初探中央空调系统的节能及改造优化

郭健涌

福建嘉博联合设计股份有限公司（361000）

初探中央空调系统的节能及改造优化

郭健涌

福建嘉博联合设计股份有限公司（361000）

随着科学技术和经济水平的提高，我国中央空调系统的推广及运用越来越广泛，在当前高层建筑中也发挥着越来越重要的作用。但是，在享受中央空调带来的便利的同时，其能耗大的缺点却不容忽视。文章以某工程为例，从个别到一般，以当前中央空调系统所具有的问题展开探索，提出一些关于节能方面的建议，为今后中央空调的改进提供一定的帮助。

中央空调；节能改造；设计

1　工程概况

某高层建筑的空调系统建成于2001年，属于旧楼加固维修新增的空调系统，该系统空调建筑面积达6800m2，其冷热源主要由制冷机、冷温水系统、冷却水系统、供油系统提供，制冷机采用远大直燃机。

型号：BZ150ⅦBCH1。水泵型号：WILO-NP150/ 315V-55/4；WILO-NP150/400V-90/4。

2　中央空调系统存在问题及改造措施

中央空调系统所使用的制冷机是直燃型 （燃油）溴化锂吸收式制冷机。此制冷机所用的原料是油，但是近些年油价居高不下，制冷机的使用因此需要花费更多的资金。另外，由于是用油作为原材料，所以在使用过程中排放出来的二氧化碳、二氧化氯等有害废气，将会对环境造成巨大危害。因此，节能改造项目具有重大意义，用天然气代替传统的燃油会大大降低对环境的危害。

为了更好地解决各个用能系统的能耗份额的问题，笔者认为应该将直燃型（燃油）溴化锂吸收式制冷机进行优化处理，用天然气代替燃油，变频节能，采用循环水泵。

2.1水泵变频节能改造

2.1.1水泵变频节能改造的必要性

就实际情况来说，水泵类设备在生活中运用得很广，而且常常会根据不同的需求进行相应的调整，比如根据回流阀设备对压力信号进行控制，根据调整阀设备对流量信号进行控制。通过这种方法，在任何条件下，水泵都能在安全状况下全速工作，但是由于这样的调整，会让能量因调整阀、回流阀、截止阀等节流损失而浪费掉。因为水泵类设备选用的运作方式是异步电动机直接驱动的方法，所以会产生机器运行时电流量较大的弊端，这对机器的保护会有很大影响。这些隐患不但会造成设备使用寿命的减少，而且会在出现机械故障时造成设备损伤，还会在泵出现故障时损害电机。

实施好水泵变频的节能改造项目，做好水泵与装配变频器的更新换代工作，能够充分展现变频水泵系统在用电领域的高性能、低消耗、高产出的特点。一方面能够解决用电供求上的困难，另一方面也是贯彻落实科学发展观，响应建设资源节约型社会的政策的需要。

2.1.2中央空调系统进行变频改造方案

依照现实状况来看，由于水泵经常使用，时间久了，会使水泵远离之前的工作点，而且这个距离还相当大。这样会引发电机功率过高的状况，会使得许多能源浪费。撤除原有水泵NL150/315V-55/4与NL150/400V-90/4。依照水泵原计划的设定情况，再和现在水泵的现实工作状况相结合，从整体效益出发思考水泵并联运行参数特性，达到系统的稳定运行，从而采用新型水泵。水泵型号分别为NL150/ 315-45/4与NL150/315-45/4。

2.1.3中央空调系统进行变频改造的优点

在本小节中，会根据上节里改造方案和现有水泵的实际工作情况，结合其相应的耗能与耗费展开分析处理。

1）空调系统水泵每年要运行120d，平均一天运行12h。冬季供暖系统水泵每年运行120d，平均1d运行24h。

2）现有水泵年耗电量为559440（kW·h）。

3）由于采用变频措施，改造后水泵年耗电量仅为265643（kW·h）。

4）改造方案水泵节能率：

5）节能改造后每年节约的资金：节能改造后年节约资金=ΔW·YΔW，Y为年节电总量（kW·h），电价（元/kW·h），此处按0.8元/kW·h计算，节能改造后年节约资金=ΔW·Y=293797×0.8=235038（元）。

6）节能改造增加的纯投资：增加的纯投资=X1。其中X1为改造设备、施工和设计费（元），节能改造增加的纯投资=X1=729227（元）。

7）节能改造后长期节约的资金：节能改造后长期节约资金=U+V+W+S。其中，U为过去因压力有时过高而损失的阀门和管件费用（元）（此项目不涉及此项）；V为减少高压泄露过多的耗费（元）（此项目不涉及此项）；W为杜绝电机损坏和联轴器故障，减少维修费用 （元）；S为因减少供水故障而提高的生产效益（元）。W+S为按照老旧系统平均每年普通维护支出8000元计算。本项目节能改造后长期节约资金=U+V+W+S=8000（元），采用节能改造项目投资回收期为3年。

2.2直燃型（燃油）溴化锂吸收式制冷机进行油改气改造

2.2.1项目概况

在大楼东面的地下一楼是放置直燃机的地方，里面有三台直燃机组，每时每刻都在运作，从不停歇。正因为有了它们才能为大楼A区提供热水，才能输送冷源与热源给大概60000m2以上的大面积建筑物。直燃机组采用的是柴油作为动力源，产生的烟尘通过竖井排放到空气里，这样造成的污染较大。因此，根据相关规范，将柴油改为天然气，并将直燃机房在以下几个方面进行改造：基本结构调整、暖气通风口的选择、消防装置的安置等。

2.2.2项目的可行性和必要性

1）依照《锅炉房设计规范》GB50041-2008第15.1.2条关于土地建设的相关要求：“需要有设置相匹配的防爆设施在锅炉房的附近，为其安全提供保障。除此之外，还要求直燃机房土建结构改造达到泄爆面积，并且还必须有相应的泄压面积（相当于锅炉间占地面积10%）。”

2）由于将天然气作为替代燃料后还是有缺点的，因此按照《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058与 《锅炉房设计规范》GB50041-2008的相关规定，有必要对直燃机房内的相关电气、暖气、通话装置实施检查，并予以改造，达到燃气锅炉房对此的相关要求。

3）依照《高层民用建筑设计防火规范》第7.6.6.1条的要求，为达到消防部门关于高层建筑的设计防火规范的指标，高层建筑应有所改变，而燃气锅炉房的消防系统需要进行重新整改。

2.2.3改造方案

1）加固工程

在机房的东墙上开一个面积为42m2泄爆口，同时要对洞口进行加固处理。

2）土建工程

为实现消防部门制定的关于泄爆面积必须大于机房总面积10%的规定，这就需要规划南北走向的泄爆通道于空调机房东墙外侧，并且应留有总面积大概42m2的泄爆口在机房两侧。

3）电气工程

将机房原照明灯及墙上插坐全部改为防爆型。

4）消防改造

在控制室加装七氟丙烷设备。

5）暖通工程

将机房原送风、排风、排烟系统全部拆除，按规范设计新的系统。

6）更换直燃机燃烧器

为了实现多重安全保障功能，选用了德国的威索燃烧机替代了原本的燃烧机，并增加了电气操控系统与燃气阀组。同时，为了更好地达到保护机房的目的，特别提出了以下处理方式：首先，采用机房已经装备的送风系统、出风系统；其次，安装好灭火器（选择手提干粉类型的）；最后，增加泄爆口和安装报警装置来检测燃气是否泄漏（报警装置的安置交给燃气公司全权负责）。这样，在发生燃气泄漏的时候，报警装置会自动开启排风功能，进行空气疏通，同时关闭天然气的进口。这一系列的措施，让直燃机房即使使用天然气，也不会产生大的安全隐患。

2.2.4经济性分析及社会效益

1）经济性分析

柴油热值为10200kcal/kg，天然气热值为8 600kcal/m3，1kg柴油的热值相当于1.186m3天然气。柴油按均价8500元/t，天然气按2.7元/m3计算：每公斤柴油可节省1×8.5-1.186×2.7＝5.3元。2013年直燃机柴油耗量约为460t，则可节约燃料费用460×1000×5.3=2438000元。

2）社会效益

天然气作为一种清洁能源，其所含有害气体较少，且天然气的分布较广，易于开采，利用其作为能源使用，能够大大减少对煤炭资源和矿产资源的使用，有利于环境的保护。其次，相比使用其他矿产资源，天然气具有排污少、无硫化物、安全干净等特点，因此能够减少酸雨的形成，减缓全球变暖的趋势，保护环境。

3　结语

本项目最终选择了安装变频器来配合高效水泵的运行，这种方式是参照了水泵系统的实地操作情况，经过多次测试，再吸取不足之处进行数据解析，对本项目提出的改造方法。这种方式可以使得节能率高达52.5%，3年时间节约下来的费用，足以用来收回投资资本。在改造之后，水泵的运行已经能够承担起空调系统的正常运转，并能够保持水泵的稳定运行，节能成果非常显著。使用一些新型能源，能够有效的保护大气层，提高空气的清新度。使用天然气，可以在生活中减少煤与石油的普及度，经监测可以节省43%左右的费用，达到很好的节能效果，并在经济与社会效益上取得更大的成功。

［1］胡雪梅，任艳艳.中央空调的变频拉制设计及节能分析田［J］.电机与控制应用，2011（38）.