中央空调系统节能改造方案的节能量测量及验证方法初探

２８７５０－－２０１２
ａｒｅ
ｉｎ—
ｔｒｏｄｕｃｅｄ ｗｉｔｈ ｅｍｐｈａｓｉｓ ｏｎ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ ｃｅｎｔｒａｌ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ＫＥＹ
ａｒｅ
ｇｉｖｅｎ．
ＷＯＲＤＳ
ｃｅｎｔｒａｌ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｊ ｅｃｔ；ｅｎｅｒｇｙ－
ｓａｖｉｎｇ ｑｕａｎｔｉｔｙ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
据统计，目前发达国家的建筑能耗一般占总 能耗的１／３，大型公共建筑的空调系统能耗占建 筑能耗的５０％～６０％，与发达国家相比，我国此 类建筑的平均能耗值高于日本，与美国平均值大 体接近。另外，我国同一地区同一性质的此类建 筑，耗电量差别最大可达５０％，节能潜力巨大［１］。 但由于节能改造费用高、启动资金落实难等诸多 因素，导致节能推动工作受到制约，其中运行管 理节能最难。发达国家的实践表明，合同能源管 理是解决这一问题的有效途径。目前，合同能源 管理已经开始应用于中央空调系统的节能改造。 但是，中央空调系统用能形式具有多样性，使得 影响节能效果的因素很多，而我国缺乏科学统一
ａｒｅ
ｒｅｎｏ—
ｖａｔｉｏｎ ｉｎ ｃｅｎｔｒａｌ ａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｂｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇ ｔｈｅ
ｃｅｎｔｒａｌ ａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｊ ｅｃｔ ｃａｓｅｓ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ ＧＢ／Ｔ
运行发现，改造效果明显。 １．１．３更换高效空调主机 一般情况下，在中央空调系统节能改造工程 中，不会更换主机系统（成本高）。但是在一些特 定场合，如设备运行周期过长，导致机组运行能耗 增加过大等场合，也会采用更换主机的措施。这 类节能改造工程一般工程量大，水系统、输配系统 等改造同时进行。 郁松涛等Ｄ１介绍的上海国际饭店节能改造工 程中，由于原有系统采用的离心式冷水机组效率 太低（ＣＯＰ＝３．６１），改造时更换为更加高效的螺 杆式冷水机组。此外，采用了冷冻水泵、冷却水泵 变频及系统运行管理等其他节能技术。通过能耗 监测，改造后酒店的用电量大幅下降，节能率高 达５４％。 １．２冷冻水泵和冷却水泵变频驱动改造 由于改造方便、成本低等特点，对中央空调系 统的冷冻水泵和冷却水泵进行变频改造，是目前 中央空调系统节能改造过程中的主要措施之一。 对于水系统，水泵采用变速控制比采用水泵 台数控制更节能，一般情况下，水泵转速可采用定 压差方式进行控制，取水泵环路中各远端支管上 有代表性的压差信号。当有一个压差信号未能达 到设定要求时，提高水泵的转速，直到满足为止； 反之，如所有压差信号都超过设定值，则降低转 速。中央空调系统水泵采用变频控制，可以根据 空调负荷实时调整冷冻水、冷却水流量，减少系统 能耗，还可以降低泵系统的损耗，提高设备使用 寿命。 俞文胜等［６蜘给出了冷冻／冷却水泵的变频驱 动改造的案例。通过监测中央空调主机的冷冻 水、冷却水的进出水温差值控制冷冻、冷却水泵变 频器的转速，调节水的流量。将冷冻水、冷却水运 行温差适当提高，降低泵的运行流量和运行负荷， 以此达到节能目标。 １．３中央空调系统末端改造 中央空调系统的末端改造一般采用末端风机 的自动调速技术。一般情况下，空调系统末端风 机是在额定全压下运行，工作场所的风速、风压和 风量的调节都是通过调整挡板开合度实现的。这 不仅浪费了大量的电能，而且还使风机电机总是 高速运转，使得风机和其他机械传动器件的使用 寿命缩短。变风量末端装置根据室内负荷的变
第１ ３卷第９期
２ ０ １
剖詹ｆ室调
ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＡＩＲ—ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ
７８—８３
３年１ ０月
中央空调系统节能改造方案的节能量 测量及验证方法初探
＊
吴俊峰
张秀平
张朝晖
何亚峰
贾磊
（合肥通用机械研究院）
摘要通过调研中央空调系统节能改造项目相关案例，分析和归纳目前常用的中央空调系统节能改造措 施及策略。重点介绍ＧＢ／Ｔ ２８７５０－－２０１２规定的节能量测量和验证方法，明确不同方法在中央空调系统中
１．５
整的案例：汕头大学新图书馆在建设初期由于运 行管理方式不到位，得不到相应的节能效果。通 过制定行之有效的节能管理措施，包括空调系统 主机运行参数和室内空气参数设置、合理安排机 组设备的启停台数和时间、系统设备定时清洗除 垢等运行管理方式的调整，极大地减少了中央空 调系统的电能消耗（改造后节能５％）。 １．６多种节能方式的综合应用 在某些中央空调系统节能改造工程中，为了 最大程度的节能，一般会同时采用多种节能方式。 陈隽武［８３介绍了某高层办公大楼中央空调系 统节能改造工程案例，改造方案将原有的多个空 调系统通过加大集、分水器，利用同一个水系统， 合并为一个空调系统；此外，还应用了变频技术实 现冷却水泵和冷却塔风机的变频调节。薛遵义［１２］ 给出了第四军医大学口腔医院门诊大楼中央空调系 统节能改造工程案例，改造工程综合利用了冷冻水 泵、冷却水泵、冷却塔风机变频改造技术，水处理系 统改造和设备维护清洗等管理运行措施。改造后全 年中央空调系统平均总能耗比改造前减少２７％。 １．７建筑整体改造方案 在一些既有建筑节能改造工程和特定应用场 合中，为了最大限度地降低建筑能耗，一般采用建 筑整体改造方案。中央空调系统的节能改造一般 伴随着建筑围护结构改造、玻璃门窗改造和照明 系统改造等方案同时进行。 文成炳等［１３１给出了典型的整体建筑改造方案 的案例，建邺大厦作为原南京市建邺区人民政府 办公大楼于１９９７年建造完工，由于年久失修，建邺 大厦的中央空调系统、外围护结构、建筑设备系统 等均有不同程度的老化与损坏。由于南京市建邺 区人民政府已经搬迁至别处，建邺大厦在节能改 造后将作为写字楼对外招商出租，其整体建筑功 能也发生改变。对大厦按照甲类公建要求、６５％ 节能设计标准进行防震加固与节能改造修缮，改 造内容主要包括建筑围护结构改造、供配电与照 明系统改造和中央空调系统改造。建筑围护结构 改造内容包括外墙和屋顶的外保温、更换节能窗。 供配电与照明系统改造包括拆除室内原有供配电 线路、配电箱、照明设备等，对大厦重新进行配套 装饰工程的电气设计与改造。中央空调系统改造 采用的方案为拆除原有主机（冷水机组的空调系 统和新风系统），新建空调系统和新风系统。改造
适用的中央空调系统节能量测量和验证方法， 易使供需双方产生节能效果的认定上的分歧， 严重影响中央空调系统合同能源管理模式的 推进。 笔者通过调研分析现有中央空调系统节能改 造的相关案例，归纳总结中央空调系统节能改造 技术发展和实施现状，通过对ＧＢ／Ｔ ２８７５０— ２０１２［２１《节能量测量和验证技术通则》规定的节能 量测量和验证方法的讨论，明确不同方法在中央 空调系统应用的适用条件，给出调研归纳总结的 各类中央空调系统节能改造实施方案的适用方 法，以期为《节能量测量和验证技术要求中央空调 系统》技术标准的制订提供技术支持。
＊合肥通用机械研究院青年科技基金项目（２０１１０１１２８３），“十二五”国家科技支撑计划项目（２０１２ＢＡＢｌ８８０１）
收稿日期：２０１２—１２—２７
作者简介：吴俊峰，工程师，主要研究方向为制冷空调与流体机械。
万方数据
第９期
吴俊峰等：中央空调系统节能改造方案的节能量测量及验证方法初探
１ １．１
中央空调系统节能改造措施及策略 中央空调系统冷源主机改造 目前，绝大多数中央空调冷热源机房容量偏
大，单台机组的负荷率一般在６０％以下。作为系 统耗能最大的部分，对其进行改造节能潜力巨大。 目前，成熟的改造技术有：空调主机变频控制、增 加变容量小机组以及更换高效空调机组。 １．１．１空调主机变频控制 由于冷水机组９９％以上的时间在部分负荷工 况下运行，而在部分负荷下，变频式离心机组的效 率较高，因此空调主机变频控制一般用于离心式 冷水机组的改造。机组变频控制还可以提高机组 的功率因数，优化机组启动性能，避开喘振点，提 高机组可靠性。 李玉云等［３１给出空调主机变频控制节能改造 的案例：某公司的中央空调采用了２台６５０ Ｒｔ离 心式冷水机组，用于生产车间空调系统，机组２４
的适用情况，给出不同方法的典型应用场合和应用示例。 关键词
中央空调系统；节能改造工程；节能量；测量和验证
Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ
ｏｎ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ
ｑｕａｎｔｉｔｙ ｆｏｒ ｃｅｎｔｒａｌ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ Ｗｕ Ｊｕｎｆｅｎｇ
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州玲铲室调
第１３卷
化，动态调节风机转速，改变送风量，以此达到节 能目标。风机变速可以采取的方法有定静压控制 法、变静压控制法和总风量控制法。 在青岛市崂山区政府办公楼制冷供暖系统的 节能改造项目中一］，原有３台新风机组风机没有配 置变频设备，启动后工频运行，风机始终运行在最 大输出功率下，不能按照需要进行调节，仅靠末端 空调采用节流的方式调节风量而风机输出功率不 变，致使电能浪费严重。改造方案中对３台新风机 组风机加装变频控制设备，根据系统用风量的需 要直接对风机电机进行变频调速。 １．４智能控制系统的应用 中央空调系统是一个多变量、复杂的、时变的 系统，其过程要素之间存在严重的非线性、大滞后 及强耦合关系。中央空调系统节能改造工程中， 经常采用智能控制技术，对能耗最大的空调主机 采用冷量优化控制方式，确保空调主机在高效区 域运行。根据空调末端负荷的变化，实现空调主 机与冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔以及空调末端等 设备的联锁控制和启停，保证设备安全运行的同 时节约能源。 南京南站中央空调系统节能改造项目［１叩是典 型的智能控制系统应用案例：作为仅次于北京南 站的全国第二大铁路枢纽站，其中央空调系统平 均年能耗约占站房总能耗的６５％。实际运行中， 达到设计负荷条件下的运行时间段很少（每年大 约一个月左右），大部分时间段都在低于设计负荷 工况运行，在过渡季节空调负荷往往不足最大负 荷的３０％。建设初期系统所有动力设备均采用定 频控制，其运行功率并没有随负荷的变化而变化， 电力浪费非常严重。改造方案中，根据中央空调 冷热源的具体情况，冷热源站的一次冷冻水泵、二 次冷冻水泵、冷却水泵都采用智能控制柜进行变 频调速控制，冷却塔风机采用智能控制箱进行启 停控制。经过节能技术改造后，相对于系统原来 的控制模式，耗电量节约３６．７７％。