对中央空调水系统中的节能技术改造浅析

1 / 9 对中央空调水系统中的节能技术改造浅析 对中央空调水系统中的节能技术改造浅析 摘要：本文结合既有建筑的中央空调水系统的设计与运行状况，分析与讨论了水系统的节能改造技术。既有中央空调水系统的节能技术有：主机变频、空调泵变频、水蓄冷、高效泵。非线性、大滞后的中央空调水系统适合采用智能控制算法。 对近几年来多宗中央空调系统的统计调查与初浅分析，笔者认为存在以下几个问题： (1)冷热源总装机容量偏大，投入运行的台数一般占装机容量的 1/33/4，单台机组的负荷一般在 60以下； (2)没有安装 低负荷运行的小机组； (3)水系统一般为定流量系统，供回水温差在 1； (4)部分离心机组在低负荷运行时 (4 月、 5 月、 9月、 10 月 )喘振，有的机组甚至无法正常运行； (5)空调水泵扬程选择偏大，导致单台水泵无法正常工作；主机、冷却、冷冻水泵终端设备等彼此匹配性差；系统降效快。究其主要原因有：设计人员迁就业主“宁左勿右”、“只高不低”，政府投资的工程尤甚；业主忽视了空调系统维护清洗。 对于冷源机房容量选择大，通过台数控制不能满足安全、高效运行的情况，成熟的改造技术有：制冷机组变频控制；水蓄冷；增加低容量 机组；扩大空调区域等。以下结合有关工程讨论冷源改造技术。 2 / 9 1 1 制冷机组变频改造 制冷机的性能系数 状 2017年就 22栋国家政府机构办公楼和大型公共建筑。通过测试或根据运行记录计算机组的性能系数 机组的 遍低于公共建筑的强制性标准。 案例一： A 办公楼安装了 3 台 500离心式冷水机组 (2001 年投入运行 )，压缩机功率 340 3 台机组通常只运行 1 台，即使在天气炎热的情况下，也仅开启 2 台。通过测试，制冷机组的 之间，低于公共 建筑的强制性标准，也低于设计工况的 案例二： B 酒店的制冷机组为工频离心式机组 (2001年投入运行 )，共有 4 400机组，负荷最大时运行 2台，机组的设计能效比为。根据 2017 年 10 月 22 31 日对制冷机组运行参数的测试， 1#机组的负荷率在 41 76之间变化， 在之间，低于公建标准。 2#机组的负荷率在 38 86之间变化，其中，在 80 86的负荷率为，60 69负荷率的概率最大 ( )。 在之间，低于公建标准。 制冷主机 能改造 冷水机组 99以上的时间运行在部分负荷工况。通过调节导流叶片开度来调节机组输出冷量的恒速离心机，最高效率点通常在 70 80负荷左右，负荷率 80时对应的3 / 9 ，负荷率 100时对应的 ，负荷率 40时 着负荷降低，单位冷量能耗增加较显著。 从图 1 中可看出，变频运行的制冷机，其最高效率点可以在部分负荷下，如 40 50负荷左右， 50负荷对应的 。机组变频控制还能提高机组的功率因数，优化机组启动性能，避开喘振点，提高机组可靠性。 案例三： C 有限公司的中央空调 采用了 2 台 650 冷吨离心式制冷机组。于 2017 年 8 月 20 日投 入使用，冷水机组用于生产车间空调， 24h 不间断运行，负荷稳定，标准出水温度，夏天 2 台运行，冬天单台运行。 l#机于 2017 年 9 月改造为变频制冷机组。经过一年多的运行实践，无论是在大负荷运行或是小负荷运行 (只要符合变频条件 )，都比工频机组节能。根据 2017 年 10 月 15 日10： 10 16 日 10： 10 的测试， 2 台机组负荷率在 6067。每天节省 1439能率为。该机组工频运行的，变频时 ，即机组工频运行时的 ，机组的节能效果好。如果 5 10 月 (合计 6 个月 )按开 2 台制冷机组计算 (考虑的安全系数 )， 1l次年 4 月 (合计 6 个月 )运行1 台机组，电费为元 /年可为公司节省万元，实际运行表明，节省的运行费用大于万元。主机变频改造的经济效益与节能效益如表 1 所示。 5 10 月节电量 /1次年 4 月节电量 /年4 / 9 节电量 /年节省的运行费用 /万元 207216 129510 336726 水蓄冷改造 利用既有的常规冷水机组，改造为水蓄冷的系统。其方法是利用 消防水池、原有蓄水设施或建筑物地下室等作为蓄冷容器，增加放冷泵、充冷泵、板式换热器设备。此项改造技术具有如下优点： (1)设备安全运行。避免“大马拉小车”； (2)节能。系统高负荷运转时间大幅度增加，制冷效率可以提高 5 8； (3)经济效益。投资一般 3 4 年可以回收。水蓄冷不仅能为用户、为社会创造节能效益，而且创造的经济效益可用于其他节能改造项目，解决节能改造资金瓶颈问题； (4)社会效益。平衡电网负荷，充分发挥电站的发电效益，减少电厂投资，净化环境。 案例四： D 科技大楼原为常规的中央空调系统 (能源合同管理项目 )，制冷机组为离心式制冷机组， 制冷量 600 冷吨。 2017 年改造为水系统中央空调，改造项目投入运行后，通过测试，得出以下几点： (1)满足设计要求。低谷时段所蓄的冷量，可以满足该大楼白天 3调所需的冷量。 (2)移峰填谷。在高温条件下，水蓄冷可以移峰5 / 9 888少平谷段 860加 1554谷段电量；在一般温度下，水蓄冷可以移峰 684少平谷段 1034加 1414谷段电量，创 造了社会效益和环境效益。 (3)经济效益：在高温条件下，每天节约电费 1988 元；在一般气候下，节约 1885 元。 (4)空调节能。节约电量万 计发电厂的节煤量 )，占原用电量的；电费 元，占总节约费用 (75 万元 )的。 (5)保证并提高机组的安全可靠运行系数。 增加小容量机组 案例五： E 办公楼设计时为三大一小制冷机组，业主为了节省投资改为 3 台大机组，投入运行后，在低负荷时，机组无法启动或者喘振。通过增加 2 台风冷热泵机组才满足大楼的正常供冷以及 设备的正常运行。 空调循环泵变频改造的条件 根据空调水系统的特点，借助智能自控技术、高速可靠的网络通讯技术及先进的控制软件，对空调水泵采用基于计算机网络的智能控制变频技术。主要应具有以下优点：实时跟踪空调负荷，减少冷冻水、冷却水用量，减少能耗与运行费用；减少空调水系统设备的振动和磨损，延长设备的使用寿命；可以实现对水泵电机的“软启动”、“软停机”，减少电流对电机的冲击；提高电机的效率，改善其运行条件；6 / 9 降低电机和冷却塔的噪声。 工程实例概述 案例六：某高层商用写字楼，总 建筑面积万 楼的中央空调系统冷热源采用 2 台 600心式冷水机组供冷，冬天由 1 台的燃油锅炉供暖，其他辅助设备如表 2 所示。 设备 主要参数 数量 冷机机组 制冷量 600 冷吨 ,压缩机功率 374 台 冷冻水泵 立式离心泵：流量未知，杨程未知，电机功率 55 台 由于气候状况与室内热源变化，改造前， 5 月、 9 月运行 1 台主机，冷却水泵 2 台， 1 台冷冻水泵， 1 台冷却塔(4 台风机 )； 7 月、 8 月运行 2 台主机， 2 台冷冻泵， 4 台冷却泵， 4 台冷却塔 (6 台风机 )。控制水平停留在 人工操作运行台数，水系统流量仅能在 50或 100运行。针对“大流量，小温差”运行状况进行节能改造，对 2 台冷冻水泵、 2台冷却泵变频调速控制 (设计要求，为避免变频水泵空转与倒流，不允许工频泵与变频泵同时运行 )。冷热源控制系统的通信协议采用过程现场总线 制器的算法采用模糊控制，水泵的运行状态以及中央空调系统中的主要过程参数实现界面集中监控。 2 3 改造效果分析 测试结果 7 / 9 通过测试，可以得出以下几点： (1)节能。节能效果如表 3 所示。从表 3 中可看出，制冷系 统总节电率为。冷冻水泵、冷却水泵采用了模糊变频控制，不仅节省了水泵的用电量，而且提高了机组的能效比， 1#机组能效比提高了， 2#机组能效比提高了。 表 3 改造后系统各部分节能率 制冷机组 冷却水泵 冷冻水泵 制冷系统 % % % % 注：室外温度为 33 (2)具有经济效益。写字楼中央空调部分年用电 58 万元左右，按改造后年节省的费用计算，则每年至少节省万元。投资 3 4 年完全能回收。 (3)降低了冷凝温度，提高了机组安全运行的可靠性。1#、 2#机 组分别降低了 1T、。 (4)增大了供回水温差。 1#机组：变频运行，冷却水温差为，冷冻水温差；工频运行， 1#机组冷却水温差为，冷冻水温差。 2#机组：变频运行，冷却水温差为，冷冻水温差；工频运行， 2#机组冷却水温差为，冷冻水温差。 (5)减少了水流量。 1#机组减少了 2#机组减少了。 (6)提高室内温度的控制精度。在变频控制下，房间8 / 9 温度 24 2；工频控制下，房间温度。 考核说明 经过近一年的运行，系统运行正常，但有两点需要说明。 (1)实际节电率为。主要原因为：改造前，中央空调水系统的运行状况处于节约型节能，也就是说，在某些时段不满足室内空气舒适度的要求 (设备停止运行 )；改造后，系统根据室内舒适度运行，提高了环境服务质量。 (2)没有考虑具体工程的实际情况，冷却水泵的频率下限值调得太低。因为我市的 5 月湿度大，焓值高，导致机组频繁启停。重新设定冷却水泵的频率下限值，机组工作正常。 通过以上的讨论，既有中央空调水系统的节能技术