在5～60%范围内波动，大多数建筑物每年至少70%是处于这种情况。而大多数中央空调，因系统设计多数以最大冷负荷为最大功率驱动。这样，造成实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾，采用变频控制的方式，可解决此矛盾。

1） 风机水泵类变频控制

大多数中央空调系统对空气和水流量的控制不得不依赖挡板和阀门来调节，许多电能被白白浪费在挡板和阀门上。如果对风机水泵进行变频调速，把浪费在挡板和阀门上的能量节省下来，每台水泵平均节能效果就很可观。流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，消耗的功率与转速的三次方成正比。实际证明，风机水泵类变频控制节能40%～50%。

2） 冷水机组变频控制

由于压缩机不排除在满负载状态下长时间运行的可能性，所以，只能按最大需求来决定电动机的容量，故设计裕量一般偏大。在实际运行中，轻载运行的时间所占的比例是非常高的。采用变频控制对压缩机转速进行调节，实现对制冷量的控制，让冷冻机组始终处于最佳（最合理）的运行状态。变频控制提高了空调器的效率，改善了冷冻机组的运行效果，从而实现了节能。

对于大型建筑的中央空调系统的冷热源耗能和动力耗能方面采用有效的节能措施，将使系统的调整和控制更准确，能源的消耗更合理，运行和管理的费用更节省。这是中央空调系统高效节能、高回报率的具体体现，也是顺应时代的绿色节能空调工程设计追求的目标。

参考文献：

1 吴继红、李佐周. 中央空调工程设计与施工.北京：高等教育出版社，2001.-151

2 李强,吴杰,王念春. 变频调速技术在工厂应用的节能分析.微计算机信息.2003,19（2）.-33-34