賀靜靜

(陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 咸陽(yáng) 712000)

0 引言

隨著現(xiàn)代公共建筑的廣泛建設(shè)，針對(duì)公共建筑的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)也變得越來越重要[1]。在公共建筑的耗能中，暖通的耗能占比達(dá)到68%。大型中央空調(diào)作為暖通涉及的重要設(shè)備，耗能占比最高。雖然現(xiàn)階段我國(guó)的大型公共建筑占我國(guó)建筑總面積的5%不到，但是其耗能占比超過了全國(guó)城鎮(zhèn)居民用電量的25%[2-4]。

如何在保證公共建筑內(nèi)的舒適性的前提下，最大可能地降低公共建筑的能耗，是現(xiàn)階段建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)[5-6]。

針對(duì)大型公共建筑的建筑節(jié)能在國(guó)內(nèi)外已有過相關(guān)的研究[7-9]。喬富榮等[10]以東莞某辦公建筑為例，針對(duì)集中式空調(diào)系統(tǒng)研究了一種空調(diào)節(jié)能分析方法。夏麟等[11]從空調(diào)和供暖的舒適度兩個(gè)方面分析了上海某辦公建筑的空調(diào)節(jié)能效果。劉鳴等[12]結(jié)合氣候特性分析了蒸發(fā)冷卻空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用。本文主要結(jié)合陜西省某商場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)，對(duì)其節(jié)能進(jìn)行改造，并分析了其節(jié)能的效果。

1 空調(diào)系統(tǒng)能耗分析

設(shè)備的能耗主要通過以下公式進(jìn)行計(jì)算[13-15]：

(1)

式中：P、U、I分別為空調(diào)設(shè)備的功率、設(shè)備的電壓和電流；cosφ為功率因數(shù)。

制冷機(jī)和冷卻塔的制冷量計(jì)算公式如下：

(2)

式中：Cp、ρ、Q分別為制冷機(jī)水的比熱容、水的密度、冷卻塔的冷卻水流量；th、tg分別為冷卻塔的回水溫度和供水溫度。

水泵的能耗η計(jì)算式為：

(3)

式中：Q、H、N分別為水泵的流量、水泵的揚(yáng)程和水泵的軸功率。

2 某商場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能診斷分析

本次針對(duì)陜西省某商場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造主要包含：拆除建筑內(nèi)的部分結(jié)構(gòu)，將原來的格局進(jìn)行細(xì)微調(diào)整。為了滿足商場(chǎng)的功能需求，在節(jié)能改造過程中加入了新風(fēng)系統(tǒng)。為了對(duì)商場(chǎng)的空調(diào)系統(tǒng)有更好的認(rèn)識(shí)，需要對(duì)其節(jié)能進(jìn)行診斷分析。本文選擇的測(cè)試儀器匯總表如表1所示。

表1 測(cè)試儀器匯總表

該商場(chǎng)的原有空調(diào)系統(tǒng)有2臺(tái)制冷機(jī)組并行運(yùn)行，分別為1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組，兩臺(tái)機(jī)組的額定制冷功率為1 920 kW。選擇1號(hào)制冷機(jī)組進(jìn)行測(cè)試，其冷水機(jī)組在不同測(cè)試時(shí)間點(diǎn)的制冷量和耗電量如圖1和圖2所示。

圖1 1號(hào)冷水機(jī)組制冷量變化曲線

圖2 1號(hào)冷水機(jī)組耗電量變化曲線

通過對(duì)機(jī)組的能耗值進(jìn)行分析可得，機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過程中其能效比約為4.9，滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

3 某商場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造

本文設(shè)計(jì)的空調(diào)智能控制系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3 空調(diào)智能控制系統(tǒng)原理圖

本次空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造主要有以下幾個(gè)方面：首先是硬件系統(tǒng)的升級(jí)，增加了智能的控制箱，能夠智能監(jiān)控空調(diào)系統(tǒng)的狀態(tài)；其次，在空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)管上增加了傳感器，主要用于感知空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的溫度；最后，針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的控制信號(hào)閥門進(jìn)行改造，智能控制空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量。

3.1 節(jié)能改造方案實(shí)施

空調(diào)水系統(tǒng)的改造主要是利用可編輯邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)智能控制箱代替原有的控制柜。PLC智能控制系統(tǒng)如圖4所示。從圖4可以看出：空調(diào)水系統(tǒng)體現(xiàn)在水管上的節(jié)能改造主要是增加了溫度傳感器，這樣能夠智能監(jiān)測(cè)制冷機(jī)的能耗，避免室內(nèi)溫度過低或者過高，降低空調(diào)系統(tǒng)的整體能耗。空調(diào)水系統(tǒng)PLC智能控制箱能夠監(jiān)測(cè)空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)冷水機(jī)組、冷水泵和冷水塔等重要設(shè)備實(shí)施開關(guān)控制和遠(yuǎn)程的啟閉。

圖4 PLC智能控制系統(tǒng)圖

3.2 空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能分析

商場(chǎng)改造后，空調(diào)系統(tǒng)7月每日室外氣溫及制冷循環(huán)耗能數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 7月每日室外氣溫及制冷循環(huán)能耗數(shù)據(jù)表

從表2可以看出：商場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)的耗電量隨著室外氣溫的增大而增大，整個(gè)7月室外溫度波動(dòng)較大；7月28日商場(chǎng)空調(diào)的耗電量最高，其當(dāng)日的空調(diào)系統(tǒng)用電量達(dá)到了4 700 kW·h。

圖5所示為7月當(dāng)?shù)刈罡邭鉁嘏c最低氣溫逐日變化曲線；圖6和圖7所示分別為制冷循環(huán)用水量、耗電量隨室外氣溫變化曲線。從圖6、圖7可以發(fā)現(xiàn)：7月中的43 ℃為最高的氣溫。耗電量最低的是7月8日和7月9日，耗水量最小的時(shí)間是7月8日。在7月8日，其最高溫度和最低溫度之差為4 ℃。與耗電量最低的時(shí)間相比，其最高溫度和最低溫度之差比較接近。

圖5 7月當(dāng)?shù)刈罡邭鉁嘏c最低氣溫逐日變化曲線

圖6 制冷循環(huán)用水量隨室外氣溫變化曲線

圖7 制冷循環(huán)耗電量隨室外氣溫變化曲線

本文設(shè)計(jì)的夏季某商場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)溫度為(25±1)℃。如表3所示為不同室內(nèi)溫度空調(diào)能耗的影響。

表3 不同室內(nèi)溫度空調(diào)能耗的影響

從表3可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)空調(diào)室內(nèi)溫度由26 ℃降低至24 ℃時(shí)，其累計(jì)的冷負(fù)荷增加了6 029 kW·h。通過上述分析可知：改造后，商場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果顯著提高。同時(shí)，適當(dāng)提高夏季室內(nèi)溫度的設(shè)定對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的整體節(jié)能量有明顯的效果。

4 結(jié)論

本文針對(duì)陜西省某商場(chǎng)的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。改造后的空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)過一年運(yùn)行，其空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，空調(diào)水系統(tǒng)能夠智能控制，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的智能化，降低了人為控制的失誤。增加的PLC智能控制箱可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)水智能監(jiān)測(cè)制冷機(jī)的能耗，避免室內(nèi)溫度過低或者過高，降低空調(diào)系統(tǒng)的整體能耗。

本文的主要結(jié)論如下:夏、冬季選擇中央空調(diào)對(duì)商場(chǎng)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，在滿足室內(nèi)新風(fēng)量達(dá)到規(guī)范要求的前提下，不要隨意提高最小的新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)約能耗；在春、秋季的氣溫較舒適季節(jié)，盡量選擇新風(fēng)系統(tǒng)，以減少空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷、降低空調(diào)系統(tǒng)的全年能耗。