【暖通知识分享】中央空调系统的设计要点与运行管理

中央空调系统的能耗情况

1.大型公建的特点

大型公建：体量大，单体建筑面积≥2万m2，多采用中央空调；

大型办公楼、宾馆、购物中心、机场、车站、娱乐中心等；

建筑特点：内部发热量大；无外墙的内区比例大；

能耗特点：采暖能耗低于一般建筑；耗电量远高于一般建筑；空调能耗占较大部分。

2.大型公建的能耗情况

高档办公楼、宾馆、大型购物中心、综合商厦、交通枢纽等,此类建筑在新建建筑中比例呈增加趋势，导致近几年我国大部分城镇夏季用电量急剧上升的主要原因之一；与发达国家能耗水平比较，与美国基本在同一水平，比日本城市高，节能水平远远差于西欧、北欧水平。

北京、上海大型公建的耗电量调查结果

大型公共建筑耗电量是住宅的10倍以上；

尽管面积总量不大，但其电耗占建筑总电耗的20～25%。

北京市大型公共建筑的参考用电指标 （单位：kWh/(m2.年)

空调系统能耗一般占建筑总能耗的40%~60%。

不同大型公建逐月平均单位面积电耗

3.大型公建的能耗高的主要原因

不合理的建筑设计产生的问题：大面积的玻璃幕墙，带来大量的太阳得热量，也导致冷负荷过高。不能开窗，不能自然通风，不良的室内空气质量，完全依赖空调，导致空调冷量过高；大量的无外窗空间或不与室外连接的内区，照明，通风高能耗。

中央空调系统不合理地设计与运行产生的问题：

1、不合理的空调系统结构

2、水泵不合理的空调系统结构、风机用电量过大；

3、各空间风量平衡设计不当，导致局部新风量过大；

4、不能充分利用室外低温冷却，冷机运行时间过长；

5、冷源配置不合理，导致相当多的时间低效运行。

中央空调系统运行管理问题：不合理的运行制度或运行方式导致空调系统运行时间过长。

大型公建的能耗高的主要原因：技术方案本身有问题；设计意图未能得到落实；设备安装及系统调试不合格；运行管理方法不科学。

4.大型公建的节能潜力

降低大型公共建筑能耗

新建大型公共建筑能耗为目前的40%；改善新建建筑的建筑设计；采用新的节能的机电系统。

改善管理：既有的大型公共建筑能耗降低30%；改进机电系统；改善管理。

中央空调系统的设计问题

中央空调系统的设计要点：

分区问题；冷热源设计问题；水系统设计问题；风系统设计问题；气流组织问题；控制系统问题。

分区问题：

负荷特性差异较大的房间应该分别设置空调系统

例如：大中型建筑物选制冷机的容量与台数时，应大小搭配，按过渡季节最小负荷选一台小制冷机，这样可以满足小负荷时机组节能高效运行。

不同房间的运行时间和室内热扰差异较大时，需要分区考虑，否则会“众口难调”。

例如：电视台，如演播室、中心设备机房、片库资料室的室内热扰不同，不分区容易出现一边冷、一边热的局面。

冷热源设计问题——选型过大

冷机选型偏大，长时间处于部分负荷工况运行。

水系统设计问题—冷却水泵选型过大

冷却水泵选型偏大，为防止电机烧毁，只能关小阀门；工况点严重偏离设计点，效率普遍为30％～50％。

需要扬程43m，选了70m的泵；改成闭式系统后，需要扬程23m，仍然选了40m的泵。

风系统设计问题

变风量风道设计采用了定风量方式

症状：近端房间风量过大，而远端房间风量不足，达不到设计要求。

原因：设计为变风量系统，但主送风道设计成长距离枝状渐缩风道，导致远近静压差太大。特别是近端需求风量小，远端需求风量多时，空气流速越到末端越高，静压更小。而近端VAV末端关到下限风量都偏大。

建议：采用环形风道或者不变径风道，利用复得的静压减少远近压差。

风系统设计问题—新风不足问题

现象：北京某商场，有中央空调和采暖系统，冬季采暖系统不用，室内仍然过热。

设计说明书上写明过渡季和冬季过热时可以增加新风百分比或者走全新风，但把新风阀门开到最大也无法增加新风百分比。

原因：新风道尺寸和风机压头是按照最小新风量设计的，无法再增加新风量。

室内气流组织问题

室内空间较大，上送上回送风时，冬季热风送不下来：

某银行，冬季上下温差达到16℃(13~29℃)。风口距地面有4.2米的高度，风口面积过大，而且采用上送上回的送风方式，导致了热风上浮。

夏季造成头部吹风感：某开放式空间办公楼；原设计采用条缝风口形成窗侧空气幕；结果造成窗前人员的吹风感。

系统控制设备问题：

存在的问题：

硬件先进，缺乏软件，自控变手控

BAS系统只测不控，久而久之测量功能也丧失了

BAS系统误操作，不节能反费能

空调设计人员只注重单点设计：没有提出详细的工艺要求，特别是工况转换以及如何进行阀的调节没有描述，比如，什么叫做过渡季？什么阀能够控什么参数？

中央空调系统的运行管理

不合理的运行方式

不能正确转换冷机运行状态，导致冷机长时间低效运行；

大多数时间输配系统实现“大流量，小温差”，造成输配系统耗电较大；

不适当的温湿度设定，“夏天太冷，冬天太热”，造成室内温度不均匀，舒适性较差；不能按照需求启停，不能有效利用过渡季节。

案例：首都大酒店运行管理与节能改造经验

2005年度建筑宾馆客房、裙房和写字楼耗电量统计

设备运行情况：冷冻站运行机组包括两台三菱直燃机和两台YORK离心机；

一台直燃机制冷量为150冷吨，另一台直燃机和两台离心机的制冷量都是250冷吨；每台冷机对应一台冷冻泵和一台冷却泵。

北京地区不同时段的电价政策

在不同的电价时段，冷机采用不同的运行策略将会产生不同的运行费用。

冷机采用不同运行策略的运行费用比较

7月5日－7月6日一天冷冻站运行费用分析

方案1：优先离心机

方案2：优先直燃机

谷电时段：优先开启离心机方案同比优先开启直燃机方案；

运行费：前者比后者每小时要节省36％的费用。

平电时段：优先开启离心机方案同比优先开启直燃机方案；

运行费：前者比后者每小时要节省16％的费用。

峰电时段：优先开启离心机方案同比优先开启直燃机方案；

运行费：离心机组主机部分高于直燃机组主机部分；

综合考虑冷冻泵、冷却泵和冷却塔的运行费用之后，前者比后者每小时要节省7％的费用。

改造方案：酒店冷机原来的运行策略：在电价的峰平时段，优先开启直燃机，在谷电时段优先开启离心机。

改造运行策略：无论何时都优先采用优先离心机方案，当负荷大于两台离心机时，再开启直燃机。

冷站部分全年运行费用

对无成本改造方案——应当落实

冷冻水输配系统改造：

现状与问题分析： 部分负荷下冷冻水的流量小，为保证楼内各路水路的均匀性，加开一台1＃泵（见下图），加大流量，以保证楼内各路冷冻水路的均匀性；原本一机配一泵，实际是一机多台泵配合运行；旁通混水现象； 运行中的冷机前后阀门没有完全打开。

改造方案：严格采用一机对一泵的运行方式，避免开一台机组开多台泵的情况；

将不开启的冷机前后的阀门关死，避免旁通的情况；

将开启的冷机前后的阀门全部打开，避免用阀门开度来强行减小水流量的情况。

实施一机一泵运行方式后结果：直燃机总的COP从0.83升高到0.91；总耗电量减少了37.9kW；每天可以节省910度电；每年可以节省电费3万元。

无成本改造方案——应当落实

冷却水系统改造

现状：冷却水系统共采用了五台冷却塔，两台小的冷却塔对应两台离心机，三台大的冷却塔对应三台直燃机；

每台冷却塔配备一台风扇。三台大的冷却塔之间有旁通管连接，两台小的同样也有旁通管连接。

问题：冷却塔维护不足，飘水损失严重；布水不匀，冷却水回水温度高，冷却塔效率低。

宴会厅空调箱改造：

空调系统采用全空气系统，问题如下：

• 过滤器或表冷器有堵塞的现象 ；
  
• 新风量过大将增加空调箱所需处理的新风负荷，增大能源消耗。
  

改造方案：

• 空调箱要定期清洗过滤器，以免因灰尘造成堵塞；
  
• 过渡季时空调箱的新风阀可以开大，夏季和冬季时要减小新风阀的开度，所送新风量满足宴会厅人员的需求即可。
  

节能效果：预计全年三台空调箱将省下3~4万元。

低成本改造——应当鼓励

空调系统改造经济性分析一览

无成本或低成本改造方案

此为50000平方米酒店，对于更大的酒店、办公楼、商场等高耗能建筑，无成本或低成本下的节能潜力将会更大。

中央空调系统的节能建议和措施

1、实行严格的新建公建建筑审批制度；

控制大型公共建筑建设项目；

控制既有公共建筑的大规模提高标准的改建项目；

控制超标准，豪华型住宅的建造。

2、对新建公建建筑实行严格的节能审查制度

包括对方案设计、施工设计的审查，对施工过程中的检查，及竣工时的节能验收。

逐渐形成和发展出建筑全过程能耗与性能监理咨询这种新的方式和社会服务行业。

对既有公建建筑：

3、加强现有无成本或低成本节能经验的总结和宣传；加强对中央空调系统运行人员的节能培训；

4、落实和鼓励无成本或低成本的节能技术改造或运行方案调整。