導(dǎo)語：辦公樓空調(diào)節(jié)能管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

提要：通過對深圳市某辦公樓的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的調(diào)查測試及模擬，對該工程節(jié)能改造及運(yùn)行方法進(jìn)行了分析。總結(jié)了整個辦公樓空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造方案及經(jīng)濟(jì)性，為今后工程改造提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：辦公樓，空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)負(fù)荷，節(jié)能

一、引言

在能源總消耗中，建筑能耗占有著很大比例，其中照明和空調(diào)，特別是空調(diào)，占據(jù)了建筑能耗的絕大部分，所以，進(jìn)行空調(diào)節(jié)能潛力的分析具有非常重要的意義。我們可以根據(jù)分析結(jié)果，通過對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計或?qū)σ延械目照{(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造，達(dá)到降低能耗的目的。對于供冷期較長的地區(qū)，空調(diào)能耗高，因此節(jié)能工作尤為重要，并具有代表意義。本文以深圳市某辦公樓為對象進(jìn)行研究和討論，該辦公樓由地下兩層及地上二十層組成，總建筑面積39200平方米，空調(diào)面積30000平方米。空調(diào)用制冷系統(tǒng)選用3臺制冷量為1336KW的離心式冷水機(jī)組，但實(shí)際只運(yùn)行2臺即可滿足要求。冷凍水與冷卻水系統(tǒng)均為定流量運(yùn)行。該辦公樓的室內(nèi)設(shè)計參數(shù)是：干球溫度為24℃-26℃，相對濕度為50%-60%。通過實(shí)測調(diào)查得知，該辦公樓空調(diào)系統(tǒng)全年供冷，運(yùn)行時數(shù)為2530小時，當(dāng)冬季室外空氣溫度降低而不需供冷時，停開冷水機(jī)組。

二、空調(diào)負(fù)荷

對建筑物進(jìn)行能耗分析和運(yùn)行模擬，都要以空調(diào)負(fù)荷計算為基礎(chǔ)。空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與運(yùn)行能耗都與空調(diào)動態(tài)負(fù)荷有關(guān)，本文使用美國能源部大型能耗分析軟件DOE-2對該辦公樓的空調(diào)動態(tài)負(fù)荷進(jìn)行模擬，結(jié)果見圖1。模擬得到的逐時峰值負(fù)荷為2415KW，圖中所示為月平均負(fù)荷，其峰值為1600KW。由計算結(jié)果可知，該辦公樓全年均需要供冷。

圖1辦公樓動態(tài)負(fù)荷

獲得空調(diào)動態(tài)負(fù)荷后，為使用負(fù)荷頻率法對冷水機(jī)組的能耗進(jìn)行分析，現(xiàn)按文獻(xiàn)[1]提出的一種用于制冷設(shè)備運(yùn)行分析及容量選擇的全年空調(diào)負(fù)荷統(tǒng)計方法，將空調(diào)動態(tài)負(fù)荷轉(zhuǎn)換成負(fù)荷率與時間頻數(shù)之間的關(guān)系，該辦公樓空調(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行時數(shù)平均為2530小時，平均的空調(diào)冷負(fù)荷時間頻數(shù)如表1所示。

空調(diào)冷負(fù)荷時間頻數(shù)表1

負(fù)荷率（%）102030405060708090100

時間頻數(shù)（%）27.98.78.211.69.910.211.66.44.21.3

三、冷水機(jī)組的節(jié)能分析

在一年之中，由于空調(diào)系統(tǒng)在部分負(fù)荷下運(yùn)行的時間較多，因此，全年耗能量與制冷機(jī)部分負(fù)荷下的工作特性有關(guān)。離心式冷水機(jī)組部分負(fù)荷性能見表2[2]。由2可以看出，與負(fù)荷率為100%的情況相比，部分負(fù)荷下的運(yùn)行效率有增有減。

離心式冷水機(jī)組部分負(fù)荷性能參數(shù)表2

機(jī)組負(fù)荷率（%）100908070605040302010

機(jī)組功率百分?jǐn)?shù)（%）10087.076.065.056.048.040.033.025.021.0

根據(jù)表2，采用線性回歸的方法得出典型的離心式冷水機(jī)特性曲線方程，從而采用負(fù)荷頻率法計算出不同制冷量時，輸出功率的變化。

該制冷系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行方案是：先開啟一臺冷水機(jī)組，使其冷量由小至大調(diào)節(jié)滿足實(shí)際負(fù)荷變化，直至出力不夠時，再開啟另一臺。并且第一臺冷水機(jī)組始終保持滿負(fù)荷，而第二臺隨負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。本文又根據(jù)模擬優(yōu)化計算得到了冷水機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行方案（即全年機(jī)組運(yùn)行的平均輸出功率最小）。由于離心式制冷機(jī)在設(shè)計負(fù)荷的10～15%以下時出現(xiàn)喘振，本文模擬冷水機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時，讓冷機(jī)最低調(diào)節(jié)范圍不得低于15%，否則停機(jī)。兩種運(yùn)行方案的計算結(jié)果見表3。

冷水機(jī)組運(yùn)行耗功率表3

負(fù)荷率（％）102030405060708090100年平

均值

時間頻數(shù)（％）27.98.78.211.69.910.211.66.44.21.3

實(shí)

際

運(yùn)

行

方

案運(yùn)行臺數(shù)1111122222-

制冷量

（％）1臺18.136.254.272.390.493.4100100100100

2臺0000015.026.544.662.780.8

平均功率

（kW）19.248.8411.5221.6423.7732.0041.1425.0217.976.29207.43

最

優(yōu)

運(yùn)

行

方

案運(yùn)行臺數(shù)1111122222-

制冷量

（％）1臺18.136.254.272.390.454.263.372.381.390.4

2臺0000054.263.372.381.390.4

平均功率

（kW）19.248.8411.5221.6423.7728.6637.7523.8717.826.24199.37

由表3中結(jié)果可知，最優(yōu)運(yùn)行方案是：先開啟一臺冷水機(jī)組，使其冷量由小至大調(diào)節(jié)滿足實(shí)際負(fù)荷變化，直至出力不夠時，再開啟一臺。當(dāng)開啟兩臺制冷機(jī)時，平均分配負(fù)荷，每臺冷水機(jī)組的制冷量按上表由小至大滿足負(fù)荷變化的要求。此時，總運(yùn)行能耗為最小。

四、水系統(tǒng)的節(jié)能分析

一些調(diào)查表明，空調(diào)水系統(tǒng)的工作普遍存在著大流量小溫差的問題。夏季供冷水系統(tǒng)的供回水溫差：較好的為3℃左右，差的只有1～1.5℃。而循環(huán)水量一般為設(shè)計水量的1.5倍數(shù)。高層建筑供冷系統(tǒng)一般規(guī)模較大，能耗很大，但節(jié)能潛力也很大，一個節(jié)能的制冷系統(tǒng)，不僅要求選擇的設(shè)備性能和臺數(shù)能與空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的變化相適應(yīng)，而且要求在運(yùn)行中整個系統(tǒng)在各種負(fù)荷下能夠保持能耗最小。

空調(diào)水系統(tǒng)在應(yīng)用變頻調(diào)速成裝置進(jìn)行變流量運(yùn)行時，可以在不改變管路特性，而靠移動水泵工作點(diǎn)使之沿管路特性曲線移動，保持水泵在最高效率點(diǎn)運(yùn)行，達(dá)到最大節(jié)能效果。對于閉式系統(tǒng)來說，當(dāng)流量減少時，其實(shí)耗功率相應(yīng)按三次方的比例降低。這對于目前空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計水量與實(shí)際水量差別很大的情況來說，具有非常明顯的節(jié)能意義。

由于本文的研究重點(diǎn)是能耗，也就是總結(jié)出實(shí)時的運(yùn)行調(diào)節(jié)對空調(diào)系統(tǒng)能有多大的節(jié)能潛力，從而指導(dǎo)實(shí)際運(yùn)行。本文模擬了兩臺并聯(lián)水泵采用變頻裝置，根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時，不同流量下的最優(yōu)調(diào)速比及相應(yīng)的耗功率。調(diào)速水泵全年運(yùn)行平均功率計算在模擬水泵運(yùn)行能耗時，同樣存在著各運(yùn)行水泵間負(fù)荷的最優(yōu)分配問題。我們的目的是在盡量滿足流量和揚(yáng)程前提下，達(dá)到耗能最小，即水泵總耗功率最小。本文在考慮流量變化滿足部分負(fù)荷要求時，只對冷凍水泵變流量時二者的能耗進(jìn)行計算，而冷卻水側(cè)的變流量分析將不做研究。計算運(yùn)行能耗時，假定最小臨界水量（負(fù)荷）為總水量的50%，該工程每臺機(jī)組冷凍水的循環(huán)流量為230m3/h，所以最小臨界水量為115m3/h。模擬時校核水泵流量，如果低于該值，水泵的調(diào)速比就保持不變。本文對多種調(diào)速方案進(jìn)行了計算。

該冷凍水系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行方案是：50%以下負(fù)荷時，一臺泵運(yùn)行；50%-100%負(fù)荷時，開啟兩臺泵。本文又根據(jù)多種調(diào)速方案模擬優(yōu)化計算得到了冷水機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行方案(即冷凍水泵運(yùn)行的平均輸出功率最小)：當(dāng)50%負(fù)荷以下時，開一臺水泵；50%-100%負(fù)荷時，開啟兩臺水泵。并且水泵分階段調(diào)速運(yùn)行滿足負(fù)荷率變化。兩種運(yùn)行方案的計算結(jié)果見表4。冷凍水系統(tǒng)運(yùn)行耗功率表4

負(fù)荷率（%）102030405060708090100年平均值

時間頻數(shù)（%）27.98.78.211.69.910.211.66.44.21.3

實(shí)際運(yùn)行方案運(yùn)行臺數(shù)1111122222-

速比

（%）1臺1111111111

2臺0000011111

平均功率

（Kw)12.583.903.705.214.469.2110.425.763.741.1760.15

最優(yōu)運(yùn)行方案運(yùn)行臺數(shù)1111122222-

速比

（%）1臺0.350.350.350.470.590.350.410.470.530.59

2臺000000.350.410.470.530.59

平均功率

（Kw)0.550.170.160.540.910.410.730.600.560.244.87

經(jīng)校核，兩臺水泵都變速運(yùn)行時，每臺機(jī)組的水量始終在最小臨界水量以上。從以上2個方案中可以看出，在部分負(fù)荷時變頻調(diào)速水泵與恒速泵比較，其節(jié)能效果非常顯著。

五、室內(nèi)空氣參數(shù)與建筑能耗

影響空調(diào)系統(tǒng)能耗因素很多，針對本文所研究的辦公樓，根據(jù)現(xiàn)有實(shí)際條件及能力，本工程從設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)選取的角度進(jìn)行建筑能耗分析。

在空調(diào)設(shè)計中，首先要確定室內(nèi)設(shè)計參數(shù)，這關(guān)系到舒適標(biāo)準(zhǔn)與衛(wèi)生要求。合理的室內(nèi)設(shè)計溫度與濕度應(yīng)該是在滿足熱舒適要求的前提下力求減少能耗。干球溫度22～27℃，相對濕度30%～70%被普遍認(rèn)為是舒適區(qū)，根據(jù)該辦公樓的室內(nèi)設(shè)計參數(shù)，通過組合（6個設(shè)計點(diǎn)）計算，可以得到相應(yīng)的人對熱環(huán)境的反應(yīng)狀況與耗電量，見表5。

不同室內(nèi)參數(shù)下空調(diào)系統(tǒng)耗電量表5

設(shè)計點(diǎn)干球溫度（℃）相對濕度（%）舒適度耗電量（kWh）

12450%稍冰864700

22550%舒適824900

32650%舒適784600

42460%舒適855900

52560%舒適815900

62660%舒適775900

由表5可以看出，溫度的升高和相對濕度的增加，都會使能耗有所降低。上述設(shè)計點(diǎn)基本都在舒適區(qū)范圍內(nèi)，但耗電量有所不同。可見，通過改變室內(nèi)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)所具有的節(jié)能潛力是很大的。所以在滿足舒適度要求的前提下，可選擇提高室內(nèi)溫度和相對濕度來減少空調(diào)系統(tǒng)能耗。

六、節(jié)能綜合效果分析

針對該辦公樓的實(shí)際情況，通過研究，本文提出了該辦公樓空調(diào)系統(tǒng)的若干節(jié)能措施并進(jìn)行了分析，如果僅考慮對前三項(xiàng)改造所帶來的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益，其綜合效果見表6。

空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力分析一覽表表6

改造項(xiàng)目增加投入（元）耗電量（kWh）節(jié)能率

（%）節(jié)省運(yùn)行費(fèi)①

（元/年）回收年限

改前改后

冷水機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行方案-5247985044063.920392

冷凍水泵定水量改為變水量運(yùn)行變頻器及輔助設(shè)備

800001521801232191.91398591年

總和8000067697851672723.71598511年

①深圳市電價為1元/（kWh）

從表6中的數(shù)據(jù)可知，對現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)人工冷源進(jìn)行以上的改造，做較少的投資，就可以獲得可觀的節(jié)能效果和節(jié)省大量的運(yùn)行費(fèi)用。由于有些節(jié)能措施對已經(jīng)施工運(yùn)行的系統(tǒng)難以操作，如果在設(shè)計階段就能充分考慮系統(tǒng)的節(jié)能問題，則效果會更好。

七、結(jié)語

通過對深圳市某辦公樓的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能潛力分析可以看到，現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)具有很大的節(jié)能潛力。僅從制冷系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行和冷凍水系統(tǒng)角度去進(jìn)行調(diào)整，其運(yùn)行節(jié)能潛力已非常之大，節(jié)能率可達(dá)23.7%，如果能在系統(tǒng)設(shè)計時就充分考慮系統(tǒng)的節(jié)能問題，則可以得到更好的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

1章雅銳，單寄平.從節(jié)能運(yùn)行出發(fā)對制冷機(jī)容量匹配的初步探討.暖通空調(diào)，1990，20（1）：14～17

2曹琦，張華.計算部分負(fù)荷性能參數(shù)正確選擇冷水機(jī)組.暖通空調(diào),1996，26（6）：58～60