节能服务公司纷纷实施中央空调节能 实测效果显著
近期,多家节能服务公司实施了中央空调节能,为酒店、医院、车站、政府机构等用户进行节能,实测效果非常显著。这些节能服务公司大部分采取了最新的“中央空调及循环水智能控制”技术。
【中央空调能耗现状】
建筑能耗是一个国家总能耗的重要组成部分,约占全国总能耗的25%,其中建筑空调、采暖的能耗占全国的10%~15%。特别是公用建筑,其耗能约占建筑能耗的50%,且由于其公用性质,关系到国计民生,其能耗成本比较敏感,在提倡节能减排的今天,中央空调的节能问题日益受到重视。本文介绍节能服务公司在实施中央空调节能时需要考虑的因素。在公用建筑中,由于季节的变化,室内较热或者较冷,为了给人们提供较为舒适的环境,需要使用中央空调调节室内温度。随着国民经济的发展,建筑的大量兴建,公用建筑规模逐渐增大,中央空调的能耗也越来越大,不得不考虑节能问题。
在建筑的能耗中,中央空调占据一个非常重要的位置,能耗数量十分可观,以下是某公用建筑的能源消费构成:
由上图可见中央空调在公用建筑中几乎占据了一半的能源。其主要原因是中央空调涉及的室内空气的体积庞大,调节空气的温度所需的能源就比较多。
随着人们对生活质量的要求越来越高,以及全球变暖的趋势、恶劣天气的增多,对中央空调的运行需求将会增加。但另一方面,中央空调的能耗较大,且能源价格有上升趋势,使得业主的运行成本有逐年上升的趋势。这两者形成了一对矛盾,如何在保证舒适度和不降低服务品质的条件下降低中央空调的能耗,实现节能减排,确实是一个非常有价值的问题。并且中央空调分布范围极广,在城市化进程飞速进行的时代,探索中央空调的节能措施,珍惜能源,减少排放,不仅能够为业主带来经济效益,而且对于节能服务公司的发展和整个社会的进步将会有很大的现实意义。
中央空调一般由制冷机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、风机盘管、新风机、温控器等组成。中央空调的功能简单表示如下:
上图是中央空调的基本结构原理,中央空调可以用于制冷或者制热,但在某些地区可能只用于制冷,为了表述方便,我们统一称为“制冷”,并且以制冷为代表进行节能的分析。
在制冷时,室内的空气通过循环流动,将热量交换给风机盘管,并通过冷冻水泵携带到制冷机,制冷机再搬运热量,并传递到冷却水中,由冷却水泵携带到冷却塔,热量再通过冷却塔的散热作用传递到大气中去。
由于制冷作用,室内热量减少,变得凉爽;同时,自然界的热量又会通过建筑外墙传导、门和窗的辐射和对流等方式进入室内,最终进入室内的热量与室内自身产生的热量相加,称为热负荷。制冷系统带走的热量与热负荷之间达到平衡,室内温度维持恒定。
可见,中央空调的主要作用就是要抵消这些“热负荷”,为了实现这个目标,就需要机器运转,消耗能源。在中央空调的全部组成结构当中,各个部件分别耗费了一定的能源,具有一定的比例。以某公用建筑为例,中央空调各个部分消耗能源的比例如下:
由于设计时没有充分考虑节能、使用时没有引起重视、调节难度大、调节不及时等原因,中央空调在使用中经常存在能耗较高的问题,具体表现在:
(1)、“热负荷”未得到有效限制,导致工作负担重
由于建筑的封闭性能、隔热性能、管理方面的原因等,造成了环境中的热量能够大量进入建筑内部,使得“热负荷”增大,空调的负荷较重。另外,对于季节、气候、时段、人员数量等变量没有充分引起重视,粗放式供应,在较多的时间里出现了过度供应,使得工作负担加重,能耗过大。
(2)、制冷机效率不够高,能耗代价大
由于设计问题、匹配问题、维护问题等原因,使得制冷机的效率受到限制,同等能耗条件下制冷量下降,或者相同制冷量的条件下能耗上升,都会造成不必要的能源消耗。
(3)、循环输配系统失调,导致效果差且消耗能源较多
循环输配系统包括水泵、风机、冷却塔、盘管等,对于及时传递热量具有关键作用,当循环输配系统失调时,导致两个问题:传热不畅和循环量不匹配,最终的结果是循环输配系统的能耗过高,并且引起制冷主机效率的下降,造成浪费。由于上述原因,通常的中央空调系统一般都具有节能优化的空间,但是不同的中央空调的问题完全不同,都需要单独调查、对症下药。我们再将对中央空调的节能要点进行细化,并采用科技手段,实现中央空调的节能。
【中央空调节能方法】
中央空调系统最基本的目标是满足制冷的需要,为了满足这一目标,需要消耗能源作为代价。当我们考虑中央空调的节能时,就应该把制冷目标和能源成本结合起来考虑,在保证用户感受的同时,尽量降低能源成本。
为了分析中央空调系统在能源使用方面是否可以继续改进,我们不妨将中央空调各部分进行分解,从末端送风,一直到冷却塔,进行一个流程化的处理,并对各个环节单独进行讨论:
(1)冷冻水循环系统:冷冻水循环系统是为风机盘管输送合格的冷水,一般冷水出水温度为7℃,而回水温度是一个变化量。冷冻水的出水、回水温差是关键变量,合理的温差不仅能降低冷冻水泵的能耗,还能降低压缩机的能耗。一般的冷冻水不具备智能调节,没有根据季节变化调节供水量、水温、温差等特征参数,不能保证最佳的运行效率。我们可以在冷冻水循环系统上增加智能控制系统,根据环境温度、湿度变化进行实时调节,进行温度压力的最优控制。通过对用户日常运行情况的统计分析,智能系统对冷冻水泵进行控制,在保证用户正常需求长期运行的前提下,且使冷冻水温度和压力一直处于一个最佳的范围,减少冷冻水温度压力的不必要损耗,从而减少冷冻水泵的能耗,达到节能的目的。
(2)冷却水循环系统:冷却水系统是将系统的热量搬运到冷却塔的必要环节,冷却水的进、回温度和温差将明显影响压缩机的工作状态。一般地,当散热效果较好时,冷却水温度较低,压缩机的能耗将下降。一般的的冷却水是一种粗放式的运行,实际扬程与水泵的设计扬程相差较大,不在最佳效率区间运行。同时,水温、温差、流量等参数都没有进行合理的调节,存在明显的节能空间。冷却水系统对压缩机和冷却水泵的能耗影响较大,因此我们对冷却水泵增加智能控制系统,进行最佳温度控制,通过对相关信号的读取,对冷却水泵进行控制,使冷却水温度随外界环境改变而自行调节,一直处于一个最佳的状态,从而保证主机最大COP和空调整体的最大效率。
(3)末端风机盘管:末端风机盘管是空间的热量与制冷系统进行交换的部位,将直接决定本系统的热负荷。而一般的末端风机盘管是闭环运行,其运行方式与运行情况已达到合理控制,所以不对末端风机作进一步探讨。
(4)压缩机:本系统的压缩机缺乏智能控制系统,采用压缩机自身的调节功能很难达到理想的制冷效果,应通过确保冷冻水、冷却水的合理温度来确保压缩机的效果。一般而言,合理的冷冻水温度和冷却水温度都将降低压缩机的能耗。同时,也可采用了螺杆制冷机节电王对压缩机进行综合性控制,在不同天气、不同时段提供不同的冷冻水温度,压缩机处于不同的状态运行,从而降低压缩机的实际负荷,提高压缩机的能效比。
针对一般的情况,我们提出以下解决方案,对目前中央空调系统进行调控,以期达到最佳的节能效果,具体改造情况如下:
对目前运行的螺杆制冷机增加“压缩机节电王”,以对目前处于较低能效等级运行的制冷压缩进行智能控制,提高压缩机运行效率。
对目前运行的冷冻、冷却水循环系统增加北京时代科仪“循环水智能控制系统”,虽然目前冷冻、冷却水循环部分已经做了恒压控制,但是目前冷冻水温差只有1℃,冷冻水利用率较低,该循环部分存在节能空间,通过时代科仪循环水智能控制系统根据外界实际环境状况确定目前制冷压缩机冷冻水设定温度,并在显示屏上做出提示,实际操作人员可以根据该情况设定制冷压缩机水温,同时只能控制系统会合理控制冷冻水回水温度和冷却水温度在最佳值范围,以保证制冷量充分合理的利用。
综上所述,节能服务公司主要针对冷冻水、冷却水和制冷压缩机的调节和控制进行改进,建议增加相应的设备进行节能。
【投资回报分析】
对于任何节能工程而言,投资回报应在合理的范围,投资过小则不能发挥节能空间,投资过大则资金效益较低。本方案中推荐的设备已经是在充分发挥节能空间的基础上进行优化的结果,找到了降低能耗的关键环节,所用的设备是相对较小的,但具有“四两拨千斤”的效果,投资回报应较佳。
【节能效果测算】
设备安装运行正常之后,采取旁路运行一定小时数,并计算能耗基数,能耗基数为平均每小时耗电量。
采取节能运行一定小时数,并计算节能运行时平均每小时耗电量。
节电量定义为上述两者耗电量之差:
每小时节电量=旁路时平均每小时耗电量-节电时平均每小时耗电量;
节电率=(每小时节电量/旁路时平均每小时耗电量)×100% 。