中央空调节能方案

中央空调系统的节能方案探讨

中央空调系统的节能方案探讨

1. 影啊空调系统能源消耗的关键因素

随着国民经济的发展、人民生活水平的提高，空调应用日益广泛、普及，空调用电占总用电总量的比例在不断上升，空调能耗已占总能耗20％左右，因而空调节能意义巨大。同时，在空调系统的设计及设备选型中均以最大负荷作为设计工况，而实际运行中空调负荷则随多种因素而变化，最小时甚至还不到设计负荷的10％ ，存在很大的能源浪费现象。因此，空调系统如何适应在低负荷下高效节能运行及在系统设计中对设备进行节能选配就成为空调节能的关键。

2. 系统的节能运行方案

空调系统的节能主要可从以下几个方面考虑：系统的选择、设备的选配及系统的运行管理。

2.1 系统的选择

首先，在空调系统设计之初选定空调方案(系统方式)时，即应将节能作为重要依据之一。中央空调能耗一般包括三部分：空调冷热源；空调机组及末端设备；水或空气输送系统。这三部分能耗中，冷热源能耗约占总能耗的一半左右，是空调节能的主要内容。

2.1.1 采用冰蓄能系统

冰蓄冷技术是利用峰谷电价的差别将用电高峰时的空调负荷转移到电价较为便宜的夜间，从而节约运行费用。

对于传统的冰蓄能系统，主机所耗的总能量变化不大，因而可节约运行费用但不节能；如采用再冷式冰蓄能系统则因采用了新型的冰剥离法，而减少了剥离能耗，即可节约运行费用又可节能。采用冰蓄能系统时，具体地有下面几种方案可供选择：

“全部蓄能系统”：当电价在峰、谷时段里有差别时，可将全部负荷转移到廉价电费的时间里运行。这种方式常用于改建工程，它可利用原有的冷水机组，只需加设蓄冷设备和有关的辅助装置；这种方式也适用于需要瞬时大量释冷的特殊建筑物，如体育馆建筑物等。

“部分蓄能系统”：冷水机组连续运行，它在夜间用来制冷蓄能，在白天利用蓄存的制冷量为建筑物提供制冷。将运行时数从14 h扩展到24 h，可以得到最低的平均负荷。需电量费用大大地减少，而冷水机组的制冷能力也可减少50％ ～60％或者更多一些。在新建的建筑中，这是最实用的、投资有效的负荷管理方案。。

2.1.2 采用变风量系统，以减少空气输送系统的能耗

全空气空调系统设计的基本要求，是要确定向被空调房间输送的、经过一定处理的空气数量，用以吸收室内的余热和余湿，从而维持室内所需要的温、湿度。当室内余热值发生变化而又需要使室内温度保持不变时，可采用两种方法：

1.定风量：将送风量L固定，而改变送风温度；

2.变风量：将送风温度值固定，而改变进风量。

考虑到现代化楼宇的空凋要求，正从集中式控制向各个房间进行独立、个别控制的方面发展。变风量空调(VAV)控制系统可以克服定风量系统的诸多缺点，它可以根据各个房间温度要求的不同进行独立温度控制，通过改变送风量的办法，来满足不同房间(或区域)对负荷变化的需要。同时，采用变风量系统可以使空调系统输送的风量在建筑物中各个朝向的房间之间进行转移，解决一天中同-u,-t间

各朝向房间的负荷并不都处于最大值的问题，从而减少系统的总设计风量。这样，空调设备的容量也可以减小，既可节省设备费的投资，也进一步降低了系统的运行能耗。有资料显示，采用变风量系统可节省能源达到30％ ，并可同时提高环境的舒适性。该系统最适合应用于楼层空间大而且房间多的建筑。尤其是办公楼，更能发挥其操作简单、舒适、节能的效果。因此。变风量系统在运行中是一种节能的空调系统。

2.1.3 利用能量回收系统节能

在室内外温差较大的情况下，可在系统中增设热回收系统，可得到较为明显的节能效果。

2.1.4 根据国家能源政策、能耗指标和当地能源条件合理选择冷热源

在制冷机组的选用中.根据“提高电力在终端能源消耗中的比重，降低煤炭在一次能源中的比重，有效利用石油和天然气资源”的国家能源政策，鼓励采用电制冷机组，限制采用燃煤锅炉的产品。同时，可积极发展太阳能空凋与燃气空调(直燃机)、合理利用其他热源。

太阳能空调：建立在太阳能热水器应用的基础上的太阳能空调，可充分利用夏天的太阳能，具有很好的经济性。利用太阳能供冷与供热，不仅可以节省电力和常规能源，对环境保护尤其有重要意义。

燃气空调：燃气空调具有削减夏季电力高峰、填补夏季燃气低谷的益处，1996已成为我国中央空凋市场的主导产品。

土壤热源的有效利用： 目前我国南方地区空调系统主要用空气源热泵作为冷热源，由于其“室外机”受环境空气季节性温度变化规律的制约，夏季供冷负荷越大时对应的冷凝温度越高，从而主机能耗增大。与地面上环境空气相比，地下5rn以下全年土壤温度稳定且约等于年平均温度，可以分别在夏冬两季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度。所以从原理上讲，土壤是一种比环境空气更好的热泵系统的冷热源。土壤热源热泵的主要优点有：节能效果明显(可比空气源热泵系统节能约20％)；埋地换热器不需要除霜，减少了冬季除霜的能耗；由于土壤具有较好的蓄热性能，可与太阳能联用改善冬季运行条件；埋地换热器在地下静态的吸放热，可减小空调系统对地面空气的热污染及噪音污染。水源热泵系统：水源热泵系统空调系统是一种水冷的整体式供冷、供热机组，可进行制冷、制热循环，因而是一种全年运行的空调设备。其制冷(热)性能受外界环境变化的影响较小，换热效率也高于空气热泵。水源热泵系统空调系统是一种极具特色的新新产品，具有不同于传统中央空调系统的诸多技术特点，是一个热回收和内部能量平衡的系统，尤其在过渡季其节能的效果非常显著。由于其设计安装简单、控制管理方便、总体造价较低，故目前常用于住宅小区。

2.1.5 热电冷三联供(CCHP)系统

这是一项较适合我国国情的、利国利民的系统工程，但在我国尚处于研究和建设的初步阶段，还有许多相关的政策的技术问题有待深入研究。

2.2 空调系统设计中的设备节能选配方案

2.2.1 离心式冷水机组的选择

在空调系统的设计中，主张选用高能效制冷机，但也反对盲目追求能效。实际采用方法应结合中国当前经济发展水平、采用系统法选用高效离心式制冷机的方法。

工况差异对蒸气压缩式水冷冷水机组满负荷效率存在很大的影响。故在选用冷水机组时，必须重视工况不同对冷水机组性能产生的影响，考虑并满足中国气候和

水质条件的要求，以保证机组长期高效可*运行。

2.2.2 末端设备

国产风机盘管从总体水平看与国外同类产品相比差不多，但与国外先进水平比较，主要差距是耗电量、盘管重量和噪声方面。因此设计中一定注意选用重量轻、单位风机功率供冷(热)量大的机组。空调机组应该选用机组风机风量、风压匹配合理，漏风量少，空气输送系数大的机组。

2.2.3 冷冻水泵

在一般公共和民用建筑中空调水系统的能耗约占空调总能耗的15％ ～20％ 。因此，空调水系统的节能也具有十分重要的意义。水系统节能除了重视水系统设计，认真进行水系统各环路的设计计算，并采取相应措施保证各环路水力平衡外，采用变频调速水泵进行变流量运行，或采用冬、夏两用双速水泵是两种较为有效的节能措施。

有资料表明，空调水系统采用变流量运行具有很大的节能潜力，变频器投资在1～2年内即可收回。

冷却水泵变速驱动和风机起停控制是两种较为有效的节能运行方式。

2.3 系统运行过程中的节能

2.3.1 加强中央空调的运行管理，采用一定的计量方法

在空调能耗中，有很大一部分是由于管理不善而引起的。各项调节和节能措施的实施，亦与操作人员的技术素质直接相关。故应加强对空调操作人员的培训，提高管理人员素质，实行空调操作人员操作证制度。另外，集中空调实行计量收费，是建筑节能的一项基本措施。目前在欧美等国热量计量已是成熟的技术，据国外调查资料表明：实行集中空调计量收费后，其节能率在8％ ～l5％ 。

我国在计量方面也已取得了一定的成就。

2.3.2 通过控制设备进行调节控制

随着用能计量收费体制的改革，室内空调系统装配温控阀后整个空调系统如何正确配备控制设备是非常重要的。

每一个有效节能的空调系统都应配置相应的调节控制设备，如自力式流量控制阀、压差控制阀、温度控制阀等等。在控制模式上需根据建筑物的具体功能、气候条件、使用状况等灵活处理，无统一的模式可循。如：①年运行管理问题，主要应考虑过渡季节的运行：室外新风的利用、新风量的确定等；② 日运行管理问题，主要应考虑随室外温度的变化采取不同的日节能运行模式，这可采用合理的自控系统及一定的手动调节装置来实现；③建筑预冷预热时间的合理选择。建筑预冷预热时间的选择将直接影响冷热设备的大小，从而影响初期投资。特别是对于大空间的体育场馆等蓄热量较大的建筑，如何做到既不影响正常使用，又能实现节能或节约投资，预冷预热时间的合理选择是关键。

2.4 利用建筑构造实现节能

如有条件，可在制定建筑方案阶段就有暖通专业人员参与，保证在不对建筑方案造成较大影响的前提下在建筑构造方面充分体现节能的要求、满足节能的需要。

2.4.1 合理控制窗墙比、对外墙及屋顶的导热系数等提

出具体要求通过外窗的耗热量占建筑物总耗热量的35％ 一45％ 。故在进行前期建筑设计时，在保证室内采光的前提下，合理确定窗墙比将十分重要。

2.4.2 提高门窗的气密性

有资料表明，房间换气次数由0.8 h-1降到0.5 h-1，建筑物的耗冷可降低8％左右，因此设计中应采用密闭性良好的门窗。加设密闭条是提高门窗气密性的重要

手段之一。

2.4.3 使用环保、节能型建筑材料

使用环保、节能型建筑材料，可有效减少通过围护结构的传热这一主要的空调负荷，从而各主要设备的容量，达到显著的节能效果。当然，这可能会在一定程度上增大初期投资，这可通过合理的技术经济比较后确定。

2.4.4 “冷屋顶”节能

“冷屋顶”(cool roofs)指具有高El射反射率的屋顶，通过在普通屋顶表面涂上浅色的、高反射率的屋顶，通过在普通屋顶的日射反射率，减少太阳热量的吸收，从而达到减少空调冷负荷、节约空调能耗的目的。

采用“冷屋顶”节能可使空调负荷减少约10％-50％ 。

3. 结束语

节能和环保是实现可持续发展的关键。空调领域作为一用能大户，其能耗已占总能耗的20％左右，故节能意义十分巨大。而从可持续发展理论出发，空调系统如何适应在低负荷下高效节能运行及在系统设计中对设备进行节能选配就成为空调节能的关键，这对于节约能源、降低运行费用、促进国民经济发展具有十分重要的意义。作为一个暖通专业的工作者，在空调系统的设计、管理过程中，均应将对节能降消问题引起足够的重视，在各个环节中均应积极地争取挽回所有可能挽回的能量。并将能源消耗作为衡量系统优劣的一项重要指标。

空调系统的节能可从以下几个方面进行考虑：系统的选择、设备的选配及系统的运行管理。具体节能方案应根据建筑物的结构、使用要求、环境条件等因素，通过广泛的调查研究后确定。只要各方共同努力，空调系统的节能降耗问题是不难解决的。

空调、供热水系统泵的节能

1 序言

根据全国第三次工业普查公布的统计数字，我国风机消耗压缩机类通用机械总装机容量为1.6亿kW，其中风机约为4900万kW，水泵约为1000万kW，年耗电3200亿kWh，占全国耗电总量约1/3，占工业用电量的40%，在国民经济中举足轻重，节能潜力很大。

北京合理用能评估中心在《北京地区公用建筑空调调查报告》中指出，1999年，北京市空调制冷的装机容量约为200×104Rt夏季空调及制冷用电量约占全市总用电量的15%～20%。其中冷冻水泵用电量约占电制冷机用电量的8%～12%，冷却水泵用电量约为12%～15%。预计北京市公用建筑每年增加空调制冷能力约50×104Rt，增加制冷空调电功率约40×104kW，其中泵电功率约5×104～6×104kW。上述数据表明水泵装机容量及年耗电量很大，与一些相关标准比较，差距较大，因此，节能潜力很大。

根据"三北"地区29个大、中城市锅炉供暖期实际能耗调查：单方实耗标准煤矿，最高64.9kg/m2，最低19 kg/m2;单方实耗电，最高5.6 kWh /m2，最低2.4 kWh /m2；单方实耗水最高0.34t/ m2,最低0.07 t/ m2。表1是北京市供热电耗指标。说明供热系统电耗较大，节电潜力很大。

电耗指标[kWh/( m2·a)] 表1 类别最低较低较高最高 分散锅炉房2.13～3.53.6～46

集中锅炉房3.74～4.54.6～57

《民用建筑节能设计标准》规定，供热系统中循环水泵的电功耗一般应控制在单

位建筑面积0.35～0.45W/m2的范围内，实际上约为0.5～0.6 W/m2,甚至高达0.6～0.9 W/m2。

以上数据表明，供热空调泵系统存在设计电功率容量偏大，运行耗电量较高的问题，而泵的电耗在空调供热系统能耗中占的比重也较大，设计泵电功率容量大要求增大发电容量，增大峰谷差；运行耗电量大意味着发电煤耗的增大和污染物排放量的增大；容量增大使初投资加大，运行电耗增大使耗电费增多，两者都提高了空调供热运行成本，加大了热（冷）费用和用户的负担。为此，必须了解空调供热泵容量和能耗增大的原因，探讨泵节能的方法，并从设计、运行和设备上提出改进的措施。

2 空调供热泵电耗在的原因分析

2．1 设计泵功率大的原因

从泵轴功率 可知，影响泵功率的主要因素是流量V(m3/min)，扬程H（m）和泵效率η(%)。

（1） 设计热（冷）负荷偏高，造成热（冷）水流量偏大。

从可知，设计热（冷）负荷Q和供回水温差Δt是计算流量的主要依据。

"三北"地区各城市，在以往的供热设计中，设计热指标值均较高。如沈阳市计热指标选用的平均值为88W/m2 [76kcal/(m2·h)]，而实测值约为52～58 W/m2

[45～50kcal/(m2·h)]；北京过去一般取70～81 W/m2 [60～70kcal/(m2·h)]，而实测值约为46～58 W/m2 [40～50kcal/(m2·h)]等。热负荷基数偏大，热水流量增大水泵选用偏大，增大了泵初投资，降低了泵运行效率，加大了运行成本，浪费了电能。

北京市宾馆类建筑设计单位面积冷负荷指标为90～130 W/m2 ，而实测值约为50～80 W/m2，制冷机配置容量过大，不仅增加了冷却水泵和冷冻水泵的流量（见表2）和电气导设备安装容量和造价，而且也会造成泵电气设备的闲置和系统的低效运行。

消耗设计流量与实际需要流量 表2 宾馆空调面积 （万m2）单位建筑面积设计冷冻水流量 [kg/(m2·h)]单位建筑面积实际冷冻水流量 [kg/(m2·h)]实际/设计 （%）

13.3221568

26.0241250

38.717953

43.5211152

(2) 扬程选择过高，造成选用泵偏大

供热系统设计时，二次网循环系统实际扬程一般约为150～300kPa，但水泵选型时，扬程值一般为400～600kPa，水泵电功率与扬程成正比关系，扬程偏高导致水泵电气容量增大。

空调系统的冷却泵和冷冻泵扬程选择过大也是一个非常普遍的问题。如果办公大楼，制冷量为355Rt，设计冷却水量为300t/h，扬程55m，但实测冷却水泵扬程约为20～25m，节流阀门消耗了34m，即冷却水泵的70%的能量消耗在阀门上。

（3）一些国产水泵属低效产品，新设计制造的泵或国外引进的泵，效率较高，一般效率提高10%～20%，电动机一般提高1%～5%。效率的提高往往是指其额定工作点的75%附近。但实际工况常常偏离高效率点，的以实际运行效率还

是较低。

2．2 泵运行耗电量大的原因

从热（冷）水泵运行期耗电量 可知，水泵轴功率和运行期延时小时数是影响泵运行耗电量大的主要原因，而泵的流量、扬程和运行效率又直接影响轴功率。

（1）大流量运行方式增大了泵的运行功率

为了解决热网水平失调带来的用户冷热不均的问题，许多供热系统采用了"大流量、小温差"的运行方式。如住宅间接供暖的二次循环水泵或直接供暖的一次水循环水泵流量，单位建筑供暖面积约为2～3kg/h，实际运行达到3～5kg/h，流量大，加大了泵的设计电功率容量；流量大，增加了泵的运行功率，降低了供、回水温差，温差从25℃降至5～10℃。住宅间接供暖的一次水循环水泵流量，单位建筑供暖面积约为1.3kg/h，实际为2～3kg/h。流量大使供、回水温差从设计值45℃降至于15～20℃，增加了泵的运行功率。

由于热（冷）水流量与水泵轴功率成三次方关系，流量的增加，将带来耗电量的增大。例如，一般建筑面积3.0万m2供热系统循环水泵的电功率约为15～30kW之间，若系统循环水量提高1.4倍，则消耗电功率提高2.74倍，达41～82kW。

（2）水泵运行在低效率区，增大了无效能耗

泵的工作点指的是运行时水泵的流量和扬程，它是由泵的性能曲线和水系统管网特性曲线两方面因素确定的点。

目前，泵运行时的流量和扬程比要求的大得多，消耗的功率也比预想的大得多。如图1所示，水泵工作点（Q2、H2）大于设计水量Q1、设计扬程H1，图中（Q1、H1）点是"理想状态"，水泵处于低效运行区，增大了无效运行范围。

图1 现有设备的运行状态

（3）定流量运行方式增大了水泵运行电耗

一般供热系统平均负荷率约为0.6～0.7。空调系统平均负荷率一般约为0.3～0.35，北京地区98%的时间负荷率均在70%以下。但水泵为恒速泵。为了适应负荷的变化，流量的调节依*阀门来实现，采用这种方法，如果要求把流量调至额定流量一半，Q1=（1/2）QH，系统的能耗大致与额定状况下的能耗（QH）相同。

图2表示通过调节供水侧阀门开度的方法调节水量。从图中可知，通过水量的调节减少了泵所耗功率，但，由于增加了泵的运行压力，又产生了新的无用运行范围。

图2 调节阀门改变流量

（4）并联运行方式增加了水泵运行电耗

"一机对一泵"的运行模式是供热空调水系统中一次泵普遍选用的运行模式。如图3所示，当相同特性的2台泵并联运行时，流量与扬程及耗电功率都增加了，变化的多少与管网的特性曲线有关，管网阻力越大时，流量、扬程增加的较少。

图3 相同特性泵的并联运行

（5）空调供热水系统一般采用一级泵系统，节电效果不明显。

空调供热水系统的冷（热）源要求定流量运行，末端设备要求变流量运行。一级泵系统的特点是利用一根旁通管来保持冷（热）源侧定流量，而让用户处于变流量运行，当用户负荷变化需水量减小时，部分冷冻水旁通，但这并不影响通过水

泵的总水量，水泵扬程也保持不变，所以其水泵耗电功率不变。

二级泵系统由两个环路组成，一次环路定流量运行，二次环路变流量运行，节电效益非常明显。

国内电动机拖动系统运行效率低，先进技术推广应用面窗，远不如国外经济发达国家。特别是国内的泵类系统中老产品、低效产品尚占50%以上，系统的平均运行效率约为40%～50%。

3 空调供热泵的节能

使空调供热泵能耗偏大的原因有设计造成的、运行形成的和泵本身等。因此，应从设计、运行和提高泵的性能等方面进行。

3．1 严格按照水输送系数的要求确定水泵的型号

建设部1986年批准颁布的《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》中规定的控制指标为：设计选用的水泵水输送系统WTF应大于、等于设计计算条件下（供、回水设计温度为95/70℃）的理论水输送系数（WTF）th的0.6倍，即WTF≥0.6(WTF)th。

水输送系数的定义是：循环水泵单位电耗（1kWh）所能输送出的热媒供热量。 设计水输送系数 ：全日设计供热量：Nq：全日水泵输送热媒的设计耗电量。 设计条件下的理论水输送系数（WTF）th见表3。

0.6(WTF)th 表3 ∑L(m)[***********]0014001600

0.6(WTF)th[***********]189179

∑L(m)[***********]0028003000

0.6(WTF)th[***********]129

按上述标准，一个约9.0万m2供热系统的循环水泵的轴功率不得超过32kW。

3．2 采用先进的泵的性能调节方法

（1）传统的泵性能调节方法

以往，采用改变叶轮外径或采用减速机改变转速等方法来改变泵的性能，表4为泵性能改变的情况。

泵性能的改变 表4 叶轮外径转速水量扬程轴功率

性 能DNQHP

叶轮外径加工D′NQ×(D′/D)2H×(D′/D)2P×(D′/D)4

调节转速DN′Q×(N′/N)2H×(N′/N)2P×(N′/N)3

从表4可知，理论上泵的性能调节是非常简单的，但，实际上尚存在许多问题，例如，在改变叶轮外径时，可能出现的问题：

1）必须拆下叶轮，停泵时间较长；

2）叶轮可能出现重量不平衡，产生异常振动；

3）加工量大时，泵的效率下降，甚至产生噪声；

（2）当需要增加负荷时，则不能恢复到原来的性能。

设置减速机时，必须修改基础。

（3）变频器的应用

多年来已经研制出多种交流电动机调速装置，如定子调压调速、变极调速、滑差调速、电磁耦合器调速、串级调整、整流子电机调速和液力耦合器调速等。但上

述调速方式仍存在调速范围窄等缺点。随着电力电子技术、微电子技术及控制理论的发展，作为交流调速中心的变频调速技术得到了显著的发展。这种调速方式具有节能，调速范围大（从1：00～1：1000），易于实现正、反转切换，起动电流小和结构简单、运行安全可*的优点。

我国变频调速装置的市场售价是800～1500元/kW，大致是被控制调速的电动机自身价格的8～12倍，投资回收期短，一般为1～2年。

变频调速系统中交流电动机和变频调速装置的发展，随着技术水平的提高，当前国内外都在开展诸如变频调速专用异步电动机这类的高效运行电动机的研究，使电动机适应驱动装置的特点，因此电动机的功率密度可提高20%，功率因数可提高5个百分点，平均效率可提高3%。随着电力电子技术、计算机技术、控制技术的发展，变频器的功能、性能得到了很大的提高。根据其性能及控制方式可分为：通用型、多功能型、高性能型，其控制方式也依次为v/f控制、电压型PWM控制、矢量控制等。

图4表示的是泵的运行时间较长、出力较大的循环泵的性能，泵出口口径100mm，4极单吸离心泵，轴功率15kW，运行时间24h×355日，配管阻力约为扬程的50%。采用变频调速运行方式后，计算节电量约为47%。实际运行时的节电量也能达到35%。见表5。

图4 节能效果

节电量计算值 表5 流量（L/min） 表示设计流量的百分比转速比轴功率 （kW）耗电量 （kWh/年）节约电量 (kWh/年） 现状流量现状阀门开度（全开）1850(1.23)1.013.51150000

设计流量运行点1500(1.00)0.817.[1**********]

改变流量时-10%1350(0.9)0.735.[1**********]

-20%1200(0.8)0.653.[1**********]

-30%1050(0.7)0.572.[1**********]

3.3 强化管理，实施泵系统的经济运行和节能运行

（1）管理标准：中华人民共和国国家标准《泵类系统电能平衡的测试与计算法》（GB/T 13468）。《工业用离心泵、混流泵、轴流泵与旋涡泵系统经济运行》（GB/T 13469-92）。

（2） 测试系统图（5）

（3）测试项目与内容：包括泵系统输入电能和有功功率；电动机输出能量、功率和运行效率；机械传动机械和调速装置的能量损耗和传动效率；泵输入能量和功率；泵输出的能量、有效功率和运行功率；机组运行效率、电能利用率；系统管网的能量损耗和效率；泵系统运行效率、电能利用率。

（4）系统经济运行和节能运行的技术要求：包括系统的机组设备必须达到选型优化、匹配合理；交流电动机的选型必须符合GB 12497的要求；泵的选型要求；管网设置要求和系统运行要求等。

（5）系统经济运行的判别与评价（见表6）

图5 测试系统图

系统经济运行判别与评价① 表6 比较内容对现有机组设备 的判别指标对现有机组设备 的差别指标对管网的判

别指标对系统运行 的判别指标

现有机组额定效率÷节能型产品机组额定效率×100现有机组实测电有利用率÷现有机组额定电能利用率×100管网电能利用率÷管网额定电能利用率×100实际单位电耗÷电耗定额×100

优良>90>85>80>100

合格≥80～90≥70～85≥70～80=100

不合格100

① 摘自《供热节能国家标准行业标准汇编》

（6）系统经济运行的管理。包括掌握与运行有关的工况因素，了解系统中机组管网是否经常处于经济运行状态；在泵机组和管网的有关部位安装流量、压力流量仪表，监视系统运行情况；建立运行日志和设备技术档案；建立系统运行操作规程、事故处理规程、用电考核制度、检测维修制度。

（7）系统经济运行、节能运行的技术措施

3．4 选用高效、可*、耐用、维修量少的水泵

有许多资料表明：水泵投资占公用建筑空调系统总投资的0.5%～1%，水泵电功率约为空调总电功率的15%～20%（约为5～6W/m2）而冷冻水泵的耗电量为空调系统总能耗的8%～12%，冷却水泵的耗电量约为12～15%。投资少、能耗大是水泵输送系统的特点，因此，即使稍微增加一些水泵投资，也应通过选用高效、可*、耐用的泵，降低运行电耗，提高运行效率。

同样，也有许多资料表明：水泵投资约占锅炉房供热系统总投资的4%，但在运行成本中，电费约为10%～15%。高效泵虽然价格稍贵些，但为了可*、安全供热，为了降低运行成本，从投入产出比上看，也是非常合理的。

4 小结

本文介绍了供热空调系统运行中存在水泵耗能量较大，运行效率较低的问题：初步分析了能耗较大的原因；提出了要从设计、先进调速方法、管理、设备等各方面采取相应措施、降低能耗、提高效率。由于水泵节能牵涉到设计、施工、运行和生产厂家等各个方面只有大家都重视，才能达到预计的节能目标。虽然，作者了解的情况不多，分析问题也不够，但写这篇文章的目的，主要是引起大家的重视。

中央空调节能方案

中央空调节能方案

1.1 节能改造的必要性

中央空调系统是一个庞大的设备群体,大量的统计结果表明,空调系统所消耗的电能，约占楼宇电耗的40—60%。就任何建筑物来说,选用空调系统都是按当地最热天气时所需的最大制冷量来选取择机型的,且留有 10%—15%的余量，各配套系统按最大负载量配置，这种选择不是最合理的。在组成空调系统的各种设备中，水泵所消耗的电能约占整个空调系统的四分之一左右。早期空调的水泵普

遍采用定流量工作，能源浪费非常严重。而实际运行时，中央空调的冷负荷总是在不断变化的，冷负荷变化时所需的冷媒水、冷却水的流量也不同，冷负荷大时所需的冷媒水、冷却水的流量也大，反之亦然。

而根据一项对中空调机组运行状态进行分析的权威调查显示，中空调机组90%的运行时间处于非满负荷运行状态。而冷冻水泵、冷却水泵以及风机在此90%的时间内仍处于100%的满负荷运行状态。这样就导致了“大流量小温差”的现象，使大量的电能白白浪费。

1.2 中央空调系统的构成及工作原理

中央空调系统主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和散热水塔组成，其系统结构如下图所示： 空调系统在实际运行时，随着时间不同、使用空间以及气温变化，绝大多数时间内，实际需要的冷负荷低于设计值，但冷却水泵由工频控制，处于100%的满负荷运行状态，浪费大量电能。

1.3改造方案工作原理

在原中央空调系统中增加温差控制器、变频器控制冷冻水泵及冷却水泵，其系统结构如下图所示,温差控制器对中央空调冷媒水、冷却水的进出口水温进行检测，并根据实际的温差值控制变频器调整冷却泵的工作状态（主要是转速），使系统冷媒流量跟随负荷的变化而同步变化，从而在确保中央空调系统能够满足人体对舒适度的要求的前提下，保证空调系统的能效率（COP值）总是处在最优化的节能运行状态，以此大幅度的降低系统能源消耗。温差控制器可以采用PID控制方式，使进出水温差控制在一个恒定值，也可以采用纯比例控制方式，冷却水泵的工作频率与温差成比例。这两种方案都能达到理想的节能效果。

图2控制原理图

1.4具体做法

贵公司现有空调主机3台，配有冷冻泵6台（每台4.5kw）,其中冷却泵各

有1台为备用泵,运行时冷冻泵和冷却泵各开1-2台不等(根据环境温度不同)。经

现场调查，可对此处进行节能改造，冷却泵各配1台变频节能器(共3台)，根据

以往经验及现场勘测结果，水泵系统节电率约在35％左右，由此可为贵公司节

省一大批电费开支,经济效益显著。

通过温度传感器、PID温差控制器及变频器对水泵进行调速，从而达到节

能的目的，同时又增加房间温度的舒适性。

1.5投资回报分析

冷冻泵及冷却泵功率均为4.5kw,由于开机运行1台不等,即冷却泵运行总功率

为4.5KW×3=13.5KW,以节电率40%计算：

改造前每小时耗电：13.5kw×1h×0.9=12.15(度)(功率负荷系数:0.9)

改造后每小时耗电：13.5kw×1h×（1-35%）=8.78(度)

每小时省电： 149度-97度=3.38(度)

每月节省费用（电价:0.9元/度）: 3.38度×12小时×30天×0.9元/度

=1095(元)

全年节省费用按开机12个月计：1095元×12=13141(元)

中央空调节能改造方案

作者：kemron

1.中央空调工作原理

中央空调系统主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和散热水塔

组成，其系统结构如:(图1所示)

制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，

冷冻水泵将冷冻水送到各风机风中的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。经蒸发

后制冷剂在冷凝器中释放出热量，与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵将带来热量的冷却

水泵到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大

气中去。

2.中央空调应用背景

中央空调系统是一个庞大的设备群体，大量的统计结果表明，空调系统所消耗的电能，约占楼宇电耗的40～60%。就任何建筑物来说，选用空调系统都是按当地最热天气时所需的最大制冷量来选取择机型的，且留有 10%～15%的余量，各配套系统按最大负载量配置，这种选择不是最合理的。在组成空调系统的各种设备中，水泵所消耗的电能约占整个空调系统的四分之一左右。早期空调的水泵普遍采用定流量工作，能源浪费非常严重。而实际运行时，中央空调的冷负荷总是在不断变化的，冷负荷变化时所需的冷媒水、冷却水的流量也不同，冷负荷大时所需的冷媒水、冷却水的流量也大，反之亦然。

我们根据中央空调机组运行状态的数据分析，中央空调机组90%的运行时间处于非满负荷运行状态。而冷冻水泵、冷却水泵以及风机在此90%的时间内仍处于100%的满负荷运行状态。这样就导致了“大流量小温差”的现象，使大量的电能白白浪费。

3. 中央空调节能原理

我们知道中央空调的水循环系统主要由冷却水泵和冷冻水泵组成。从水泵的工作原理可知：水泵流量与水泵（电机）转速的一次方成正比，水泵扬程与水泵（电机）转速的两次方成正比，水泵轴功率与水泵转速的三次方成正比（既水泵的轴功率与供电频率的三次方成正比）。根据上述原理可知只要改变水泵的转速就可改变水泵的功率。例如：将供电频率由50Hz降为45Hz，功率只有原来的72.9%。当系统频率在40Hz的时候，功率只有原来的51.2%。

科姆龙公司用于中央空调专用型变频器，通过温度专用接口，直接用来对冷媒水、冷却水的进出口水温进行检测（见图3）并根据实际的温差值控制变频器调整冷冻泵、冷却泵的工作状态（主要是转速），使系统冷媒流量跟随负荷的变化而同步变化，从而在确保中央空调系统能够满足人体对舒适度的要求的前提下，保证空调系统的能效率总是处在最优化的节能运行状态，以此大幅度的降低系统能源消耗。

综上所述，若能采用变频调速技术，当中央空调系统的冷却水泵和冷冻水泵的温差小时，就可降低电动机的转速，从而较大幅度减小电动机的运行功率，便可以实现节能的目的。

4.中央空调节能改造的优点

1)实现了低频低压的软启动，软停车，使运行更加平衡；

2)启动及加速过程冲击电流小，加速过程中最大启动电流不超过1.5倍额定电流，大大减小了对电网的冲击；

3)节能效果显著，据实测，在低速段节能明显，一般可达30%左右，降低运行成本；

4)延长水泵的使用寿命；

5)由于变频器属于高科技产品，因此保护功能强大，而且灵敏，对出现各种故障及时的保护，受更大的损失