中央空调系统节能改造相关分析

1、中央空调系统节能改造相关分析摘要我国现处于能源严重短缺时期，在这一背景之下，对于中央空调相关设 计应用领域来说，积极落实中央空调的系统节能优化改造各项工作来说意义重大。 同时，中国向世界宣示了 2030年前实现碳达峰，2060年前力争实现碳中和的国 家目标。在我国现阶段快速发展的大背景下，“能源革命”备受关注，对于能源 消耗已经成为政府考核指标。故本文主要采用文献资料检索方法，先检索国内与 中央空调以及系统节能等相关的研究报告和学术论文等，对相关研究成果进行系 统化地梳理及总结分析，并围绕着中央空调的系统节能优化改造开展深入研究及 探讨。关键词：系统现状；改造重点与难点；智能控制；运行维护前言

2、中央空调系统能耗大，一直是大家探讨的问题。尤其对于已经使用了五年以 上的建筑，中央空调系统不仅设备本身能耗大，在使用年限增长和维护不完善的 情况下，系统能耗越来越大。所以，对于老旧中央空调系统节能改造是迫在眉睫。 将空调系统总体运行成本有效降低，积极落实中央空调的系统节能优化改造实践 研究，现实意义和价值较为突出。1、系统能耗现状分析循环系统、冷却水循环系统构成，当空调负荷发生改变时，三个循环系统的运行 也将发生变化，要保证各循环系统在各种负荷下都能匹配、高效的运行，才能从 整体上做到系统最高效。因此，水冷冷水中央空调系统的能耗也由以上三部分组 成，如何使三大系统更高效呢？通过实际检测，大部分

3、制冷机房系统整体COP低于3。为了约束各部分的能 耗，也需要对系统节能分别进行评价和限定，根据系统能耗组成分如图1上所示 三部分进行评价。2、系统节能改造重点与难点需要节能改造项目，必定是经过分析有以下几方面的烦恼：能耗总量大、增 速快、效率低；能源利用效率不高；生产制造环境依赖中央空调系统来维持（无 尘车间）；没有实现精益化生产；管理粗放、缺乏精细化管理IL2.1降低系统整体能耗的重点在于三大系统A、对于制冷剂循环系统，无非就是制冷冷水机组，冷水机组的COP和IPLV 不可能使无限大生物，随着技术的进步，这两项参数会趋近设备本身的理论限值。 目前，各个空调厂家的冷水机组的COP和IPLV相当

4、高，尤其是某品牌的永磁同 步变频离心机组，COP趋近7.0，IPLV趋近10.0。B、对于冷却水循环系统，采用用电冷源综合制冷性能系数（SCOP ）来评估， 主要是名义制冷量与冷源系统主机、冷却水泵和冷却塔的总耗电量有关，所以， 不仅选择性能系数高的冷水机组，还应合理确定冷却塔位置和进行冷却水管道设 计，以减少冷却水输送系统和冷却塔的能耗，需要详细计算后确定选择最匹配的 辅助设备与最优的管路。C、对于冷冻水循环系统，怎样控制耗电输冷比，在选择水泵的参数、末端 管路设计上以及供回水温度上都需要专业分析，为了保证冷冻水循环系统阻力和 水泵扬程在合理的范围内，在不影响冷水机组发挥最大能效基础上，以降

5、低水泵 能耗。2.2节能改造的难点分析由于需要改造的中央空调系统为旧有系统，无法进行过大的改动工作，实 际项目改造种类很多，对于每一个项目只能通过实地考察分析才能确定最终改造 方案。通过上面有关改造重点可知，理想状态是三大系统全部改造，但是，实际 过程中无法满足。对于，制冷机房内部，重点在于制冷主机更换时进出场受限制， 大部分现场需要冷水主机散件拆除，新设备散件进场组装。另外，就是整个末端系统，由于管路复杂，以及破坏装修成本太大，实际节 能改造项目中，末端系统最好评估，管路几乎不能改动，但是，系统管路需要清 洗处理，解决管路结垢等问题。结合几个实践项目与市场调查，改造制冷机房与 增加智能控制系

6、统是节能改造系统解决最优方案。3、增加智能控制系统老旧中央空调系统几乎都是人工启停和切换，缺乏智能群控，如出水温度设 定无实时调整、水阀旁通、无法根据冷负荷变化自动及时调节主机运行数量和运 行参数，效率低，严重能源浪费。虽有远程电脑监控，但以远程开关机功能为主，未融合先进节能控制理念， 缺乏系统性综合节能管理控制策略。水系统定流量运行，冷冻水泵、冷却水泵长 期保持50Hz定频运行，部分负荷下流量扬程冗余。冷冻塔老旧损坏，填料严重 受损，无法保证主机散热需求，同时，冷却塔未实现联动智能控制，无法根据供 冷负荷变化及室外气象参数进行联动控制，散热效率得不到保障4。冷却塔散热 不好，直接影响冷水机组

7、能效无法发挥出来。对于最难改造的冷冻水循环系统，末端安装位置分散，缺乏远程集中监控； 传统单点回风温度控制，控温精度不高，易导致过量冷量供给；风机盘管缺乏远 程监控，存在人走不关空调现象；缺乏室内空调温湿度监测；空调温度设置随意， 温度设置低。解决方案主要有：对于制冷机房，建立中央空调集机房群控系统。实现冷水 机组智能群控优化技术；主机运行参数优化；主机负荷分配寻优；冷冻水泵变频 控制系统，实现根据负荷变化变频运行；冷冻水泵变频控制系统实现根据负荷变 化变频运行；冷却塔风量及组合优化控制，保障散热需求；空调机组变风量变水 量精细化管理控制；风机盘管远程联网智能监控，实现室内空调温度智能设定、

8、无人房间空调自动关闭；建立室内热舒适环境监测系统，实现各区域空调温度状 态实施监控5。智能控制系统主要是为了实现空调设备的运行管理、自动控制、室内温度优 化设定、设备故障诊断和能耗统计分析等目的，实现中央空调系统高效节能、安 全可靠运行。4、系统运行维护高效的中央系统缺不了健全的维护保养，对于改造项目，系统运行维护最关 键。通过实际案例分析及监控系统反馈，改造之后的系统定期部进行维护保养， 系统整体能耗每年5%-10%增加。结合中央空调系统维保，主要在整机常规检查、压缩机及润滑系统维护、冷 媒系统维护、蒸发器、冷凝器检查及维护、电控系统检查及维护、冷冻水系统检 查及维护、冷却塔检查与维护6。5

9、、案例分析5.1项目工程概况以东莞某电子工厂内部中央空调系统节能优化改造项目工程为例，此项目主 要涉及有4栋厂房和1栋办公楼，采用集中冷源供给站系统，厂房建筑面积各为 30000皿，办公楼建筑面积各为10000皿，空调面积大概10万皿。机房内空调设 备共5台水冷离心机组，空调冷源1#4#5#（各1000RT）、2#3#（各1300RT）机 组均为YK空调主机，已使用近9年，机房内共10台空调水泵，冷冻泵5台、 冷却泵5台，冷却塔2组，冷冻水环路未设集水装置、分水装置，以冷冻总管 （1根）向每栋建筑来提供每日的冷冻水，全年运行。5.2在节能改造原则层面该中央空调系统节能优化改造实施所需遵守原则即

10、为：一是，节能环保性。 务必着重考量节能低碳社会大发展环境，坚持节能降耗这一优质理念，确保该系 统节能优化改造工作得以妥善落实下去；二是，耦合性。在一定程度上，在系统 节能优化改造一方面基本原则上，大部分是因其内部有着极具复杂性构成，如冷 源所在输配末端等子系统，所有子系统又含有子子系统，故复杂性较为突出。该 电子厂内部中央空调系统在改造节能环保化运行基础上，还要维持部分区域正常 运行状态；三是，多样性。中央空调系统，还具有一定的多样性特征。主要是由 于中央空调系统在形式上是多种多样的，需要依据厂区内部实际的需求，进行科 学、合理地选择7。但是，通常情况下，对于多数的工业厂房来说，选择最适宜

11、的中央空调系统最为重要。中央空调系统持续运行影响因素集中表现在能耗率、 适应性各个层面。故中央空调系统改造实际落实系统节能改造优化实践工作期间 难度系数较高，复杂性突出，需着重统筹考虑分析，便于确保该厂区内部中央空 调系统节能优化改造高效完成。5.3在分析现有问题及节能改造实施方案层面中央空调能效提升主要是：选用高能效的设备；采用高能效的系统；采用先 进的运行管理与控制系统。1）在高能效的设备选择方面原有主机经过实测实测COP才2.7，根据公共建筑节能设计标准GB 50189-2015对该冷量段机组的性能要求，机组性能参数（COP）不得低于5.9, 该机组实际运行COP低于国家标准54%。经过

12、分析，主机选用某品牌永磁同步离心机组，相对比行业的大型机组，能 效非常高，性能也稳定。以1000RT变频离心机组为例，机组运行参数如下表， 同时，部分负荷下COP高达13.3。机峰白廿真有性累承洛H电a. l c. 削口营、以贝胃.hme 貌何酉F蚀怛盛弟戡ur序骨凫耳率ariWL/ian遍Aft L/kFh电出泳I3峻5林0&倾t ifmg纵4434-的52涂SL4TIixitafu.m a如.知?U. H31板41X30傩5GL44BL 67路白13.30-T2716482.而IU.fll&kGL4Tfl. 91.30I.G274. 92）在水系统的节能改造层面改造前期全年运行期间，机组就

13、有停机状态问题产生，经现场多次测试了解 到，该厂区部分功能区由于收到生产的产品所限制，必须24小时保持温度26度， 适度50%的环境下。针对该问题，全部改造末端系统往往不切实际。综合分析用户实际需求，在保证该工厂实际需求情况下，对于末端系统，只 是局部老旧管道及导致管道阻力过大区域进行改造，不影响厂区生产需求。而对 于现有机房进行三阶段施工：首先改造冷却塔，增加一组新的冷却塔，保证制冷 机组散热良好，再对于老旧冷却塔的部分配件进行更换，例如，填料更换，增加 变频器控制，部分管路增加电动阀门等；其次，主机改造2台，水泵改造，部分9-女整的般*整管路改造，通过阻力模拟以及管路优 化，采用BIM模拟

14、预制管道等；最后， 再前期改造结束后，切换新旧系统，保 证末端需求，对剩下部分进行改造，整 体改造后，对系统全部清洗，同时，对 老旧管道还要钝化处理等。通过改造后， 尽量保证中央空调系统三大部分：冷冻 水循环系统、制冷剂循环系统、冷却水循环系统都高效，达到高效评估水平，选 择COP和IPLV最高效的制冷主机，以及冷却及冷冻两大系统都最优状态。此工 厂机房改造后系统图如图二所示，同时对于冷冻水泵也增加一台备用水泵，在管 路上需要控制的节点上也增加了合适的电动蝶阀等，有利于群控系统数据采集， 做到智能控制节能改造。通 过分析原有系统，几乎没有任何自动控制 系统，整个系统为人工管理。对此，依照着厂区

15、内 部中央空调系统具体运行情况，对其实施节能改造 优化期间，把系统合理改造成为变流量节能控制系 统后，整个机电采用群控系统，进行远程监控，同 时用户增加能源管理系统，如图三所示。冷负荷变化发生情况下，借助控制装置实施数据采集，计算分析过后及时把 相应指令发出，数据传入至变频装置，对冷冻水泵实际频率予以实时化调节，实 现对转速的有效控制，冷冻水实际流量可实现动态变化，实时满足于负荷不同工 况环境，脱离系统的满负载状态。针对冷却水部分。系统节能优化改造方案当中， 处于冷却塔的风机变频环境下，可通过对冷却塔的风机转速予以有效调节网。在 一定程度上，与定温差这种控制方式相比，冷凝温控法更具节能优势以及

16、潜力， 且冷却塔的风机实现变频控制，对冷却水的循环系统达到优良的节能运行可起到 积极作用。3）在风系统的节能改造层面原有中央空调的控制系统末端设备，属于手动操作形式，风机盘管整个系统 仍处于工频下运行状态，风机处于恒定送风量状态，大最能耗产生，浪费严重。 改造后增加变频控制以及集中控制及管理等。故此次中央空调的系统节能优化改 造方案当中，以变风量为控制系统，通过对末端空调的负荷变化动态跟踪，实现 对盘管风机的送风量实时调节，伴随风量逐步减小，风机必然降低耗能，节能作 用较为突出，可更好地满足于中央空调的系统节能优化改造需求。5.4在变频控制技术层面通过变频控制科学技术的合理应用，实现对中央空调

17、系统可靠性节能改造， 降低能源的消耗量。基于节能化改造中央空调系统，务必要强调能耗层面要求。 中央空调系统内部水系统层面，务必引入变频技术，确保冷水水泵及其机组能耗 均下降；风系统，属于空调系统核心，也可借助变频技术，降低该系统负荷。风 系统实际运行期间负荷下降后，总系统所输出功率呈下降趋势。中央空调系统风系统为较为难改造的一个系统，尤其在已经有装饰天花的情 况下，破坏天花成本较大。节能改造该空调系统实践中，一般对风系统整体节能 改造较小。只借助变风量控制科学技术，可结合负荷实情，做出对应变化，自动 化调节系统送风量，把控好风机能耗，确保中央空调系统总体节能改造优化效果 得以提升。目前，对中央

18、空调系统内部风机风送量的有效调节手段相对较多些， 包含调节风阀和变频电机等。借助不同的调节处理手段，可获取不同的节能优化 改造效果。对此，改造可结合建筑具体需求进行科学的、合理的选择，实现对中 央空调系统的节能改造。5.5节能效益分析该系统中央空调节能改造后，通过冷源系统主机群控优化、水泵变流量调节， 末端智能控制，有效提高空调冷源系统整体运行能效，降低系统能源消耗，冷源 系统综合节能2035%。5.6在系统运行维保层面在中央空调系统长期运行过程中，管道产生的锈蚀或钙化等，覆盖在管道内 壁以及蒸发器、冷凝器里面，严重影响系统的制冷效率，从而导致系统耗电非常 高。另外，对于室外冷却塔，由于开式系统，水中的泥土与灰尘也会进入水中， 需要定期清洗冷却塔，也建议增加自动加药装置等。维持中央空调长期高效地运 行，才是节能改造的宗旨与目的。结语综上所述，中央空调系统节能优化改造，务必分析原有中央空调