某办公楼空调主机系统能耗分析及解决方案

暖通空调系统的能耗是现代建筑能耗的主要部分, 而空调水系统的输配用电又占暖通空调系统能耗的很大一部分, 降低空调水系统的输配用电是中央空调系统节约用电的一个重要环节, 在能源日益紧张的今天, 节能显得非常重要。因此降低空调, 尤其是主机系统的能耗对于降低建筑物耗能, 节约能源有重要意义。现结合对笔者多年前设计的一座综合办公楼空调主机系统的改造方案, 来谈一下空调主机系统耗能的原因及改造的方案。

1 项目介绍

北京某办公楼占地1.22公顷, 建筑面积约12万平方米, 是金融街目前设计建造标准比较高的五星级办公大楼。自2003年竣工后有高盛、花旗、瑞士银行、加拿大皇家银行、摩根大通等国内外著名金融机构入住, 成为其在华最大的办事机构。由于这些公司在全球均有业务, 员工也来自世界各地, 致使本办公楼的使用时间基本上是全天24小时, 因此空调运行时间也大于一般写字楼。

2 造成空调运行耗能的原因

2.1 设计与实际运行情况不符合

如今在建筑方案设计阶段开发商会聘请专业的“业态策划公司”及时介入, 针对开发商的特定需求, 按照一定的战略目标, 有针对性的为建筑物设定其今后的商业经营结构、规模、商业形态、销售方式、销售服务对象等。这在很大程度上避免了过去暖通设计人员只是通过根据自己对建筑所处位置及规模等因素来判断今后空调运行情况的尴尬。但即便如此, 对于今后建筑所服务的对象也不会有十分准确的预计。就本建筑而言, 直到建筑完工后才确定入住的客户, 以及大厦的运行要求。这就造成了原设计空调主机的搭配可能与实际运行情况有出入。

2.2 各能源系统集成度不高

一个完整的能源系统是由系统中各子系统和设备的合理配置和整合, 而目前能源系统中的各个设备、子系统分别由不同的厂家提供产品, 如, 空调系统中冷水主机、水泵、冷却塔、管路、风机盘管、新风机组、室内机等均为不同品牌产品, 系统并没有进行科学的集成和最优化的匹配, 因而在使用过程中各子系统和设备难以进行合理的配合, 出现了能耗漏洞。因而任一个或几个设备的节能都难以保证整个系统的节能。

2.3 系统能耗较为隐性和分散

目前建筑能耗测量系统不完善, 用户和运行管理者对能源系统的能耗分布难以掌握, 系统中存在较大的未知隐性能耗。由于能源系统涉及各子系统、设备纷繁复杂, 因而能源消耗较为分散。仅通过某个节能设备或节能技术的使用, 难以确保获得最大的节能收益。通过整体节能工作, 可明确建筑用能各环节的能耗分布, 从而可有针对性制定整体节能方案, 有计划有步骤地开展节能工作, 使节能改造资金和技术可以集中在关键的能耗环节上, 以最经济合理的投入获得最大的节能效益。

3 本项目能耗特点分析

3.1 建筑用能系统的组成

主要用能系统可分为:中央空调系统, 末端通风系统, 以及其他办公系统。其中中央空调系统可分为主机系统 (提供冷源) , 水系统 (输送冷源) 。

3.2 主机系统及其运行模式

大厦现有4台离心式水冷机组开利19XR650冷吨机组。其主要的设备参数如表1。

空调水系统形式:采用传统的冷机侧定流量, 末端变流量系统。这种系统可以解决末端的流量变化使流量不能变化的制冷机的蒸发器 (或冷凝器) 发生冻结、蒸发器 (或冷凝器) 换热效率降低、机组COP值明显下降。

开机模式:根据主机运行记录可以看出, 制冷主机是根据室内负荷调节开关, 在最热的季节 (7, 8月份) 一般开启两台机组, 在负荷较高的几个小时3台机组会同时开启来满足大楼的制冷负荷。在过度季节, (3～11月) 一般开启一台机组就能满足需求。而在非制冷季节, (1, 2, 12月份) 由于大楼内区仍有制冷需要, 所以大楼的制冷系统切换为自然取冷系统, 由冷却塔吸收空气的冷量通过板换送入室内。另外, 大楼在一年365天中基本24小时不间断的供应冷负荷。

根据设备的运行记录, 现统计出冷机的运行时间和负荷如表2。

3.3 水系统及其运行模式

大厦主要水系统的具体设备情况见表3。

水系统运行模式:在冷冻主机开启时, 水泵与主机一一对应, 配合开启, 即也是24小时不间断运行。当采用自然取冷时, 冷冻主机停止运行, 冷冻水泵与冷却水泵流量相应有所调节, 其输入功率也会对应的下降。开启时间也是24小时不间断开启。

3.4 中央空调系统能耗分布

各个冷吨数主机的耗电量分布如图1, 图2。

4 能源诊断以及节能措施

根据初步估计, 大楼中央空调机房年用电为3, 851, 480kwh, 根据计算, 其中冷机耗电1, 8 8 7, 2 2 5 k w h, 水泵耗电1, 7 7 1, 680kwh, 冷却塔耗电192, 574kwh。

根据现场调查结合历史数据, 总结出现有设备运行过程中, 最主要存在下列问题主机长时间运行在部分负荷, 效率不高。

根据主机运行记录显示, 大楼的主机长时间运行在50%左右负荷, 约占整个主机运行时间的80%以上, 而现在的主机是定频主机, 其在部分负荷的效率并不理想, 只能勉强保持在一个正常的范围内。由于主机是长时间24小时开启, 导致主机的能耗相当巨大, 而浪费也相当巨大。

现在, 随着科技的发展可变流量控制的制冷机组的出现, 将冷机侧变流量系统得以应用和发展, 该方式比原定流量主机系统有许多优点, 如设备运行费用和占地面积少, 对运行调节和自控系统要求低, 更为高效。

建议改造措施:将现有的一组离心主机和冷冻水泵上安装变频器, 达到其变频运行的目的。这样在电脑程序的控制下, 结合大厦空调负荷要求, 由一台变频制冷机组与其它定频制冷机组搭配运行, 可以极大的提高系统效率, 有效降低主机能耗。从而大大节省了运行费用。

新老冷机的对比 (见表4)

摘要：通过对某办公楼空调运行情况的了解, 来分析造成空调主机系统耗能的原因及优化能源系统的方案, 达到提高系统运行效率、节能降耗。

关键词：变频式制冷机组,节能