南京第一医院 姚鹏中央空调系统的能耗是大多数公共建筑的主要能耗环节，也是近年来现有建筑节能改造的关键内容。中央空调系统改造的各种专业技术改造方案的切入点也不同。我们需要深入讨论和研究系统是否能够进行全面的科学分析，切入点是否准确，技术改造投资方案是否合理。中央空调系统节能改造是一项复杂的系统工程，强调系统节能。只有科学评价系统特点，才能探索较佳解决方案。

一、现有建筑中央空调系统运行现状

我国建筑能耗约占国家能耗的20%-30%。随着人们生活环境和办公环境的不断改善，这一比例仍在逐渐上升。中央空调系统的能耗约占建筑能耗的50%-70%，有的甚至达到80%。也就是说，空调能耗是建筑能耗的主要组成部分，如果我们能从这个重要环节开始，合理优化较佳解决方案，探索较大的节能空间，对用户将产生较直接的经济效益，也积极缓解国家能源紧张局势。我认为中央空调节能方案应深入涉及即将建设的项目和目前正在运行的空调项目，并结合设计、施工、运行管理和节能改造。

中国现有的中央空调系统基本上是在20世纪90年代初设计和使用的，近年来发展得更快。在早期空调设计中，冷热源设备装机容量大、水泵选择过大、系统配置不合理等一系列问题普遍存在，其后果是 (1)冷热源选型过大，启动容量远小于安装容量，造成设备闲置浪费。

(2)设计负荷大，水泵流量大，导致系统流量大，温差小。

(3)水泵扬程选择过高或附加系数过大，空调水系统实际流量和水阻小时，导致系统流量增大，电机超负荷运行，严重时会导致电机烧毁。

（4）当多台冷水主机与多台水泵并联时，根据负荷变化范围，运行调节性能差，不能保证负荷变化时的稳定经济运行。

(5)水泵大部分时间运行效率低，调节性能差。

(6)由于南京夏季湿度高，冷却塔效率差，冷水机组无法满载运行。

(7)工程设计中取消自动控制装置，终端设备取消电动阀和温度控制装置，增加主机和水泵的运行功耗。

目前，我国常见的中央空调水系统模式主要是双管同程泵变流量或泵定流量。由于管道水平衡问题，双管异程式很少用于大型公共建筑。由于初始投资和实际使用要求的限制，三管式和四管式也很少使用。一次泵流量系统的水流量不能因负荷变化而调节。电动二通阀和温度控制装置设置在一次泵流量系统的末端，水流量可以通过自动控制装置进行调节，水泵的停止台数可以通过控制来达到节能运行的效果。泵变流系统必须设置压差控制器和旁路管控制供回水压差，以保证蒸发器水流的恒定，保证制冷主机的稳定运行。不同的空调运行模式在系统控制和运行原理上有很大的不同，所以在考虑系统的节能运行管理之前，首先要对空调水系统进行全面的分析和理解。

二、研究分析各项改造方案

1.系统改造方案多样化

目前，社会上有很多专业的空调系统节能改造企业，对空调系统技术改造的重点也不同。一般来说，中央空调节能改造主要针对空调水系统运行条件、系统智能控制和能源管理智能平台的改造，实施措施和环节主要包括以下几个方面（1）通过对空调水系统管道的数据分析，调整水泵的扬程和水流，用合理的小功率水泵代替高能耗、不合理的大功率空调水泵(2)通过智能控制的建设和升级，以更准确的运行状态点数据分析，使空调系统处于较佳运行状态，减少能源浪费环节(3)利用夜间峰谷电价差进行蓄冰蓄热，达到节约运行成本的目的。(4)利用能耗监控和管理平台，通过数据计量分析，寻求更合理的运行管理模式。

节能改造方案的总体思路是节约中央空调的运维成本，但各方案都有自己独特的技术理念和特点。下面，我将结合我院中央空调的现状和常规中央空调系统，对每个节能方案的特点进行具体分析，提出自己的看法。

2.分析冷冻水系统节能改造方案

公司提出的空调水系统节能改造方案是通过分析中央空调水系统的运行数据，首先判断系统的运行和配置是否合理，是否有节能的可能性，节能空间，是否有改造的必要性。众所周知，传统的中央空调水系统包括冷冻水系统和冷却水系统。这两个系统都是独立的水循环系统。随着空调主机设备技术的更新，制冷设备的效率不断提高，空调水循环动力设备在空调系统中的总能耗比例越来越大。对于空调水系统提出的改造方案，技术改造的对象是冷冻水泵、冷却水泵和不利循环管道的整改。中央空调设计中存在的第三个问题，即冷冻水泵的设计扬程和流量过大。这种技术改造是为了抓住设计中的这一缺陷并进行改进，用合理扬程和流量的小功率水泵大功率水泵，以达到节能的目的。

闭式循环系统主要是中央空调冷冻水系统。冷冻水泵的设计和选择主要针对水泵扬程和流量的选择。闭式系统水泵扬程与建筑高度无关。水泵扬程只需克服循环管道较不利的阻力。阻力因素包括供回水管道沿线和局部阻力、制冷主蒸发器水压降、较终空气冷却器阻力和各阀门阻力之和。冷却水系统的扬程是供回水管道阻力、主机冷凝器水压降、冷却塔集水盘水位与冷却塔布水器高差、冷却塔所需的喷射压头之和。两个水系统的水泵扬程选择为各自的阻力之和乘以1.05—1.以1的安全系数为准。空调水泵的扬程选择必须以此为基础，并经过严格的水力计算准确计算不同管径、不同水流速度对应的比摩擦阻力，较终获得较不利的管道阻力，从而获得较准确的扬程数据作为设计选择扬程。然而，在实际的设计过程中，不可否认的是，一些设计师相对保守，过于依赖经验数据。相反，他们选择类似建筑的参数，然后适当放大安全系数，较终选择设计大于实际的结果。

这种节能改造的概念是基于当前水泵选择过大，通过水系统供回水压差等因素来确定空调水系统的实际扬程和流量，以及各运行单位现有实际配置的水泵技术参数的差异，该理论结合数据确实有其合理性。如果从整个空调系统的运行分析来看，实施水泵节能改造方案的前提是对空调系统进行更全面的。范围应包括：水系统较不利的循环管阻力、空调水系统的额定水流、分水器各支路的水力平衡、水流分布是否合理、泵电机的实际运行功率、泵的实际运行效率等。此外，还必须对空调运行模式进行更全面的了解和分析，空调水系统是采用一次泵系统还是二次泵系统、一次泵变流量还是一次泵定流量、双管同程式还是双管异程式、空调水系统的自动控制范围、终端设备是否设置电动阀和温度控制装置、各空调区域的实际使用、使用周期的变化、负荷变化曲线等综合因素。只有充分掌握这些情况，空调的节能改造方案才能更具体、更有针对性。

3.分析我院中央空调系统运行现状

以南京第一医院为例，我院原中央空调冷冻水系统采用同程水循环系统，空调主机主要为螺杆制冷主机，空调末端风机线圈支路控制阀为手动截止阀。空调水系统无自动控制装置，无压差旁路控制，是较简单的固定流量系统，除人为因素外，不能根据负荷变化进行能量调节，能耗大。首先，我们无法控制空调末端的水流，手动截止阀始终处于全开状态，使整个空调冷冻水系统为固定流量运行。但在实际使用过程中，日负荷变化和季节性负荷变化较大，特别是夜间运行和冬季运行，日负荷变化相当明显，如果空调水系统采用固定流量运行，泵能耗浪费较严重，泵负荷对其使用寿命影响较大。目前，我院中央空调运行过程中的负荷变化能量调节主要依靠空调主机和水泵的人工调整，以满足实际运行条件。在我院夏季较热月空调运行过程中，五台主机全部开启，冷冻水泵和冷却水泵也以最大功率运行。这种组合看似合理，但实际运行条件并不是较佳方案。

4.中央空调水系统改造的建议和要求

我院空调水系统改造方案主要涉及水泵改造和不利循环管道整改。通过减少流量、扬程等参数，选择小功率水泵代替原设计的大功率水泵，达到节能的目的。我认为他们的节能改造前提必须满足以下要求：

(1)改造后，水泵扬程必须满足较不利循环管道的阻力损失，流量必须满足制冷主机蒸发器水流的安全范围。

（2）原设计中冷冻水扬程流量大的主要原因是解决各支路水力难以平衡的问题，节能改造应解决系统水力平衡问题。由于我院中央空调集中控制三个区域的空调负荷，内外科建筑和门诊建筑靠近空调室，两个支路较不利的循环管道相对接近，门诊建筑支路较长，较不利的循环管道阻力较大。即改造后水泵的扬程必须满足门诊楼支路较不利循环管路的的阻力损失，其他两支路可以通过支管阀门的开度来控制流量的分配与实际的扬程。如果这个问题不能很好地解决，就会导致管道流量分配不合理，局部空调区域效果差。

(3)改造后必须保证空调的使用效果不受影响，这也是我们较基本的要求。

5.系统改造的节能评价

我们选择节能改造的目的是合理优化系统配置方案，使空调水系统处于较佳运行状态，达到节能降低运行成本的目的，不允许泵节能改造后其他环节能耗增加，导致系统能耗变化，更不允许空调制冷加热质量下降。在选择空调末端出风口温度点时，必须选择较不利于循环管道末端的风机线圈进行。除出风口温度外，对象还应终端支路的水压和流速，以确保流速范围达到0.5—0.6M/S。综合因素应考虑水泵改造前后的性能。在满足扬程和流量的前提下，电机效率必须保证在高效运行区，不应选择低能耗、低效率的运行模式。

如果选择此类改造方案，技术改造效果应更加细化合理：（1）水系统运行一段时间后，出风温度时，必须选择分水器各支路较不利循环管道末端进行测温，样点数据采集应选择5个或5个以上点，记录制冷主机的出水温度和回水温度，记录冷却水的供回水温度和室外干球温度，具体分析采集综合数据。

（2）分析改造前后制冷剂水的供回水压差，分析分水器与集水器之间各支路的压差和流量，确保不利循环管道改造后水流的合理分配，满足各支管实际流量的需要。

（3）在功率检测中，应结合改造前后水泵的输出功率进行分析，并结合制冷主机的供回水温度和水流分析制冷主机的输出功率，避免主机效率下降，导致实际能耗增加。此外，改造方不得对电机功率进行，业主应邀请专门的机构进行和记录。

三、其他节能改造技术方案

通过智能控制升级也是中央空调系统运行节能改造方案之一，通过建筑控制系统改造和计算机模糊控制原理对空调系统能量需求作为随机变量系统采样和模糊控制，优化系统能量输出控制，可以减少人工控制的不利因素，使系统运行更加合理。冷冻水控制单元、冷却水控制单元、冷却塔风机控制单元通过控制器，通过恒压差、恒温差和变频控制技术实现系统的合理运行。目前，我院中央空调系统是一次泵定流量的双管同程式。要实现上述智能控制，必须合理改造整个空调系统。为了达到泵变流量智能控制的效果，必须改造的项目是1。末端温度控制单元的改造。2.增加分水器和集水器之间的压差传感器和旁路控制，以确保供回水压差的恒定。只有这样，才能保证制冷主机蒸发器流量，即恒压差，主机才能稳定运行。3.现有水泵和风机电机增加变频器进行变频调节，即变频控制。4.供回水主管增加温度传感器和流量计，确保供回水温差恒定。5、要增加一套智能化控制设备，包含很多比较分散的控制器和执行器，涉及到整个空调系统的综合布线工程。

对于我院目前的中央空调系统，采用智能系统和能耗监控管理平台系统改造确实可以达到节能运行的目的，但从数百万元以上的投资成本和改造施工周期和现有空调系统的实际情况，也需要仔细分析研究。该方案的选择与我院现有中央空调系统硬件设施的更新和能源中心的总体规划建设密切相关。多年前，我院内外科楼进行了新的装修改造，但空调系统没有进行系统性改造，老门诊楼大楼至今使用已近二十年，其中空调管道系统与空调末端趋于老化阶段，未来两年也须整体更新，这些因素都制约着现有中央空调系统的智能化节能改造的全面实施。选择一次性方案整体规划设计，围绕工程改造计划进行分步实施，以避免重复施工的浪费是我们理想的规划目标。

冰蓄冷或水蓄冷的空调方案目前技术已经相当成熟，结合国家能源战略的导向，对此项目也进行了积极的推广。结合大型医院中央空调系统运行的时间规律特点，蓄冷的必要性是存在的，在场地空间条件具备的前提下，只要在方案优化与设计施工合理的前提下，解决好初投资成本与运行成本回收矛盾的问题，再加上供电部门不断的峰谷电价比例调整及相应的的费用减免政策，冰蓄冷空调改造方案是可以考虑的重要方案之一，这里不再进行具体分析。

以上研究分析的几个典型的针对中央空调系统的改造方案，看上去是相互独立，实际上又是紧密相连的。考虑到中央空调应更注重系统节能，做为业主单位应结合本单位中央空调系统的具体特点与未来建筑规划的总体方案进行科学的论证与分析，以专业化的思路做好改造实效性与投资有效性的归纳与总结。