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摘 要：福建日报大厦中央空调系统设计于上世纪90年代初，节能方面考虑不足，是大厦的能耗大户，给业主和承租户带来较大的经济负担。本文结合项目实际，提出中央空调系统综合节能改造措施，以降低该系统的能耗。
关键词：中央空调；节能；变频；BAS；计量
0 引言
福建日报大厦始建于1994年，建筑面积约为26000㎡，其中央空调系统主要设备有：麦克维尔（McQuay）500RT离心冷水机组2台 ，1用1备，可并机使用；90KW冷冻泵 3台，1用2备；75KW冷却泵3台，1用2备；冷却塔2组，强制对流风机6台；楼层空调风机43台，配手动3速调节；风机盘管101台，配电磁阀控制开关。作为福建省综合性媒体办公大楼，大厦以自用为主，部分出租，因工作性质特殊，稿件编辑、校对、排版以及发行工作都是在夜间完成，所以夏季个别楼层尚需夜间供冷，能耗浪费严重。特别是从2011年11月份开始，福建省实行商业用电同价规定，大厦白天高峰用电价格由0.83元/度调整为1.17元/度，夜间尖峰用电则调整为1.33元/度，供冷季节每月电费支出惊人，给业主及承租户带来较大的经济负担。因此，中央空调系统的节能降耗问题亟待解决。
1 综合节能改造措施
中央空调系统通常由循环水系统、制冷主机、末端设备3大部分组成。近年来，随着对中央空调系统节能研究逐步深入，行业内也出现过多种节能控制方法，但都顾此失彼，不够全面。为此，本文将结合福建日报大厦中央空调系统恒速主机、恒速循环水泵的特点，提出综合性的节能改造措施，以减少系统的能耗。
1.1 循环水泵变频改造
众所周知，空调系统是按最大负荷来设计的，同时还会乘以一个安全系数，存在相当大的余量。美国制冷工程师协会给出的建筑物全年实际运行负荷的统计数据指出，建筑物在全年的90%运行时间里，实际负荷低于设计负荷的75%。再者，制冷负荷随外界变化而变化，水泵却是全功率运行，这是相当不合理的，从节能角度来看，冷冻、冷却水量也应相应作合理的调整。
传统节能设计的思路是采用控制水阀门和旁通阀的开度来改变用户区域对供水量的需求。此方法虽然降低了系统的流量，但冷却泵和冷却系统的负荷量（用电量）并没有减轻。因为通过控制阀旁通的那部分水量，仍然要通过水泵做功，所以节能率仅能达到5%左右。
目前行业内通用节能设计思路是：通过变频调节改变水泵的转速从而达到节能目的，即对冷却水泵和冷冻水泵进行变频改造。以福建日报大厦中央空调系统循环水泵变频改造為例：配备2套水泵变频器控制仪和变频器分别对90KW冷冻泵和75KW冷却泵进行变频控制。控制系统采用温差控制、压力保护原理，在冷冻泵回水总管和冷却泵出水总管上各安装一个温度变送器，实现闭环控制，变频器根据实际需用负荷的大小自动调整电机转速。根据公式Q=K*n，P=K*n3（Q为流量，P为功率，K为常数，n为转速），当流量为80%时，变频后的功率仅为原来的51%，节能率高达49%，投资回报率相当可观，值得推广。
1.2 制冷主机变频改造
变频改造后的循环水泵是变流量运行，而制冷主机依旧是定流量运行，即循环水泵的变频节能改造对冷水机组功耗的降低毫无改善，且当流量减小至最小流量点时，离心机容易出现“ 喘振”，导致设备损害。
离心式冷水机组中的离心压缩机是由电机通过增速齿轮带动叶轮高速旋转，恒速离心机在满负荷工况时，其COP（能效比）一般为5左右，而在部分负荷时，机组效率将显著降低。因为恒速离心式冷水机组在部分负荷状态下是通过导流叶片（PRV）调节、进口节流调节等方式来实现制冷量调节的。当导流叶片开度小于30%时，节流作用明显增加，效率大副下降，能耗浪费严重。
然而，变频离心式冷水机组在部分负荷下仍能保持较高效率。变频离心式冷水机组根据冷水出水温度和压缩机压头来优化电机转速和导流叶片开度，保持较高效率。在部分负荷工况下，电机转速降低，实际压头也降低，这样压缩机无需过度消耗能量来加速制冷剂气体，根据公式P∝Q*H，Q∝n，H∝n2（P为功率，Q为流量，H为压力或扬程，n为转速）得出P∝n3，所以减小转速意味着减小能耗。
恒速离心机组变频改造方案如下：拆除原有星型-三角型起动，加装变频驱动装置；更换控制板及自适应控制板；加装导流叶片位置反馈传感器；安装系统控制软件；更换全部或部分的压力变送器；系统的静态与动态调试。变频改造后的优点有：一是节能显著，变频离心式机组与恒速机组相比，年运行费用节省30%左右；二是启动性能优越，恒速离心机启动电流高达满负荷电流5倍，变频离心机则不会超过满负荷电流，能减少电流冲击，延长设备寿命；三是运行安静，通过调低压缩机转速，降低了制冷剂气流速度，使机组运行更安静；四是防止“喘振”，根据主机进、出口压力传感器反馈的实时数据，协同调节电机转速与导流叶片开度，能有效避免“喘振”现象的发生。
1.3 末端设备改造
控制末端空调设备最好的办法就是建立一套楼宇自控系统（BAS）。楼宇自控系统是将建筑物或建筑群内的变配电、照明、电梯、空调、供热、给排水、消防、保安等众多分散设备的运行、安全状况、能源使用状况及节能管理实行集中监视、管理和分散控制的建筑物管理与控制系统。根据福建日报大厦的项目特点，非常适合采用“分散控制、集中监控”的集散型控制模式。分散控制，能够极大地提高系统的可靠性，降低系统布线的造价和复杂程度；集中监控又为系统的操作管理和维护带来巨大的方便。同时，我们预留了未来系统扩展的需要，具体包括：地下室的排水系统、照明调节以及环境空气品质监控等，系统规模约为2000点。通过对楼宇设备的监控，对不同的负荷进行温度控制，将可以提供舒适环境，节省能源，保障人员设施的安全和保护环境等效益，实现舒适性和节能的有效统一。
建立楼宇自控系统后，空调系统末端设备运行效率大幅提升，能耗降低明显，主要有以下5个方面：一、定时速度切换，通过软件设定，我们可以在上班的时候让风机的运行速度最快，然后保持在中速运行，中午休息的时候用最小功率运行；二、定时开关机，减少不必要的电力浪费；三、自动温度控制，系统能根据回风温度自动调节冷水阀的开启度，给环境一个适宜的温度；四、随时手动干预控制，系统能根据特殊需求执行人工干预；五、能源消耗情况直观，评价对象明确，再辅以奖惩考核管理措施，则可实现中央空调系统综合节能率的目标。
2 结语
综上所述，降低中央空调系统的能耗是一个系统工程，须以全局的视角通盘考虑。节能降耗既包含单个系统改造，也包含整体宏观设计；既有技术措施，又有管理措施。只有把中央空调系统各组成部分充分联系，全面论证，方能实现综合性、最优化的节能。■
参考文献
【1】 专著：邢智毅.智能建筑技术与应用.北京：中国电力出版社，2012
【2】 期刊：马志龙，吴斌.中央空调全局能耗优化控制研究.现代建筑电气，2013，8：62-65
【3】 期刊：杨毅.能源管理系统的设计与实现.现代建筑电气，2013，12：30-35
【4】 期刊：杨谦，宗文波，杨丹等.集中空调制冷站全变频小负荷运行实例能效分析.暖通空调，2014，6：97-101
关键词：中央空调；节能；变频；BAS；计量
0 引言
福建日报大厦始建于1994年，建筑面积约为26000㎡，其中央空调系统主要设备有：麦克维尔（McQuay）500RT离心冷水机组2台 ，1用1备，可并机使用；90KW冷冻泵 3台，1用2备；75KW冷却泵3台，1用2备；冷却塔2组，强制对流风机6台；楼层空调风机43台，配手动3速调节；风机盘管101台，配电磁阀控制开关。作为福建省综合性媒体办公大楼，大厦以自用为主，部分出租，因工作性质特殊，稿件编辑、校对、排版以及发行工作都是在夜间完成，所以夏季个别楼层尚需夜间供冷，能耗浪费严重。特别是从2011年11月份开始，福建省实行商业用电同价规定，大厦白天高峰用电价格由0.83元/度调整为1.17元/度，夜间尖峰用电则调整为1.33元/度，供冷季节每月电费支出惊人，给业主及承租户带来较大的经济负担。因此，中央空调系统的节能降耗问题亟待解决。
1 综合节能改造措施
中央空调系统通常由循环水系统、制冷主机、末端设备3大部分组成。近年来，随着对中央空调系统节能研究逐步深入，行业内也出现过多种节能控制方法，但都顾此失彼，不够全面。为此，本文将结合福建日报大厦中央空调系统恒速主机、恒速循环水泵的特点，提出综合性的节能改造措施，以减少系统的能耗。
1.1 循环水泵变频改造
众所周知，空调系统是按最大负荷来设计的，同时还会乘以一个安全系数，存在相当大的余量。美国制冷工程师协会给出的建筑物全年实际运行负荷的统计数据指出，建筑物在全年的90%运行时间里，实际负荷低于设计负荷的75%。再者，制冷负荷随外界变化而变化，水泵却是全功率运行，这是相当不合理的，从节能角度来看，冷冻、冷却水量也应相应作合理的调整。
传统节能设计的思路是采用控制水阀门和旁通阀的开度来改变用户区域对供水量的需求。此方法虽然降低了系统的流量，但冷却泵和冷却系统的负荷量（用电量）并没有减轻。因为通过控制阀旁通的那部分水量，仍然要通过水泵做功，所以节能率仅能达到5%左右。
目前行业内通用节能设计思路是：通过变频调节改变水泵的转速从而达到节能目的，即对冷却水泵和冷冻水泵进行变频改造。以福建日报大厦中央空调系统循环水泵变频改造為例：配备2套水泵变频器控制仪和变频器分别对90KW冷冻泵和75KW冷却泵进行变频控制。控制系统采用温差控制、压力保护原理，在冷冻泵回水总管和冷却泵出水总管上各安装一个温度变送器，实现闭环控制，变频器根据实际需用负荷的大小自动调整电机转速。根据公式Q=K*n，P=K*n3（Q为流量，P为功率，K为常数，n为转速），当流量为80%时，变频后的功率仅为原来的51%，节能率高达49%，投资回报率相当可观，值得推广。
1.2 制冷主机变频改造
变频改造后的循环水泵是变流量运行，而制冷主机依旧是定流量运行，即循环水泵的变频节能改造对冷水机组功耗的降低毫无改善，且当流量减小至最小流量点时，离心机容易出现“ 喘振”，导致设备损害。
离心式冷水机组中的离心压缩机是由电机通过增速齿轮带动叶轮高速旋转，恒速离心机在满负荷工况时，其COP（能效比）一般为5左右，而在部分负荷时，机组效率将显著降低。因为恒速离心式冷水机组在部分负荷状态下是通过导流叶片（PRV）调节、进口节流调节等方式来实现制冷量调节的。当导流叶片开度小于30%时，节流作用明显增加，效率大副下降，能耗浪费严重。
然而，变频离心式冷水机组在部分负荷下仍能保持较高效率。变频离心式冷水机组根据冷水出水温度和压缩机压头来优化电机转速和导流叶片开度，保持较高效率。在部分负荷工况下，电机转速降低，实际压头也降低，这样压缩机无需过度消耗能量来加速制冷剂气体，根据公式P∝Q*H，Q∝n，H∝n2（P为功率，Q为流量，H为压力或扬程，n为转速）得出P∝n3，所以减小转速意味着减小能耗。
恒速离心机组变频改造方案如下：拆除原有星型-三角型起动，加装变频驱动装置；更换控制板及自适应控制板；加装导流叶片位置反馈传感器；安装系统控制软件；更换全部或部分的压力变送器；系统的静态与动态调试。变频改造后的优点有：一是节能显著，变频离心式机组与恒速机组相比，年运行费用节省30%左右；二是启动性能优越，恒速离心机启动电流高达满负荷电流5倍，变频离心机则不会超过满负荷电流，能减少电流冲击，延长设备寿命；三是运行安静，通过调低压缩机转速，降低了制冷剂气流速度，使机组运行更安静；四是防止“喘振”，根据主机进、出口压力传感器反馈的实时数据，协同调节电机转速与导流叶片开度，能有效避免“喘振”现象的发生。
1.3 末端设备改造
控制末端空调设备最好的办法就是建立一套楼宇自控系统（BAS）。楼宇自控系统是将建筑物或建筑群内的变配电、照明、电梯、空调、供热、给排水、消防、保安等众多分散设备的运行、安全状况、能源使用状况及节能管理实行集中监视、管理和分散控制的建筑物管理与控制系统。根据福建日报大厦的项目特点，非常适合采用“分散控制、集中监控”的集散型控制模式。分散控制，能够极大地提高系统的可靠性，降低系统布线的造价和复杂程度；集中监控又为系统的操作管理和维护带来巨大的方便。同时，我们预留了未来系统扩展的需要，具体包括：地下室的排水系统、照明调节以及环境空气品质监控等，系统规模约为2000点。通过对楼宇设备的监控，对不同的负荷进行温度控制，将可以提供舒适环境，节省能源，保障人员设施的安全和保护环境等效益，实现舒适性和节能的有效统一。
建立楼宇自控系统后，空调系统末端设备运行效率大幅提升，能耗降低明显，主要有以下5个方面：一、定时速度切换，通过软件设定，我们可以在上班的时候让风机的运行速度最快，然后保持在中速运行，中午休息的时候用最小功率运行；二、定时开关机，减少不必要的电力浪费；三、自动温度控制，系统能根据回风温度自动调节冷水阀的开启度，给环境一个适宜的温度；四、随时手动干预控制，系统能根据特殊需求执行人工干预；五、能源消耗情况直观，评价对象明确，再辅以奖惩考核管理措施，则可实现中央空调系统综合节能率的目标。
2 结语
综上所述，降低中央空调系统的能耗是一个系统工程，须以全局的视角通盘考虑。节能降耗既包含单个系统改造，也包含整体宏观设计；既有技术措施，又有管理措施。只有把中央空调系统各组成部分充分联系，全面论证，方能实现综合性、最优化的节能。■
参考文献
【1】 专著：邢智毅.智能建筑技术与应用.北京：中国电力出版社，2012
【2】 期刊：马志龙，吴斌.中央空调全局能耗优化控制研究.现代建筑电气，2013，8：62-65
【3】 期刊：杨毅.能源管理系统的设计与实现.现代建筑电气，2013，12：30-35
【4】 期刊：杨谦，宗文波，杨丹等.集中空调制冷站全变频小负荷运行实例能效分析.暖通空调，2014，6：97-101