基于商場(chǎng)中央空調(diào)冷源系統(tǒng)運(yùn)行能效優(yōu)化

韓鵬

【摘要】商場(chǎng)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展在城市中如雨后春筍般快速發(fā)展，但與此同時(shí)，商場(chǎng)數(shù)量和規(guī)模的不斷增大，商場(chǎng)中的能源消耗也與日俱增，其中，中央空調(diào)的能源消耗占據(jù)了總能源消耗的一半以上。于是，根據(jù)商場(chǎng)本身的特點(diǎn)，對(duì)商場(chǎng)中的中央空調(diào)系統(tǒng)的冷源系統(tǒng)進(jìn)行能效優(yōu)化，可以為商場(chǎng)節(jié)省大量的能源。本文通過(guò)結(jié)合某商場(chǎng)示例，對(duì)現(xiàn)運(yùn)行情況出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，并給出合理的優(yōu)化建議以供參考。

【關(guān)鍵詞】商場(chǎng)；中央空調(diào)冷源系統(tǒng)；運(yùn)行能效優(yōu)化；群體控制

一、引言

隨著空調(diào)的普及，其能源消耗量大的問(wèn)題也日益突出。在公共建筑中，中央空調(diào)更為常見(jiàn)，冷源系統(tǒng)作為中央空調(diào)系統(tǒng)消耗能源最大的部分，它并不能隨著建筑內(nèi)的動(dòng)態(tài)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，因此冷源系統(tǒng)的運(yùn)行效率也普遍偏低，會(huì)造成能源的浪費(fèi)。所以中央空調(diào)的節(jié)能問(wèn)題成為了亟待解決的首要問(wèn)題。解決冷源系統(tǒng)能耗大，提高其運(yùn)行效率，進(jìn)行能效優(yōu)化對(duì)于商場(chǎng)這類(lèi)大型公共建筑的運(yùn)行成本的控制有積極的意義。

二、中央空調(diào)冷源系統(tǒng)

中央空調(diào)冷源系統(tǒng)是向建筑內(nèi)制造冷空氣的設(shè)備，現(xiàn)下冷水機(jī)組一般作為中央空調(diào)的的冷源系統(tǒng)，有很明顯的幾個(gè)缺點(diǎn)：1）冷水機(jī)組與空調(diào)系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，電網(wǎng)負(fù)荷的波峰和波谷之間的差距增大；2）冷水機(jī)組按照最高的冷負(fù)荷設(shè)計(jì)，而空調(diào)本身的冷負(fù)荷是波動(dòng)的，所以當(dāng)空調(diào)的冷負(fù)荷很低時(shí)，冷水機(jī)組的運(yùn)行效率很低，浪費(fèi)能源情況嚴(yán)重?？梢允褂眯罾湓O(shè)備與空調(diào)的冷水機(jī)組一起使用，兩個(gè)裝置同時(shí)使用來(lái)作為空調(diào)的冷源系統(tǒng)。當(dāng)夜間氣溫較低時(shí)，冷水機(jī)組在制冷的同時(shí)蓄冷設(shè)備將制得的冷量存貯，而當(dāng)在需要開(kāi)啟空的白天，蓄冷設(shè)備可以將黑夜所存貯的冷量釋放，在白天可以代替冷水機(jī)組的運(yùn)行，這樣可以降低資源的消耗，還可以規(guī)避白天的用電高峰期。中央空調(diào)系統(tǒng)的冷源系統(tǒng)可以采用以下幾種設(shè)備配合方式：

1.普通的單獨(dú)冷水機(jī)組

在當(dāng)前的大部分公共建筑內(nèi)的中央空調(diào)都采用的是這種冷源系統(tǒng)，它的缺點(diǎn)十分明顯，已在前面討論過(guò)就是浪費(fèi)能源，而優(yōu)勢(shì)就是相比于其他新興技術(shù)更加的成熟，更加節(jié)省空間。

2.冷量由蓄冷設(shè)備和冷水機(jī)組共同提供

該方式也是在前面討論過(guò)的，其特點(diǎn)就是冷水機(jī)組避開(kāi)用電高峰期，在夜間制冷，蓄冷設(shè)備存儲(chǔ)冷量，在白天需要空調(diào)開(kāi)啟是，冷水機(jī)組和蓄冷設(shè)備一起供冷，但同時(shí)又以冷水機(jī)組為優(yōu)先供冷的設(shè)備，蓄冷設(shè)備作為補(bǔ)充，超出冷水機(jī)組的冷量由蓄冷設(shè)備提供。這種方式一般用來(lái)降低冷水機(jī)組的負(fù)荷最大值，冷水機(jī)組相比于一般的冷水機(jī)組規(guī)模更小，從而節(jié)省該項(xiàng)工程在最初的投資。

3.冷量全部由蓄冷設(shè)備提供

這種方式相較于前一種更加徹底，冷水機(jī)組只在黑夜制冷，并由蓄冷設(shè)備存儲(chǔ)所有的冷量，在白天空調(diào)運(yùn)行時(shí)，蓄冷設(shè)備供冷而冷水機(jī)組不工作，該項(xiàng)方案是蓄冷設(shè)備的優(yōu)先級(jí)更高，一般是在冷水機(jī)組制冷的消耗高于蓄冷設(shè)備的消耗，在電網(wǎng)處于波谷時(shí)用電可以在很大程度上節(jié)省能源的消耗，減少成本。

三、冷源系統(tǒng)可行的節(jié)能方案

當(dāng)前，中央空調(diào)的冷源系統(tǒng)在節(jié)省能耗時(shí)一般采用的自動(dòng)群控的控制方式，換句話(huà)說(shuō)，就是利用特定的數(shù)字控制器和冷水機(jī)組進(jìn)行信息交互，依據(jù)實(shí)際的當(dāng)前負(fù)載以及其他等來(lái)控制冷水機(jī)組的運(yùn)行與否，其他的一些輔助裝置也有直接的數(shù)字控制器來(lái)一起控制。

1.根據(jù)負(fù)荷和供回水溫差控制機(jī)組數(shù)量

當(dāng)許多臺(tái)冷水機(jī)組并聯(lián)在一起同時(shí)運(yùn)行時(shí)，最主要的節(jié)能方案就是要盡可能的使冷水機(jī)組保持滿(mǎn)負(fù)荷量的狀態(tài)運(yùn)行，這就是對(duì)于冷水機(jī)組的數(shù)量控制，也是前面提到的群控的重點(diǎn)。

下面的圖一是對(duì)冷水機(jī)組數(shù)量控制的方案。該方案的中心思路是使冷水機(jī)組的制冷量與用戶(hù)所需的冷量相匹配。所以，想要采用這種方案，必須在使用前實(shí)際的測(cè)量出用戶(hù)所需的冷量來(lái)確定所需的冷水機(jī)組的數(shù)量。

當(dāng)前比較常用的控制機(jī)組數(shù)量的方法有：測(cè)量負(fù)荷法、測(cè)量負(fù)荷以及供水和回水的溫差法、測(cè)量負(fù)荷和供冷水溫度再設(shè)等。第二種方法（具體見(jiàn)圖一）應(yīng)該是最為合適的，它測(cè)量了負(fù)荷并了解到供回水之間的溫度差，更能具體的體現(xiàn)出用戶(hù)對(duì)中央空調(diào)冷量的需求，用它來(lái)作為控制機(jī)組數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)。圖中的頭機(jī)指的是每一天第一臺(tái)啟動(dòng)的冷水機(jī)組，△t1、△t2和機(jī)組的負(fù)荷的確定可以由商場(chǎng)內(nèi)的具體情況來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母膭?dòng)。值得一提的是，其中供回水溫差指的是每個(gè)冷水機(jī)組的供回水溫差，而并非是總水管的供回水溫差，這樣做的原因是其他并聯(lián)的未啟動(dòng)的冷水機(jī)組并不會(huì)對(duì)公會(huì)水溫度的測(cè)量產(chǎn)生誤差，同時(shí)也能減少由冷水機(jī)組到總水管時(shí)水的能量損失，這樣能讓數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確說(shuō)明問(wèn)題。

2.利用機(jī)組信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行控制

圖二所示的控制流程圖中與一般的控制流程圖的最大區(qū)別就是關(guān)閉電動(dòng)蝶閥這一步驟放置在了停止水泵步驟之后。這樣做的主要原因是在空調(diào)運(yùn)行的實(shí)際過(guò)程中，先停止冷卻水泵再關(guān)閉電動(dòng)蝶閥，能起到保護(hù)電動(dòng)蝶閥并且避免對(duì)管道造成很大壓力的作用。在并聯(lián)的多臺(tái)冷水機(jī)組同時(shí)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)按照順序依據(jù)冷水出水溫度依次對(duì)每臺(tái)機(jī)組調(diào)整負(fù)荷冷水出水溫度，其中的一臺(tái)機(jī)組的冷水出水溫度調(diào)試到合適值的時(shí)候，應(yīng)給予該主機(jī)一個(gè)間歇停止工作的時(shí)間，若在該時(shí)段內(nèi)負(fù)荷一直保持較小的狀態(tài)，則不用再開(kāi)啟這臺(tái)機(jī)組，同時(shí)可以通過(guò)機(jī)組的關(guān)閉信號(hào)，在有一段延遲后，控制關(guān)閉水泵等輔助設(shè)備以及關(guān)閉電動(dòng)蝶閥。如果一臺(tái)冷水機(jī)組由于設(shè)備問(wèn)題而導(dǎo)致停止工作時(shí)，要考慮到的第一個(gè)問(wèn)題就是設(shè)備可能因?yàn)榈蜏爻^(guò)允許值而導(dǎo)致停機(jī)，這種情況下，出于保護(hù)蒸發(fā)器的緣故，水泵不會(huì)停止工作，不是因?yàn)樵搯?wèn)題而出現(xiàn)故障的話(huà)，配套的水泵等設(shè)備也會(huì)停工。與前面只控制機(jī)組數(shù)量的方案相比，該方案還考慮到水泵等設(shè)備，更加周到，不僅節(jié)省能源還能保護(hù)整體的系統(tǒng)。

四、具體案例分析

1.案例概述

下面根據(jù)某商場(chǎng)的中央空調(diào)系統(tǒng)的具體情況討論具體的能效優(yōu)化方案。某商場(chǎng)的中央空調(diào)冷源系統(tǒng)采用三臺(tái)冷水機(jī)組進(jìn)行供冷，機(jī)組的具體情況為電制冷機(jī)組、冷凍水泵系統(tǒng)、冷卻水泵系統(tǒng)各三套，電制冷機(jī)組為離心式冷水機(jī)組，設(shè)計(jì)供回水溫為12℃/6℃，制冷量780Rt，電動(dòng)機(jī)輸入功率443kW，電壓390V；冷凍水泵系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定功率160kW，功率因數(shù)0.87-0.89，水泵額定流量908m3/h，揚(yáng)程48m；冷卻水泵系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定功率132kW，功率因數(shù)0.88-0.89，水泵額定流量908m3/h，揚(yáng)程32m。冷源系統(tǒng)已經(jīng)在2003年投入使用，截止到目前已經(jīng)工作了13年，三臺(tái)冷水機(jī)組的使用情況是兩臺(tái)使用，一臺(tái)備用。參照本商場(chǎng)的營(yíng)業(yè)時(shí)間是從上午七點(diǎn)到下午八點(diǎn)，在需要供冷的季節(jié)冷水機(jī)組要連續(xù)運(yùn)行的時(shí)長(zhǎng)為13時(shí)，即從上午六到下午七點(diǎn)。