公共建筑通风空调系统节能改造研究

公共建筑通风空调系统节能改造研究

张芸

身份证号码：32128119870802XXXX

摘要：随着我国经济的不断发展，城镇化建设持续发展，其中公共建筑的总面积和总能耗均迅速增长。2012年，我国公共建筑面积大约占到为83.3亿m2，能耗（不含北方采暖）为1.82亿tce，占建筑总能耗的26.4%，其中电力能耗有4900亿kWh。而空调系统能耗在建筑能耗中则占了很大份额。建筑节能的重要组成部分包括公共建筑节能改造，而其中最重要的就是通风空调系统改造。在各类公共建筑类型中，办公建筑的能耗问题非常值得关注。由于现代人多半的时间都呆在办公建筑中，对其功能性与舒适性的要求很高，因此，办公建筑的能耗居高不下。以某商务办公建筑节能改造经验为基础，对通风空调系统的高耗能问题、冷站群控改造方案及节能效益加以分析，从而为既有建筑节能改造提供参考。

关键词：公共建筑；节能改造；通风空调系统；冷站群控

引文：

近些年来，我国的建筑行业发展非常迅速，从而所消耗的能量也越来越多，建筑能耗约占全球总能耗的35%，和工业能耗、交通耗能并列为三大耗能系统。而在建筑工程中，其中公共建筑单位面积的耗能量要比其他建筑多出3倍之多，而其中单体面积超过2万m2，且应用通风空调系统的公共建筑，其单位面积耗电量约为70-300kWh/（m2a），是居住建筑的10倍以上。公共建筑的国内总面积已超过60万m2，对既有公共建筑实施节能改造成为社会及学者们关注的热点。据统计，通风空调系统耗能约占建筑总能耗的48%，对该系统进行节能改造具有重要意义。本文以某办公楼的通风空调系统改造为案例，研究分析了冷站群控系统改造的技术方案。

1项目概况

该办公楼为单一业态的公共建筑，2003年投入使用，总建筑面积为3.4万m2，地上24层，地下2层，其中：1-3楼为裙房，主要为食堂、会议室、少量办公室等；4-23楼主要为办公室，以及少量会议室、实验室；24层主要为多功能室。该建筑已于2015年底完成了采暖“汽改水”改造，现空调系统为中央空调形式，采暖末端应用风机盘管。冷站位于地下2层，共安装了2台冷水机组，3台冷冻水泵，3台冷却水泵，2台动机采暖泵和位于楼顶的2台冷却塔。

节能改造前，该建筑无冷站群控系统，冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵均手动控制，工作日运行策略为7：00-16：30，双休日及法定节假日不开。

2冷站系统问题分析

2016年7月至8月，通过收集统计该建筑冷站的运行抄表数据，整理并分析了冷站的运行情况，发现冷站运行存在3个不足。

2.1缺少高效的控制手段

无法实现冷站的变负荷自动调节运行，需要人为根据现场经验手动开启冷水机组、冷冻泵、冷却水泵等设备，从而增加了人力投入，无法高效地对设备进行优化控制，仅凭经验控制该系统必然造成能源浪费。

2.2冷冻侧与冷却侧“大流量小温差”

因为冷冻泵、冷却泵不是自动定温差/压差的变频控制设备，一直处于工频运行状态，导致了“大流量小温差”，浪费较多电耗，控制设计不合理。

2.3冷机负载率较低

根据冷站抄表记录数据分析，冷水机组负载率一直处于60%左右，使得冷水机组长期在低负载率和低效率的状态下运行，既浪费了能耗，也加快了冷机的损耗。综上，冷站的主要问题，是由于冷站群控功能的不完善，导致冷站运行效率低下，造成能源浪费。

3改造方案设计

为解决以上问题，需进行冷站群控管理系统的合理设计，实现冷站的自动优化运行，改善“大流量小温差”的现状。

3.1冷源系统

根据冷水机组负载率变化情况调节冷水机组的供水温度设定值，以确保冷水机组运行在高效工作点上，提高冷水机组的运行效率。当冷水机组蒸发温度每提高1℃，即冷冻水出水温度设定值每提高1℃，冷机能效比将提高约3%。结合冷站实地运行抄表记录，可知冷水机组出水温度范围为7-10℃，冷冻水供水温度设定值为7℃，通过优化蒸发器出水温度设定值可有效提高冷水机组效率，降低冷水机组电耗。同理，通过降低冷水机组冷凝水侧进水温度，降低冷水机组电耗。

3.2冷冻水与冷却水输配系统

改造前，冷冻泵系统采用的是一次泵变频系统，冷机并联之后与冷冻泵串联，控制策略采用“一机对一泵”方式，冷却水系统亦没有变频系统。根据现场调研分析，发现冷冻侧与冷却侧的节能改造首先需要安装变频器，使之能够变频运行，同时优化冷冻泵与冷却泵控制策略，采用变频控制。

为实现原冷冻泵与冷却泵变频，采用定频流量的控制方式，而实际在小负荷时，采用定流量的方式并不节能，因此考虑定温差的控制方案。选择合适的供回水温差为5℃，根据7月至8月的冷冻侧温度数据，在制冷量不变的前提下，已控制5℃温差为基础策略，最小频率不低于40Hz，保持冷冻侧与冷却侧的最小流量，则按照冷站运行数据，计算冷冻泵与冷侧泵的节能量分别为2.2万kWh与1.7万kWh。

3.3冷却塔系统

项目冷站共有2个冷却塔，每个冷却塔设有1个风机，改造前，冷却塔风机已经有变频器且变频运行，冷却塔风机控制采用检测冷却水供、回水温度的优化控制策略，当温度高于37℃时，冷却塔风机自动启动，不满足时再启动另一台冷却塔风机；当温度低于25℃时，冷却塔风机自动关闭一台，温度更低时，再关闭另一台冷却塔风机。

3.4自控系统

由于该建筑空调系统设计时间较早，没有安装自控系统，所有设备的运行均由物业人员根据经验手动操作，不能根据负荷变化合理的控制冷机的运行，造成冷机经常处于低负荷运行状态。因此，对该空调系统安装一套服务型能源管理系统。该系统可实时监测冷机的各项运行参数，并对各项参数进行数据分析，同时对各个设备进行联动控制，优化出最合理的运行策略。

经分析，此种控制策略基本实现了冷却塔风机的启停控制，在一定程度上达到了节省风机电耗的目的，但是出现了冷却塔散热不均的问题，且没有最大化利用冷却塔的散热面积，即没有最大化利用自然散热。据此，设计改造方案为：通过给冷却塔风机加装变频器，采用定冷却塔出水温度的控制策略，“停风不停水”，统一调整冷却塔风机的频率，实现冷却塔联合变频控制；冷站群控逻辑算法，应在综合分析室外干湿球温度、机组冷却水温效率曲线、需求冷量等基础上，实现冷却塔出水温度设定值自行控制。

4结语

总的来说，目前由于我国公共建筑存量大、耗能高，从而导致政策较为复杂，进而使得诸如节能改造困难、能源浪费等问题不断发生，如何在既定约束条件下实现预期经济目标，是一项重要课题。该节能改造项目聚焦通风空调系统，应用技术普遍，改造成本较低节能效果却较好。希望文章观点可以为类似工程提供有益思路，进而提升公共建筑节能改造的经济效益。

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