李亚丽
（四川化工天鹏资产经营有限责任公司，四川 成都610031）
［摘 要］ 随着人们对舒适度要求的提高，中央空调越来越广泛地应用于企事业单位办公区、写字楼、酒店、商场等场所，但由于其运行时间长、功率大、机组数量多，能源消耗很大。由于我国的建筑围护结构保温隔热性能差，单位面积空调所耗能源相当于纬度相近发达国家的2～3倍，且中央空调在设计时是按满负载并预留一定的余量设计的，而实际上绝大部分时间里其运行负荷均远低于设计负荷。因此，应对中央空调采取适当的节能措施。简介大型商用水系统中央空调的工作原理，在对中央空调系统能耗进行简略分析的基础上，提出了一些节能优化的思路及措施。
［关键词］ 大型商用水系统中央空调；工作原理；能耗分析；节能措施
［中图分类号］ TU831.3+6［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）04-0077-04
0 引 言
大型商用水系统中央空调由于制冷量大，越来越广泛地应用于企事业单位办公区、写字楼、酒店、商场等公共场所。中央空调在设计时，往往是按照当地气象资料（最高/最低气温）和建筑物的特点，并考虑最大能量（冷量/热量）需求，预留10%～20%的余量而设计的。而实际运行中，中央空调制冷主机和冷却水系统设备的功耗与空调系统负荷以及室外湿球温度有关，即实际上绝大部分时间里运行负荷均远低于设计负荷，随着中央空调负荷的变化，制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵可能偏离最佳运行工况，导致中央空调能耗高、效率低。加之我国的建筑围护结构保温隔热性能差，使得建筑耗能（采暖、空调等）总量占到中国能源消费总量的相当比例。因此，我国政府针对这种情况提出，在夏热冬冷的地区，在1980—1981年当地代表性住宅建筑夏季空调加上冬季采暖能耗（折算成每平方米建筑面积每年用于夏季空调和冬季采暖能耗的电能）的基础上节约65%的节能目标。
如今，随着人们对高品质健康生活的追求，高端办公写字楼、酒店等商用建筑采用的中央空调已经成熟地进入到“四恒一净”的状态，即“恒温、恒湿、恒氧、恒静”+“空气净化”，这种中央空调系统可以实现最佳舒适度，提升建筑物的整体档次。
1 大型水系统中央空调的工作原理
水系统中央空调主要由制冷主机、冷却（冻）水泵、冷却（冻）水管道、冷却塔等组成，其工作原理如图1所示。制冷主机将低压气态制冷剂压缩进入冷凝器并冷凝成高压液体，在冷凝过程中制冷剂释放出大量热能，冷却水吸收制冷剂冷凝释放出的大量热量后，被冷却水泵送到冷却塔上，由冷却塔风机加速将冷却水中的热量散发到大气中，冷却水降温后送回主机冷凝器；冷凝器中的高压液态制冷剂在流经蒸发器时汽化，吸收冷冻水中的大量热量，使冷冻水降温，降温后的冷冻水由冷冻水泵加压送入房间进行热量交换后又回到蒸发器，如此循环往复。
2 中央空调系统能耗分析
2.1 建筑外围护结构的能耗损失
随着我国经济近40 a的高速增长，各类写字楼、酒店、商场等商用建筑如雨后春笋般地建成，但由于国家建筑节能规范标准制定的延后，以及建筑节能材料因成本费用等方面的原因而没有大量应用，造成我国单位面积空调所耗能源相当于纬度相近发达国家的2～3倍，直接影响中央空调的容量和投入成本。截至2018年，我国建筑采暖、空调能耗约占建筑总能耗的60%～70%，而建筑耗能在我国能源消费总量中的份额已超过27%。
2.2 制冷主机的效率
制冷主机的能耗主要体现在空调压缩机，空调压缩机的功耗约占空调总能耗的60%以上，其运行效率对空调机组总体能耗影响很大。如今新型制冷剂的应用，不仅可提高空调能效比，还可减少对大气层的破坏。
2.3 电机消耗的电能
在中央空调水系统中，包含了各类冷却（冻）水泵、冷却塔、末端设备风机等动设备，其能耗主要是驱动上述设备的交流电机消耗的电能，这些设备的总能耗约占空调系统总能耗的30%～35%。
2.4 冷却塔的冷却效率
冷却水在冷却塔中冷却，其冷却效果直接决定着空调机组能耗的高低。
2.5 空调管路系统
空调管路负责输送冷却（冻）水，其管路选材、管程管网优化、管径大小设计及保温效果也在很大程度上决定着空调机组能耗的高低。
2.6 空调末端设备及新风系统
中央空调末端设备包含风机盘管、空气处理机组、风柜等。作为空调末端设备的重要组成部分——新风系统设备主要安装在建筑公共区域，通过风管输送到各个房间，负责处理室内空气的含氧量以及控制室内空气中甲醛等有机物含量、PM2.5等指标。空调末端设备及新风系统的运行状况也在很大程度上决定着中央空调系统能耗的高低。
2.7 楼宇自控系统
大型商用水系统中央空调的组成设备数量多，管路复杂，楼宇自控系统作为其大脑和神经系统，其设计合理完善与否对中央空调系统的能耗也有较大的影响。经验和测试数据表明，1套合理完善的楼宇自控系统可以降低整个中央空调系统总能耗的30%左右。
2.8 其他方面
使用管理不善、用户维护意识淡薄等也会造成中央空调系统能耗增高。
3 中央空调系统节能措施
3.1 采用变频技术控制电机
据电机学的基本原理，三相异步电机的定子转速可以通过公式n=60 f/p（式中：n为电机的转速；f为工作电源的频率；p为磁极的对数）进行表达，三相交流电机转速随电机频率的改变而变化。而电机额定输出功率的表达式为P=T·n/9550（式中：P为电机额定输出功率；T为转矩；n为电机的转速），表明电机的转速与电机的输出功率成正比。因此，可采用变频技术来改变电机的转速，从而达到调整电机输出功率的目的。
为保证设备运行的可靠性，在电机设计确定功率时，都会留有一定的余量，而电机不需要一直在满负荷下运行，以免造成电能的浪费。因此，可通过调整输入电机电源的频率来控制电机功率，进而实现节能。通过对机组压缩机电机及各类冷却（冻）水泵电机及冷却塔风机电机进行加装变频柜等技改后，可以实现电机变频启动（保证配电电网电压波动）和运行，实现中央空调机组的水流量和通风量与空调实际负荷完美匹配，从而可降低中央空调系统总能耗20%～30%。
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