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摘要：中央空調是學校重要基礎設施的組成部分，為師生提供了良好的環境，也為學校一些物品的保管提供了有力條件。而中央空調在長期使用后難免出現一些問題。在對大學城中央空調系統運行情況進行摸排的過程中，發現了冷循環自控系統、水泵、盤管風機和風柜存在一些問題。針對這些出現的問題做了詳細的說明，并且提出了改造冷凍水循環自控系統，改造水泵實行二級泵系統，改造盤管風機實行無閥控制，改善風柜的解決方案，提升節能效果和中央空調系統設備整體運行狀況。

關鍵詞：廣州大學城；中央空調；改造；節能

引言

中央空調普及的范圍十分廣闊，應用于商場、賓館、別墅和學校等。在學校，中央空調是學校設施的重要組成部分，它關系到學校空氣質量和師生體驗的問題，因此需要高度重視[1]。在使用和日常檢查過程中，面對中央空調所出現的問題要及時解決，保證學校能夠為師生提供有一個良好的學習場所。大學城的中央空調系統大部分設備運行超過十年，系統安裝不完善、設備老化導致的能耗增加等問題逐漸凸顯。在對大學城學校的中央空調系統使用情況進行一次摸排后，發現以下4個部分效率低下、耗能嚴重，亟待改造：冷凍水循環系統、水泵、盤管風機、吊頂機柜及落地風柜。

1中央空調節能改造原因

（1）冷凍水循環自控系統問題。冷量供給恒定，當用戶端用冷發生變化時系統不能自動調節負荷，造成供需不能完全匹配，易導致空調供應過量或不足、忽冷忽熱、舒適度下降等問題。同時也造成了不必要的水泵電耗浪費現象，以及因水泵出力增加帶來的水泵發熱冷卻能源增加等問題。（2）水泵問題。在摸排過程中，發現教學樓水泵存在兩個問題：一、流量不足，長期處于過熱超載狀態；二、因自身性能問題，水泵及管道整體震動、噪音大，師生多次反映影響了正常的教學秩序。（3）盤管風機集中消缺問題。因設備老化及維護不到位，大部分盤管風機集水盤、溫控器及冷凍水二通閥損壞嚴重。其中95%的二通閥已失效，處于常開狀態，無法對單臺空調進行溫度調節，也不利于整棟樓冷凍水的供需調節，導致了低樓層冷氣過量而高樓層冷氣不足，嚴重影響舒適度。此外，閥門常開導致了總流量增加，進而導致冷凍水循環泵用電和冷凍水沿程損耗增加。因此，從節約能耗和提高舒適度兩方面考慮，盤管風機的改造都刻不容緩。（4）吊頂風柜及落地風柜調節閥問題。二通閥老化，臥式空調風柜、吊頂風柜的二通閥缺乏開關信號及動作電源，因此處于手動常開狀態，造成大量流量損失、水泵耗電增加及冷量損耗加大等問題[2]。

2中央空調節能改造策略

（1）冷凍水循環自控系統改造。變頻調速技術作為一種把直流電逆變成不同頻率的交流電的轉換技術，可以大力改善空調系統存在的不足，提高空調系統的工作效率，并且降低空調設備的能源消耗。這項技術在制冷空調系統中得到了廣泛應用，漸漸成為了一項新的節能技術[3]。變頻調速技術的工作原理主要是改變電機的轉速來改變設備工作狀態，從而提高中央空調水系統的節能效果。減少空調系統中冷卻水的溫度，可以使制冷系數得到相應的提高，這樣能夠減少制冷量消耗。冷卻水溫的調節，主要目的是盡可能降低冷卻水溫度，不增加冷卻塔電機的功耗，同時也滿足了基本負荷。除此之外，冷卻塔提供的冷卻水有關因素包括冷卻塔性能、環境工況、風扇電機及水泵電機的轉速[4]。因此，我們可以通過相關情況采取節能措施。在環境工況有利的情況下，為了盡可能節能，需要降低冷卻水溫度，控制冷卻塔風扇及水泵電機的轉速。而在冷凍水流速減慢，減少蒸發器交換熱量的情況下，需要卸載壓縮機來保持出口溫度不變。在能夠確定蒸發器溫度的情況下，壓縮機功耗上升，則冷凝壓力上升，如果我們增大冷卻水流量會減少壓縮機功耗，但也同時增加了冷卻水泵功耗，所以應考慮冷卻水流量和成本的關系，盡量將冷卻水流量控制在成本最低點。然而，如果我們采用交流變頻調速技術，電機調速的范圍變寬，為盡可能降低節能損失和使管道通暢，應該將所有的節流閥開到最高限度。在電機能夠滿足制冷機正常的工作以的情況下，通過電機轉速的變化來變化冷卻水和冷凍水的流速，可以讓冷卻水和冷凍水在冷卻塔及盤管風機中釋放的冷量大小和熱負荷相當，從而改善換熱效果。降低電機轉速不僅可以大幅度降低電機功率，還沒有節流損耗[5]。而且，還能避免因為負荷的變化使得電機頻繁起停的狀況，可以在水泵啟動時減少大電流沖擊配電系統和系統設備承受的機械沖擊，這樣能夠延長設備使用年限。在中央空調系統中，采用變頻調速控制，冷凍水系統、冷卻水系統和冷卻水塔風機都可以取得明顯的節能效果。（2）水泵改造。水泵電機的容量在設計時一般是取最大的熱交換量，冷凍水設計溫差為5～7℃，冷卻水設計溫差為4～6℃。在流量穩定的情況下，一年中大部分時間，中央空調系統在部分負荷下進行運行，空調水系統的供回水溫差僅為1～3℃，從而看出現實水系統運行的熱交換量事實上小于最初設計時的熱交換量[6]。水泵的轉速決定水的流量，水的流量決定熱交換量。如果熱負荷變化了，水泵電機的轉速也能進行相應的調整，比如當熱負荷減小后，電機的轉速也能同樣地降低，這樣電機的能耗能夠大幅度下降，實現節電效果[7]。空調冷凍水系統為了調節的便利，應盡可能使用兩級泵系統[8]。一級泵一般采用定轉速的水泵，主要以穩定冷水機組蒸發器水流量大小的方式，保證機組運行安全高效。為了達到節能目標，二級泵使用變轉速水泵，主要是用來輸送冷量，避免冷凍水輸送管路及末端裝置的阻力。

二級泵的一般調節方法是在冷凍水供回水總管間安裝壓差控制閥，效果是末端設備水流量的變化會改變供回水總管間壓力差，這時可以通過調整壓差控制閥，使機組水流量保持穩定。當其它條件維持不變的情況下，蒸發溫度的提高可增強制冷系數，最后實現制冷量能耗的減少，達到節能效果。計算公式如下：Q=KF（TC-TE）（1）其中：Q為冷負荷；K為傳熱系數；F為面積；TC-TE為冷凍水溫度與蒸發溫度的溫差。要保持蒸發器的負荷Q不變，必須同時提高蒸發溫度TE和冷凍水溫度TC，則必須提高冷凍水流量。所以冷凍水溫的調控目標是在滿足負荷要求下可以盡量提高冷凍水供應溫度，執行措施是將調節閥門開到最大，盡量增大冷凍水流量。（3）盤管風機改造現在國內中央空調系統風機盤管控制方式有兩種:第一種是電動+溫控器。此種控制方式的工作原理是在風機盤管的回水管路上設二通電動閥，通過室內溫度傳感器的溫度變化來實現電動閥的開啟和關閉，使得主機回水溫度的降低改變了系統水流量，最終實現主機能量的調節[9]。開啟和關閉電動閥改變了系統的水流量，系統變成了變流量系統，如果采用變頻水泵替換空調系統中的循環水泵，就可以節約電節約能源。但是市場上變頻水泵的價格比較貴，代價大，變頻泵的設置變得難以實現，無法實現省電節能的目的。現在實際使用的中央空調系統仍為普通循環泵，因此此種方式的控制方式中必須在水系統主管路上設置壓差控制器，使電動閥十溫控器正常工作。第二種控制方式是無閥控制。此種控制方式調節風機電機的高中低運轉是通過房間的溫度設施與室內環境溫度的差值數實現的，這種控制方式和第一種控制方式相比有如下優點:通過調節風機盤管的風量來調節風機盤管與房間空氣之間的換熱量；自動能量調節，省電節能，隨時調節風機絕盤管的冷、熱量輸出，大幅度降低主機負荷；風機盤管由無閥溫控器控制，當風量減少或停止時，從盤管內輸出的能量減小或停止，而沒有消耗的那一部分能量不會消失而是和冷媒水回到主機，達到節能效果。（4）吊頂風柜及落地風柜改造。風柜控制方式有以下3種：一是手動控制變頻器調節風機風量，室內溫度傳感器控制水閥再調整室內溫度。二是水閥不控制，對室內溫度進行控制是通過室內溫度傳感器控制變頻器調節風量。三是水閥自動調節水量，室內溫度傳感器控制變頻器調節風量是通過控制送風點露點溫度實現[10]。因此，可根據實際情況選擇改造風柜控制方式。

3節能效果

（1）冷凍水循環自控系統改造后，與手動運行相比，每個板換間減少0.5臺水泵（約10kW）正常運行的能耗，按全校平均每天運行8h計算，21個板換間每天節約水泵電能約：10×8×21=1680kW•h，以及節約相應的水泵發熱冷卻冷量：1680kW•h冷（冷卻水泵電機），每天共計節約3360kW•h，按空調系統全年使用150天計算，全年節約能源共計：150×3360=50.4萬kW•h，按0.6元/kW•h，節約30萬元。（2）水泵改造后，在找出水泵流量不足，造成噪音的原因之后，對空調系統做了全面的測試。改造完成后，在滿足用冷需求的情況下，實現供需平衡，減少水泵的電耗及冷卻能耗。（3）盤管風機改造后，改造完成后，盤管風機設備性能和工作效率得到提升，減少了不必要的能耗；實現按需調節溫度，進一步減少板換間水泵出力，減少管網損耗。（4）吊頂風柜和落地風柜二通閥改造后，對舊自動化二通閥進行更換，自動化二通閥的使用進一步減少了板換間水泵出力和管網損耗。

4結束語

綜上所述，通過對空調系統進行較為全面的分析和改造，將在滿足用冷舒適性、可靠性、安全性的基礎上，從技術層面有效解決冷凍水循環、水泵、盤管風機和風柜的問題，從而減少整個中央空調系統電能、冷量損耗，避免不必要的能源浪費，提升節能效果。

參考文獻：

［1］李玉云，高春雪，翁維安.中央空調水系統的節能改造技術與實踐［J］.節能，2008（10）：34-36.

［2］吳俊峰，張秀平，張朝暉，等.中央空調系統節能改造方案的節能量測量及驗證方法初探［J］.制冷與空調，2013（9）：78-83.

［3］唐進.變頻器在中央空調節能改造中的應用［J］.低壓電器，2009（4）：8-12.

［4］童蕾，周國軍，姚文楨.某廣場裙樓中央空調系統的節能改造［J］.潔凈與空調技術，2010（1）：64-65.

［5］郁松桃，馬宏權，王偉，等.“EPC”在上海國際飯店節能改造應用分析［J］.供熱制冷，2011（6）：56-57.

［6］陳雋武.某辦公大樓中央空調節能改造分析［J］.福建建筑，2011（5）：77-79.

［7］曹華，張九根.中央空調冷卻水、冷凍水系統的變頻節能分析［J］.電機與控制應用，2014（4）：62-65.

［8］杜建通.制冷空調系統的節能措施與最佳控制的研究［J］.節能，1998（12）：14.

［9］周乾綱.論變頻空調的技術優勢與節能機理［J］.電機電器技術，2000（2）：26.

［10］龔明啟，冀兆良.空調水系統節能技術分析［J］.制冷：增刊，2005：65-71.

作者：植仲培 單位：廣東外語外貿大學