中央空调系统的设计要点与运行管理

中央空调系统的设计要点与运行管理1/sundae_meng目录中央空调系统的能耗情况中央空调系统的设计问题中央空调系统的运行管理中央空调系统的节能建议和措施21中央空调系统的能耗情况1.1大型公建的特点大型公建：体量大，单体建筑面积≥2万m2，多采用中央空调；大型办公楼、宾馆、购物中心、机场、车站、娱乐中心等；建筑特点：内部发热量大；无外墙的内区比例大；能耗特点：采暖能耗低于一般建筑；耗电量远高于一般建筑；空调能耗占较大部分。31.2大型公建的能耗情况高档办公楼、宾馆、大型购物中心、综合商厦、交通枢纽等到2004年全国总量仅为5亿平米，全国此类建筑年耗电总量约为1000亿度/年，占我国总发电量约5%；此类建筑在新建建筑中比例呈增加趋势，导致近几年我国大部分城镇夏季用电量急剧上升的主要原因之一；与发达国家能耗水平比较，与美国基本在同一水平，比日本城市高，节能水平远远差于西欧、北欧水平。4北京市大型公建的耗电量调查结果建筑类型耗电指标住宅北京10~15度/平米/年上海10~20度/平米/年一般办公建筑20~50度/平米/年大型办公楼>100度/平米/年五星酒店100~200度/平米/年购物中心200~300度/平米/年大型公共建筑耗电量是住宅的10倍以上；尽管面积总量不大，但其电耗占建筑总电耗的20～25%。5北京市大型公共建筑的参考用电指标（单位：kWh/(m2.年)

政府办公楼

甲级写字楼

酒店

商场

中央空调

30405080照明

15302065办公设备

2020510电梯551015饮水机及电开水器

5－

－

－

生活热水循环泵

－

－

10－

全年总用电量（不包括特殊功能性房间的用电）

759595160空调系统能耗一般占建筑总能耗的40%~60%。6不同大型公建逐月平均单位面积电耗（2004年结果）

夏季由于空调系统的使用，电耗显著上升。71.3大型公建的能耗高的主要原因不合理的建筑设计产生的问题大面积的玻璃幕墙，带来大量的太阳得热量，也导致冷负荷过高不能开窗，不能自然通风，不良的室内空气质量，完全依赖空调，导致空调冷量过高；大量的无外窗空间或不与室外连接的内区，照明，通风高能耗。中央空调系统不合理地设计与运行产生的问题8中央空调系统设计与运行管理问题不合理的空调系统结构水泵不合理的空调系统结构、风机用电量过大各空间风量平衡设计不当，导致局部新风量过大不能充分利用室外低温冷却，冷机运行时间过长冷源配置不合理，导致相当多的时间低效运行中央空调系统运行管理问题：不合理的运行制度或运行方式导致空调系统运行时间过长。91.3大型公建的能耗高的主要原因技术方案本身有问题设计意图未能得到落实设备安装及系统调试不合格运行管理方法不科学101.4大型公建的节能潜力降低大型公共建筑能耗新建大型公共建筑能耗为目前的40%改善新建建筑的建筑设计采用新的节能的机电系统改善管理；既有的大型公共建筑能耗降低30%改进机电系统改善管理112中央空调系统的设计问题2.1中央空调系统的设计要点分区问题冷热源设计问题水系统设计问题风系统设计问题气流组织问题控制系统问题122.1.1分区问题负荷特性差异较大的房间应该分别设置空调系统例如：大中型建筑物选制冷机的容量与台数时，应大小搭配，按过渡季节最小负荷选一台小制冷机，这样可以满足小负荷时机组节能高效运行。不同房间的运行时间和室内热扰差异较大时，需要分区考虑，否则会

“众口难调”例如：电视台，如演播室、中心设备机房、片库资料室的室内热扰不同，不分区容易出现一边冷、一边热的局面。132.1.2冷热源设计问题——选型过大冷机选型偏大，长时间处于部分负荷工况运行W/m2北京10个商场的冷热源设计与运行调查结果142.1.2冷热源设计问题——选型过大北京某饭店冷热源的设计与运行情况152.1.2冷热源设计问题——冷机的旁通13℃8℃13℃10.5℃不必要的冷冻水水泵的运行导致水泵与冷机的电耗相同162.1.2冷热源设计问题——冷却塔旁通35℃28℃34℃34℃32℃172.1.3水系统设计问题—冷却水泵选型过大冷却水泵选型偏大，为防止电机烧毁，只能关小阀门；工况点严重偏离设计点，效率普遍为30％～50％；0.94MPa0.99MPa1.11MPa1.45MPa冷却塔冷却塔冷冻机310t/h-12m-34m+51m-5m只需17m的扬程，却选了51m扬程的泵。182.1.3水系统设计问题—冷却水泵选型过大需要扬程43m，选了70m的泵改成闭式系统后，需要扬程23m，仍然选了40m的泵冷水机组标高28米标高0米标高-10米冷却水泵电耗增大1倍左右192.1.3水系统设计问题—冷冻水泵扬程过大冷水机组冷却泵冷冻水二次泵冷冻水一次泵用户0.2MPa0.65MPa0.23MPa0.32MPa0.26MPa冷却塔0.18MPa0.22MPa0.23MPa0.13MPa0.34MPa一般楼内用户侧阻力为5～20米左右；消除二次泵过大的扬程，降低二次泵出口阀门开度，仅为10％左右；二次泵的电耗大量浪费在阀门，作了无用功。202.1.4风系统设计问题变风量风道设计采用了定风量方式症状：近端房间风量过大，而远端房间风量不足，达不到设计要求。原因：设计为变风量系统，但主送风道设计成长距离枝状渐缩风道，导致远近静压差太大。特别是近端需求风量小，远端需求风量多时，空气流速越到末端越高，静压更小。而近端VAV末端关到下限风量都偏大。建议：采用环形风道或者不变径风道，利用复得的静压减少远近压差。

21风压图P}静压全压动压P＝022采用环形风道，使风道接近于静压箱的效果环形风道送风机回风机送风管回风管232.1.4风系统设计问题—新风不足问题现象：北京某商场，有中央空调和采暖系统，冬季采暖系统不用，室内仍然过热。设计说明书上写明过渡季和冬季过热时可以增加新风百分比或者走全新风，但把新风阀门开到最大也无法增加新风百分比原因：新风道尺寸和风机压头是按照最小新风量设计的，无法再增加新风量。242.1.5室内气流组织问题室内空间较大，上送上回送风时，冬季热风送不下来某银行，冬季上下温差达到16C(13~29C)风口距地面有4.2米的高度，风口面积过大，而且采用上送上回的送风方式，导致了热风上浮。252.1.5室内气流组织问题夏季造成头部吹风感某开放式空间办公楼；原设计采用条缝风口形成窗侧空气幕；结果造成窗前人员的吹风感262.1.6系统控制设备问题存在的问题硬件先进，缺乏软件，自控变手控BAS系统只测不控，久而久之测量功能也丧失了BAS系统误操作，不节能反费能空调设计人员只注重单点设计没有提出详细的工艺要求，特别是工况转换以及如何进行阀的调节没有描述，比如，什么叫做过渡季？什么阀能够控什么参数？273中央空调系统的运行管理不合理的运行方式不能正确转换冷机运行状态，导致冷机长时间低效运行大多数时间输配系统实现“大流量，小温差”，造成输配系统耗电较大不适当的温湿度设定，“夏天太冷，冬天太热”，造成室内温度不均匀，舒适性较差不能按照需求启停，不能有效利用过渡季节。28案例：首都大酒店运行管理与节能改造经验总面积50000m2年耗电总量6192.1万度每平米年用电指标123.8度/m2..a使用人数800（工作人员）人均年用电指标7740.1度/人.a

2005年度建筑宾馆客房、裙房和写字楼耗电量统计29建筑全年分项耗电量统计

空调系统分项用电量分配各分项耗电量统计注：冷机消耗天然气量已按照等效电折算到总电量中

冷站占大部分冷热源和水泵占大部分30冷源改造设备运行情况：冷冻站运行机组包括两台三菱直燃机和两台YORK离心机；一台直燃机制冷量为150冷吨，另一台直燃机和两台离心机的制冷量都是250冷吨；每台冷机对应一台冷冻泵和一台冷却泵。

时间段电价谷电时段23:00－7:000.35元/度平电时段7:00－8:00和11:00－18:000.71元/度峰电时段8:00－11:00和18:00－23:001.10元/度北京地区不同时段的电价政策在不同的电价时段，冷机采用不同的运行策略将会产生不同的运行费用。31冷机采用不同运行策略的运行费用比较方案1：优先离心机方案2：优先直燃机谷电时段：优先开启离心机方案同比优先开启直燃机方案；运行费：前者比后者每小时要节省36％的费用。平电时段：优先开启离心机方案同比优先开启直燃机方案；运行费：前者比后者每小时要节省16％的费用。7月5日－7月6日一天冷冻站运行费用分析32冷机采用不同运行策略的运行费用比较峰电时段：优先开启离心机方案同比优先开启直燃机方案；运行费：离心机组主机部分高于直燃机组主机部分；综合考虑冷冻泵、冷却泵和冷却塔的运行费用之后，前者比后者每小时要节省7％的费用。该案例中，应该优先开启离心机的运行方案

33改造方案：酒店冷机原来的运行策略：在电价的峰平时段，优先开启直燃机，在谷电时段优先开启离心机。改造运行策略：无论何时都优先采用优先离心机方案，当负荷大于两台离心机时，再开启直燃机。费用(万元)酒店目前的运行策略86.1全年优先开启离心机的运行策略67.7节省运行费用18.4节省比率20%冷站部分全年运行费用

对无成本改造方案——应当落实

34冷冻水输配系统改造

现状与问题分析：部分负荷下冷冻水的流量小，为保证楼内各路水路的均匀性，加开一台1＃泵（见下图），加大流量，以保证楼内各路冷冻水路的均匀性；原本一机配一泵，实际是一机多台泵配合运行；旁通混水现象；运行中的冷机前后阀门没有完全打开；

35一机对多泵的现象造成旁通水量

冷机：3＃、5＃开1＃、2＃关水泵：5＃、3＃、1＃开2＃关结果：造成从2＃冷机旁通的水流量比3＃冷机的水流量还大。5＃1＃2＃3＃回水36改造方案：严格采用一机对一泵的运行方式，避免开一台机组开多台泵的情况；将不开启的冷机前后的阀门关死，避免旁通的情况；将开启的冷机前后的阀门全部打开，避免用阀门开度来强行减小水流量的情况。实施一机一泵运行方式后结果：直燃机总的COP从0.83升高到0.91；总耗电量减少了37.9kW；每天可以节省910度电；每年可以节省电费3万元。无成本改造方案——应当落实37冷却水系统改造

现状：冷却水系统共采用了五台冷却塔，两台小的冷却塔对应两台离心机，三台大的冷却塔对应三台直燃机；每台冷却塔配备一台风扇。三台大的冷却塔之间有旁通管连接，两台小的同样也有旁通管连接。问题：冷却塔维护不足，飘水损失严重；布水不匀，冷却水回水温度高，冷却塔效率低。38改造方案与节能潜力重新布置冷却塔填料，使布水均匀；更换冷却塔破损的挡板，减少漂水损失。更换冷却塔挡板后，每天可减少飘水量40t/台，预计全年由于减少飘水而节约2.5万元。低成本改造——应当鼓励39宴会厅空调箱改造

空调系统采用全空气系统，问题如下：过滤器或表冷器有堵塞的现象

新风量过大将增加空调箱所需处理的新风负荷，增大能源消耗。改造方案：空调箱要定期清洗过滤器，以免因灰尘造成堵塞；过渡季时空调箱的新风阀可以开大，夏季和冬季时要减小新风阀的开度，所送新风量满足宴会厅人员的需求即可。节能效果：预计全年三台空调箱将省下3~4万元。

低成本改造——应当鼓励40空调系统改造经济性分析一览节能改造建议全年节省费用（万元）冷源改造18冷冻水输配系统改造3冷却塔改造2.5宴会厅空调箱改造3-4总计26.5~27.5无成本或低成本改造方案此为50000平方米酒店，对于更大的酒店、办公楼、商场等高耗能建筑，无成本或低成本下的节能潜力将会更大。