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

關(guān)鍵詞：廣州大學(xué)城；中央空調(diào)；改造；節(jié)能

引言

中央空調(diào)普及的范圍十分廣闊，應(yīng)用于商場、賓館、別墅和學(xué)校等。在學(xué)校，中央空調(diào)是學(xué)校設(shè)施的重要組成部分，它關(guān)系到學(xué)校空氣質(zhì)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(diào)所出現(xiàn)的問題要及時解決，保證學(xué)校能夠為師生提供有一個良好的學(xué)習(xí)場所。大學(xué)城的中央空調(diào)系統(tǒng)大部分設(shè)備運行超過十年，系統(tǒng)安裝不完善、設(shè)備老化導(dǎo)致的能耗增加等問題逐漸凸顯。在對大學(xué)城學(xué)校的中央空調(diào)系統(tǒng)使用情況進行一次摸排后，發(fā)現(xiàn)以下4個部分效率低下、耗能嚴重，亟待改造：冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、水泵、盤管風機、吊頂機柜及落地風柜。

1中央空調(diào)節(jié)能改造原因

（1）冷凍水循環(huán)自控系統(tǒng)問題。冷量供給恒定，當用戶端用冷發(fā)生變化時系統(tǒng)不能自動調(diào)節(jié)負荷，造成供需不能完全匹配，易導(dǎo)致空調(diào)供應(yīng)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(xiàn)象，以及因水泵出力增加帶來的水泵發(fā)熱冷卻能源增加等問題。（2）水泵問題。在摸排過程中，發(fā)現(xiàn)教學(xué)樓水泵存在兩個問題：一、流量不足，長期處于過熱超載狀態(tài)；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(xué)秩序。（3）盤管風機集中消缺問題。因設(shè)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(tài)，無法對單臺空調(diào)進行溫度調(diào)節(jié)，也不利于整棟樓冷凍水的供需調(diào)節(jié)，導(dǎo)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(dǎo)致了總流量增加，進而導(dǎo)致冷凍水循環(huán)泵用電和冷凍水沿程損耗增加。因此，從節(jié)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(diào)節(jié)閥問題。二通閥老化，臥式空調(diào)風柜、吊頂風柜的二通閥缺乏開關(guān)信號及動作電源，因此處于手動常開狀態(tài)，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(diào)節(jié)能改造策略

（1）冷凍水循環(huán)自控系統(tǒng)改造。變頻調(diào)速技術(shù)作為一種把直流電逆變成不同頻率的交流電的轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以大力改善空調(diào)系統(tǒng)存在的不足，提高空調(diào)系統(tǒng)的工作效率，并且降低空調(diào)設(shè)備的能源消耗。這項技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，漸漸成為了一項新的節(jié)能技術(shù)[3]。變頻調(diào)速技術(shù)的工作原理主要是改變電機的轉(zhuǎn)速來改變設(shè)備工作狀態(tài)，從而提高中央空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能效果。減少空調(diào)系統(tǒng)中冷卻水的溫度，可以使制冷系數(shù)得到相應(yīng)的提高，這樣能夠減少制冷量消耗。冷卻水溫的調(diào)節(jié)，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(guān)因素包括冷卻塔性能、環(huán)境工況、風扇電機及水泵電機的轉(zhuǎn)速[4]。因此，我們可以通過相關(guān)情況采取節(jié)能措施。在環(huán)境工況有利的情況下，為了盡可能節(jié)能，需要降低冷卻水溫度，控制冷卻塔風扇及水泵電機的轉(zhuǎn)速。而在冷凍水流速減慢，減少蒸發(fā)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(fā)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(yīng)考慮冷卻水流量和成本的關(guān)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(diào)速技術(shù)，電機調(diào)速的范圍變寬，為盡可能降低節(jié)能損失和使管道通暢，應(yīng)該將所有的節(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速不僅可以大幅度降低電機功率，還沒有節(jié)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(tǒng)和系統(tǒng)設(shè)備承受的機械沖擊，這樣能夠延長設(shè)備使用年限。在中央空調(diào)系統(tǒng)中，采用變頻調(diào)速控制，冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和冷卻水塔風機都可以取得明顯的節(jié)能效果。（2）水泵改造。水泵電機的容量在設(shè)計時一般是取最大的熱交換量，冷凍水設(shè)計溫差為5～7℃，冷卻水設(shè)計溫差為4～6℃。在流量穩(wěn)定的情況下，一年中大部分時間，中央空調(diào)系統(tǒng)在部分負荷下進行運行，空調(diào)水系統(tǒng)的供回水溫差僅為1～3℃，從而看出現(xiàn)實水系統(tǒng)運行的熱交換量事實上小于最初設(shè)計時的熱交換量[6]。水泵的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速也能進行相應(yīng)的調(diào)整，比如當熱負荷減小后，電機的轉(zhuǎn)速也能同樣地降低，這樣電機的能耗能夠大幅度下降，實現(xiàn)節(jié)電效果[7]。空調(diào)冷凍水系統(tǒng)為了調(diào)節(jié)的便利，應(yīng)盡可能使用兩級泵系統(tǒng)[8]。一級泵一般采用定轉(zhuǎn)速的水泵，主要以穩(wěn)定冷水機組蒸發(fā)器水流量大小的方式，保證機組運行安全高效。為了達到節(jié)能目標，二級泵使用變轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)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(shè)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(diào)整壓差控制閥，使機組水流量保持穩(wěn)定。當其它條件維持不變的情況下，蒸發(fā)溫度的提高可增強制冷系數(shù)，最后實現(xiàn)制冷量能耗的減少，達到節(jié)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(shù)；F為面積；TC-TE為冷凍水溫度與蒸發(fā)溫度的溫差。要保持蒸發(fā)器的負荷Q不變，必須同時提高蒸發(fā)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(diào)控目標是在滿足負荷要求下可以盡量提高冷凍水供應(yīng)溫度，執(zhí)行措施是將調(diào)節(jié)閥門開到最大，盡量增大冷凍水流量。（3）盤管風機改造現(xiàn)在國內(nèi)中央空調(diào)系統(tǒng)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(shè)二通電動閥，通過室內(nèi)溫度傳感器的溫度變化來實現(xiàn)電動閥的開啟和關(guān)閉，使得主機回水溫度的降低改變了系統(tǒng)水流量，最終實現(xiàn)主機能量的調(diào)節(jié)[9]。開啟和關(guān)閉電動閥改變了系統(tǒng)的水流量，系統(tǒng)變成了變流量系統(tǒng)，如果采用變頻水泵替換空調(diào)系統(tǒng)中的循環(huán)水泵，就可以節(jié)約電節(jié)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(shè)置變得難以實現(xiàn)，無法實現(xiàn)省電節(jié)能的目的。現(xiàn)在實際使用的中央空調(diào)系統(tǒng)仍為普通循環(huán)泵，因此此種方式的控制方式中必須在水系統(tǒng)主管路上設(shè)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(diào)節(jié)風機電機的高中低運轉(zhuǎn)是通過房間的溫度設(shè)施與室內(nèi)環(huán)境溫度的差值數(shù)實現(xiàn)的，這種控制方式和第一種控制方式相比有如下優(yōu)點:通過調(diào)節(jié)風機盤管的風量來調(diào)節(jié)風機盤管與房間空氣之間的換熱量；自動能量調(diào)節(jié)，省電節(jié)能，隨時調(diào)節(jié)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(nèi)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(jié)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(diào)節(jié)風機風量，室內(nèi)溫度傳感器控制水閥再調(diào)整室內(nèi)溫度。二是水閥不控制，對室內(nèi)溫度進行控制是通過室內(nèi)溫度傳感器控制變頻器調(diào)節(jié)風量。三是水閥自動調(diào)節(jié)水量，室內(nèi)溫度傳感器控制變頻器調(diào)節(jié)風量是通過控制送風點露點溫度實現(xiàn)[10]。因此，可根據(jù)實際情況選擇改造風柜控制方式。

3節(jié)能效果

（1）冷凍水循環(huán)自控系統(tǒng)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(jié)約水泵電能約：10×8×21=1680kW•h，以及節(jié)約相應(yīng)的水泵發(fā)熱冷卻冷量：1680kW•h冷（冷卻水泵電機），每天共計節(jié)約3360kW•h，按空調(diào)系統(tǒng)全年使用150天計算，全年節(jié)約能源共計：150×3360=50.4萬kW•h，按0.6元/kW•h，節(jié)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(diào)系統(tǒng)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(xiàn)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(shè)備性能和工作效率得到提升，減少了不必要的能耗；實現(xiàn)按需調(diào)節(jié)溫度，進一步減少板換間水泵出力，減少管網(wǎng)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(wǎng)損耗。

4結(jié)束語

綜上所述，通過對空調(diào)系統(tǒng)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(chǔ)上，從技術(shù)層面有效解決冷凍水循環(huán)、水泵、盤管風機和風柜的問題，從而減少整個中央空調(diào)系統(tǒng)電能、冷量損耗，避免不必要的能源浪費，提升節(jié)能效果。

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作者：植仲培 單位：廣東外語外貿(mào)大學(xué)