廖島生

（南方電網(wǎng)綜合能源股份有限公司）

隨著電能緊缺的問題日益嚴重，節(jié)能技術已被政府部門、各行各業(yè)所重視和推崇。中央空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代大型建筑物不可或缺的配套設施之一，電能的消耗非常大，約占建筑物電能總消耗的50%。由于中央空調(diào)系統(tǒng)都是按最大負載并增加一定設計余量，在我國很多地區(qū)，每年空調(diào)開放時間10 個月左右，而實際上在一年中，滿負載下運行最多只有十多天。通常中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機隨外部自然環(huán)境氣溫變化自動調(diào)節(jié)負載，而與冷凍主機相匹配的冷凍泵、冷卻泵卻不能自動調(diào)節(jié)負載，幾乎長期在100%負載下運行，也惡化了中央空調(diào)的運行環(huán)境和運行質(zhì)量。

1 醫(yī)院中央空調(diào)使用現(xiàn)狀

1.1 用能系統(tǒng)現(xiàn)狀

根據(jù)圖1 提供的2014～2016 年的空調(diào)機房耗電量數(shù)據(jù)，空調(diào)機房耗能在逐年增長，與設備老化曲線相吻合。

圖1 機房年用電曲線

1.2 空調(diào)系統(tǒng)（主機側）現(xiàn)狀

本項目的空調(diào)機房供冷、供暖功能基本正常，有一臺變頻離心機冷媒系統(tǒng)進水損壞，已經(jīng)修復運行中。

但是根據(jù)2017 年9 月現(xiàn)場調(diào)研空調(diào)機房運行狀況及現(xiàn)場調(diào)研采集主機、水泵、冷卻塔的運行數(shù)據(jù)分析有如下幾點不足：

⑴空調(diào)機房自控系統(tǒng)不能正常使用，無法實現(xiàn)自動加減設備，二次泵變流量調(diào)節(jié)控制。

⑵實際運行冷凍水供水溫度11～13℃，供回水溫差為2.5～4.5℃，冷凍水總流量運行在“大流量小溫差”高耗能工況，同時機組之間的流量不平衡，導致主機輸出負荷不平衡，進出水溫差差異較大，相差2℃以上。

⑶主機冷卻水進水溫度高達35.3℃，出水溫度37.8～38.9℃，溫差2.5～3.6℃。冷卻水系統(tǒng)運行在“大流量小溫差”，同時冷卻水進水溫度超出設計值（32℃），必然導致主機運行能效低下。

⑷當天開啟三臺主機運行，冷卻泵、一、二次冷凍泵開啟相對應臺數(shù)，12 臺冷卻塔全部啟動，冷卻塔出水溫度35.3℃，冷卻效果較差，冷幅達9℃以上。

⑸除二次冷凍泵有安裝變頻器外，所有水泵沒有變頻控制，同時二次冷凍泵由于機房控制系統(tǒng)不能使用，同樣運行在工頻狀態(tài)。

⑹根據(jù)運營方提供2015 年10 月至2016 年10 月的用能計量數(shù)據(jù)，計算出空調(diào)機房綜合能效值≦3.23。

⑺運行功率，無法滿負荷運行，不能優(yōu)生運行節(jié)能變頻主機，需優(yōu)生運行工頻主機，否則會導致供電線路跳閘保護，主機供電線路線損嚴重。

⑻其中一臺主機大修后的設備，只能維持運行，無法保障修復原設備效率。

1.3 空調(diào)冷卻水系統(tǒng)現(xiàn)狀

⑴主機冷卻水進水溫度高達35.3℃，出水溫度37.8～38.9℃，溫差2.5～3.6℃。冷卻水系統(tǒng)運行在“大流量小溫差”，同時冷卻水進水溫度超出設計值（32℃），必然導致主機運行能效低下。

⑵當天開啟三臺主機運行，冷卻泵、一、二次冷凍泵開啟相對應臺數(shù)，12 臺冷卻塔全部啟動，冷卻塔出水溫度35.3℃，冷卻效果較差，冷幅達9℃以上。

⑶由于冷卻水塔管道布置及運維管理等原因，導致冷卻水流經(jīng)冷卻塔過程中水流嚴重不平衡，多數(shù)冷卻塔流經(jīng)的冷卻水流量很小，淋水密度大大降低，從而使冷卻調(diào)料很大部分已經(jīng)損壞，嚴重影響冷卻效果[1]。

1.4 空調(diào)系統(tǒng)（末端）現(xiàn)狀

醫(yī)院中央空調(diào)機房系統(tǒng)，供冷區(qū)域：病房樓、手術室ICU、醫(yī)療區(qū)、門診樓、醫(yī)療主街大樓、后勤大樓、行政大樓、體育館、藥學大樓。末端基本采用風機盤+新風機、空調(diào)機組的模式供冷。

總末端臺數(shù)2822 臺（不含手術室、ICU），其中風機盤管2650 臺，設備冷量占50%；新風機114 臺，設備冷量占27%；空調(diào)風柜58 臺，設備冷量占19%；手術室、ICU16 臺組合風柜，設備冷量占4%。

風機盤管采用傳統(tǒng)啟停控制方式，不能跟隨負荷變化來自動調(diào)整冷量輸出。同時新風系統(tǒng)不能根據(jù)室外溫度來自動開啟[2]。

2 改造方案

2.1 主機側改造方案

2.1.1 增加空調(diào)機房系統(tǒng)能效分析評定系統(tǒng)

空調(diào)機房系統(tǒng)能效分析評定系統(tǒng)的作用為：

⑴能效儀為管理人員提供準確的運行數(shù)據(jù)，知道能源消耗在什么地方，針對不合理耗能的設備進行分析，及時進行設備維護或?qū)υO備進行改造。

⑵能效儀可以為保養(yǎng)工作提供準確的保養(yǎng)時間，提醒工作人員對相關設備進行保養(yǎng)，減少設備在低效率工況的工作時間，這樣同時也提高了設備的使用壽命和效率。

⑶為節(jié)能降耗提供科學的、公正的評測依據(jù)，在改造之前分析改造的要點，在改造之后評測改造的效果，讓管理人員清晰、準確的掌握中央空調(diào)系統(tǒng)的運行效率。

通過分析歷史報表，提供專業(yè)的分析報告和節(jié)能建議，持續(xù)的改善中央空調(diào)機房的運行效率。

2.1.2 增加機房設備節(jié)能運行精準監(jiān)控系統(tǒng)

一套中央空調(diào)主機房設備高效運行精準監(jiān)控系統(tǒng)（系統(tǒng)中心服務器或工作站具有數(shù)據(jù)同步跟蹤的能力，采用同一套軟件進行管理。），與能效評測系統(tǒng)通過SCADA 上位機無間隙兼容，兩個系統(tǒng)相輔相成：機房高效運行精準監(jiān)控系統(tǒng)在為末端系統(tǒng)提供相對應負荷的需求輸出，保證輸出的冷（熱）量不浪費、不短缺，達到末端需求與機房的供給平衡，避免“大馬拉小車”的高耗能工況。

機房設備節(jié)能運行精準監(jiān)控系統(tǒng)的功能為：

⑴監(jiān)控設備運行狀態(tài)，遠程故障報警

監(jiān)控系統(tǒng)負責對機房的冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、電動閥、等相關設備的啟停、運行、故障及優(yōu)化控制，并保證整個系統(tǒng)在安全、可靠運行的基礎上，優(yōu)化控制機房設備運行工況，恒定整個中央空調(diào)系統(tǒng)在不同的輸出負荷時，均運行在高效值，提高空調(diào)系統(tǒng)的綜合運行COP 值[3]，提高管理水平，給用戶提供一個舒適、安全、可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境，以達到節(jié)約能源及運營成本的目的，營造出符合國家提倡的“節(jié)能減排”舉措。

⑵系統(tǒng)架構

系統(tǒng)組成架構以每一臺主機、冷卻水泵、冷卻塔、冷凍水為一組，配置一套智能控制柜，通過網(wǎng)絡與主策略控制柜通訊，每組智能控制柜能單獨控制運行，并接受主策略控制柜下發(fā)的優(yōu)化控制命令，上傳運行數(shù)據(jù)和故障報警信號。

現(xiàn)場控制器獨立通訊及自行操作，服務器或工作站停止工作不影響現(xiàn)場控制器的功能和設備運行。任何控制器故障時，能自動脫開網(wǎng)絡，不影響整個網(wǎng)絡的正常工作，并在中央工作站、操作站上及時進行報警并顯示，故障排除后能自動投入運行。

⑶保證建筑物內(nèi)環(huán)境的舒適性

根據(jù)建筑需求負荷，自動控制機房設備，實現(xiàn)最佳啟停/調(diào)節(jié)控制，保證建筑物內(nèi)環(huán)境的舒適性。

⑷提高設備管理人員的工作效率

對整個機房系統(tǒng)內(nèi)的設備進行監(jiān)控，從而保障機房各機電設備合理經(jīng)濟運行，及時進行故障報警和設備維護提醒，保證系統(tǒng)及設備安全、可靠運行，并提高設備管理人員的工作效率。

⑸節(jié)省能源

提供優(yōu)化的控制方案，控制機房相關設備耗能；實現(xiàn)機電設備安全、合理運行，降低機電設備運行費用并延長使用壽命，達到節(jié)省能源、降低運營成本的目的。

⑹實現(xiàn)物業(yè)管理現(xiàn)代化

通過對空調(diào)系統(tǒng)機電設備管理、監(jiān)視、設備操作、實時控制、統(tǒng)計分析及故障診斷等功能的自動化，為實現(xiàn)物業(yè)管理現(xiàn)代化奠定基礎，從而提高物業(yè)管理水平、降低人工成本，建立無人值守機房。

⑺控制策略要求

根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)負荷的變化，系統(tǒng)比較當前機組運行效率與優(yōu)化后的機組效率，確定是否需要更改機組，確保機組運行在最優(yōu)效率區(qū)間。系統(tǒng)應能手動/自動對正在運行的主機進行先卸載，加機后再恢復到正常運行狀態(tài)。系統(tǒng)應能根據(jù)冷凍水與冷卻水溫度的變化動態(tài)調(diào)整主機的最佳運行效率冷量范圍并依此進入加減機策略。

2.2 冷卻塔改造方案

⑴更換散熱填充物，提高散熱效率。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，冷卻水塔調(diào)料因為運行時間長，管道布置欠佳，導致冷卻調(diào)料破損相當嚴重，嚴重影響了主機的正常運行，導致主機能耗大大增加。本次節(jié)能改造將對冷水水塔調(diào)料進行整體更換。

⑵優(yōu)化管道，實現(xiàn)平衡出水，提高散熱效率。

因為原有管道設計欠佳，同時運維不善，導致冷卻水淋水密度遠遠低于設計值，也嚴重影響了冷卻水塔的熱效率。本次節(jié)能改造，將對冷卻水塔的管線進行改造，使淋水密度達到設計要求。

2.3 末端側改造方案

在整個建筑物內(nèi)暖通空調(diào)系統(tǒng)的運轉是隨著建筑物內(nèi)的冷負荷，以變化的冷凍水水溫和流量的方式傳遞到冷源系統(tǒng)，最終表現(xiàn)在冷凍機的負荷上；因此末端環(huán)境對冷源（熱源）的需求量直接聯(lián)動著影響冷凍水泵的負荷。

然而冷凍機所需輸出功率大小的依據(jù)，卻取決于出、回水溫度的高低，如果末端的精準變流量溫度控制系統(tǒng)，能將環(huán)境溫度控制得很精準，不會浪費冷源。因此回水溫度才會降低，回水溫度越低，出水的溫度就越低，因此冷凍機就不需要做太大的功率輸出；聯(lián)動著冷卻水系統(tǒng)的水泵、水塔電機及冷凍水泵、區(qū)域水泵都可以達到卸載的節(jié)能效益。

暖通空調(diào)系統(tǒng)中浪費能耗最大的源頭是環(huán)境溫度的設定與控制。根據(jù)國家能源部的資料報告：空調(diào)環(huán)境在24～28℃之間，環(huán)境溫度每升高一度就可以節(jié)省系統(tǒng)6%的能源，因此在2006 年6 月中央政府明文規(guī)定政府機關及公共場所的空調(diào)環(huán)境溫度必須設定在26℃的恒溫或是 (26±0.5)℃（夏天制冷26℃；冬天制熱20℃）。要達到把環(huán)境溫度設定在26℃，又可以讓環(huán)境中的人感到舒適的先決條件：精準變流量溫度控制系統(tǒng)必須有能力將環(huán)境溫度控制在26℃的恒溫或是(26±0.5)℃。這樣的控溫精度對于現(xiàn)在一般機械式（雙金屬片的溫度傳感器）或是感溫器設置在操作面板上的傳統(tǒng)溫控器所不能達到的，這是因為：

⑴變壓器工作溫度高達45℃會影響溫度傳感器的感溫；

⑵感溫器置放的位置在墻邊上，屬于回風死角，無法感測精準的室內(nèi)溫度。 這些傳統(tǒng)的溫控器對環(huán)境溫度的控制精度大約在±2℃以上，也就是說當設定溫度為26℃時，環(huán)境溫度可能會在24～28℃（甚至更大）的范圍內(nèi)變化，因此以往一般空調(diào)溫度會常常設定在23℃（很多項目用的老式的機械式溫控器，經(jīng)常設定在20℃以下）就不足為奇了，這樣惡性循環(huán)所浪費能源的代價就非常的大。

因此暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能問題就不是以往光從大型設備著手改善節(jié)能措施就能完全解決，最終的方向還是必須經(jīng)由末端環(huán)境的節(jié)能一起規(guī)劃才是最根本的解決方案。

3 經(jīng)濟效益分析

⑴主機側節(jié)能效益。根據(jù)運營方提供2014 年至2017 年07 月的用能計量數(shù)據(jù)，計算出空調(diào)機房綜合能效值≦3.23?？照{(diào)機房綜合能效設計值約4.1，通過以上節(jié)能改造措施后，實現(xiàn)綜合運行能效值提升到4.3，節(jié)能33%。根據(jù)2014-2016 年空調(diào)平均電耗8486MWh，每年節(jié)能量大約為2800MWh。

⑵末端側節(jié)能效益（二期實施）。增加末端控制系統(tǒng)可以節(jié)省整體空調(diào)能耗的15%，每年大約節(jié)約電量為852MWh。

4 結語

通過對醫(yī)院中央空調(diào)使用現(xiàn)狀進行分析，根據(jù)空調(diào)現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，從更換高效節(jié)能變頻主機、更換供電線路、優(yōu)化水泵配置、增加機房流量等方面擬定相應的改造方案，本次改造預期可以將運行能效值提升到4.3，節(jié)能量達到33%，每年節(jié)能量約為2800MWh。