中央空调节能技术应用的研究

　随着科学技术飞速发展，工农业生产水平提高，人民文化生活改善，中央空调在楼宇建筑中的应用日趋广泛。楼宇建筑中央空调系统是一个庞大的设备群体，大量的统计结果表明，空调系统所消耗的电能，一般宾馆、写字楼空调能耗约占建筑总能耗的30%～40％，大中型商场空调能耗则约占建筑总能耗的50%。因此，中央空调系统节能意义巨大。
1、中央空调系统设计中的节能
民用建筑中央空调系统一般由冷冻主机、冷却塔、冷却水泵、冷媒水泵和末端设备等组成。在空调系统的设计及设备选型中均以最大负荷作为设计工况，且留有10%～15%的余量。但在实际运行中，空调负荷会随各种因素而变化，最小时甚至还不到设计负荷的10％，存在很大的能源浪费现象。
1.1 合理设计室内参数，降低空调负荷
合理设计室内温度、湿度值是节能的重要方面。选用全年固定设定值的方式，对于大部分工业空调及几乎所有舒适性空调来说，冬天嫌设定值偏高，夏天嫌设定值偏低，而冬天把空气处理到偏高的设定值显然要消耗更多的热量，夏天把空气处理到偏低的设定值也要消耗更多的冷量。因而采用全年不变的室内设定值的方法，既不舒适又浪费能量。所以，对于室内温度设定值并不需要全年固定不变的大多数空调对象，可以采用变设定值控制的方式。例如，冬天可加热加湿到舒适区的下限，夏天可降温去湿到舒适区的上限，在过渡季节采用设定区控制方式，可以节约大量能量。为了节约能耗，空调房间室内温、湿度基数，在满足生产要求和人体健康的情况下，夏季应尽可能提高，冬季应尽可能降低。设定区间越大，按设定区控制的节能效果也越大。
1.2 合理设计室外新风，减少新风负荷
对于夏季需供冷、冬季需供热的空调房间，室外新风量越大，系统能耗越大。在这种情况下，室外新风应控制到卫生要求的最小值。空调系统冬、夏季所取用的最小新风量，是根据人体卫生要求，用来冲淡有害物、补偿局部排风、保证空调房间一定正压值而制定的。过去，空调系统新风量取每人每小时30m3，该值是根据室内CO2 气体允许浓度值为0.1%～0.15%，且综合考虑了温、湿度及粉尘、气味的影响制定的。现在空调房间粉尘、气味影响很少，并可设净化装置，所以在当前能源紧张的情况下，可以考虑降低原定最小新风量。如前所述，
室内每人必须保证有一定的新风量，但是办公楼室内人数常常在变化，而百货商店室内人数的变化就更大，为了适应室内人员变动，可采用手动调节新风阀门来达到一定的节能目的，方案有二个：一是把新风阀门固定在设计新风开度上；二是平时手动半开新风阀门，假日手动全开新风阀门。具体的调节方法如图1 所示。

图1 送、回风的调节原理图
1.3 选择合理的空调系统和设备
中央空调系统能耗一般包括三部分：空调冷热源；空调机组及末端设备；水或空气输送系统。这三部分能耗中，冷热源能耗约占总能耗的一半左右，是空调节能的主要内容。
1.3.1 选用冰蓄能系统，将用电高峰时的空调负荷转移到电价较为便宜的夜间
冰蓄能系统是利用峰谷电价的差别将用电高峰时的空调负荷转移到电价较为便宜的夜间，即在夜间用来制冷蓄能，在白天利用蓄存的制冷量为建筑物提供制冷，从而使需电量费用大大地减少。在新建的建筑中，这是最实用的、投资有效的负荷管理方案。
1.3.2 采用变风量系统，以减少空气输送系统的能耗
全空气空调系统设计的基本要求，是要确定向被空调房间输送的、经过一定处理的空气数量，用以吸收室内的余热和余湿，从而维持室内所需要的温、湿度。考虑到现代化楼宇空调正从集中式控制向各个房间进行独立、个别控制的方面发展，变风量空调系统可以克服定风量系统的诸多缺点，它可以根据各个房间温度要求的不同进行独立温度控制，通过改变送风量的办法，来满足房间（或区域）对负荷变化的需要。这样，空调设备的容量也可以减小，既可节省设备费的投资，也进一步降低了系统的运行能耗。有资料显示，采用变风量系统可节省能源达到30％以上。该系统适合于楼层空间大而且房间多的建筑，尤其是办公楼，更能发挥其操作简单、舒适、节能的效果。
1.3.3 采用变频调速水泵进行变流量运行
在一般公共和民用建筑中，空调水系统的能耗约占空调总能耗的15%～20%。早期空调的水泵普遍采用定流量工作，能源浪费非常严重。在实际运行时，中央空调的冷负荷总是在不断变化的，冷负荷变化时所需的冷媒水、冷却水的流量也不同，冷负荷大时所需的冷媒水、冷却水的流量也大，反之亦然。因此，可以采用变频调速水泵进行变流量运行，或采用冬、夏两用双速水泵是两种较为有效的节能措施。
2、中央空调机组操作中的节能
冷水机组的工作过程实际上是一个热交换过程，包括冷媒水与用冷场合空气的热交换、冷媒水与机组蒸发器内制冷剂的热交换、冷却水与冷凝器制冷剂的热交换以及冷却水在冷却塔中与空气的热交换四个过程，这四个热交换过程都离不开水。因此，如何正确使用和操作中央空调系统是中央空调节能的重要环节。
2.1 冷媒水系统的操作
冷水机组一般是在标准工况所规定的冷水回水温度12℃，供水温度7℃。对于同一台冷水机组来说，其运行条件不变，外界负荷一定的情况下，冷水机组的制冷量是一定的。此时，通过蒸发器的冷水流量与供、回水温差成反比，即冷水流量越大，温差越小；反之，流量越小，温差越大。所以，冷水机组规定冷水供回水温差5℃，这实际上是规定了机组的冷水流量。这种冷水流量的控制就表现为控制水通过蒸发器的压力降。冷媒水系统正确的操作方法是：（1）开机前关闭不运行机组的冷媒水进水阀，防止“窜水”现象的发生；（2）打开需运行机组蒸发器上的进出水阀，开启相应冷媒水泵；（3）若水泵启动后，发现进出水压力表指针摆动太大，说明冷媒水系统有空气，需排气后待压力表指示正常才能继续下一步的操作。
2.2 冷却水系统的操作
对于一台正在运行的冷水机组，环境条件，负荷都已成为定值。这时，冷凝热负荷也为定值。规定进、出水温差为5℃，冷却水量必然也为一定值。而且该流量与进出水温差成反比。所以，冷水机组的运行，只要规定冷却水的进出水温差就行了。冷却水系统正确的操作方法是：（1）开机前将不需运行机组冷凝器进水阀关闭，防止窜水；（2）打开将要运行机组冷凝器上的进出水阀，开启相应的冷却水泵，调整冷凝器进、出水压力降至68.6kPa；（3）若冷凝器进出水压力表指针摆动过大，说明冷却水系统有空气，需要排空气，待压力表指示正常后继续下一步操作。
2.3 冷却塔系统的操作
冷却塔是空调制冷系统中的附属设备，它却担负着散发整个系统所吸收的总热量的重要任务。因此，对冷却塔的操作正确与否，直接关系到整个空调系统的制冷效果和节能。冷却塔系统正确的操作方法：（1）冷却塔的使用台数与机组的开启台数相匹配；（2）关闭不开风机的冷却塔的进、出水阀，防止冷却水在不使用的塔中流过；（3）临时增开的冷却塔风机，在关掉该风机后，千万不要忘记关闭该塔的进、出水阀；（4）每班开机后均要检查冷却塔的运行情况，发现未开风机的冷却塔有冷却水经过，都要及时关闭该塔进出水阀，将托水盘水位调节好。
3、中央空调运行管理中的节能
在中央空调运行管理中，常采用露点控制调节方法，根据当地气象特点，将运行调节阶段分得更细，使空调系统全年都处于运行费最少的所谓“最佳热湿处理工况”下运行。为了按最佳运行工况组织空调系统的全年运行调节，就有必要把当地可能出现的室外空气变化范围分成若干区，而每一个区都有与之相对应的最佳运行工况，如图2 所示。

图2 中央空调运行管理的分区
这种系统可以根据室内外空气参数的变化，各种空气处理设备的能力（加热、冷却、加湿或除湿的能力）等信息，通过综合的逻辑判断，选择最合理的空气处理方式，或通过计算机程序控制，能自动地从一种工况转换到另一种工况，以达到最大限度地节约能量的目的。中央空调的运行管理如下。
3.1 随时掌握各用冷场合的具体情况，适时开、停风柜、风机盘管等相关设备
夏季早晨室外气温较低，同时空气新鲜而室内气温较高，可利用空调新风机及消防排烟系统抽、送风约15 分钟。这种做法有几个好处：随时掌握各用冷场合的具体情况，适时开、停风柜、风机盘管等相关设备，注意各通往室外门窗的关闭以防止漏冷和室外热空气的侵人，这样可以降低机组的耗电量和末端设备的耗电量。
3.2 根据气温的变化和用冷场合的变化，适时增开或关、停冷水机组
在冬季和夏季，应尽量利用室内循环空气，但新风量不得少于卫生要求规定的值；在过渡季，应充分利用室外空气的自然调节能力，尽可能做到不用冷、热量或少用冷、热量来达到空调的目的，在满足室内温湿度要求的基础上，尽可能缩短使用冷冻机的时间，来满足室内参数要求。
3.3 设定适当的温度
使用空调器时，不宜把温度调得太低，国家推荐家用空调夏季设置的温度为26 至27℃，否则，空调每调高1℃，可降低7％至10％的用电负荷。
选择适宜的送风角度可使空气的温度降得更快,机柜的进风口和出风口一般都处于机柜的两面，如果在机柜排列时，如果不注意机柜之间气流的相互影响，而使某些机柜的进风口直接对着前排机柜的出风口，使其吸收的全是热风，这样就会降低空调的制冷效果。
3.4 及时调整机组的运行
夏季每天下午 2-4 时为气温较高时，此时应密切注意机组的运行情况，及时调整机组的运行，不要等到室内温度明显上升，热负荷过大才来增开机组，这样易损坏设备，同时增加能耗。增开机组后，要注意观察，当冷媒水的回水温度降到一定程度时，应立即关闭增开的机组，防止耗电量的增大。
3.5 选择适宜的水温
在不影响制冷效果的前提下，（1）适度提高冷水出口的温度，一般来说，冷水的出口温度每提高1℃，冷水机组的耗电量约可减少2%；（2）适当降低冷却水的设计温度，一般来说，冷却水温度每降低1℃，冷水机组的耗电量约可减少2%。因此，要重视冷媒水、冷却水的水质，抓好水处理工作，保证冷凝器、蒸发器内不结水垢，无污物，以免影响冷凝器、蒸发器的热交换效果，增加主机的耗电量。