1、某病房行政楼采暖空调系统节能改造与效果评估摘要：本文依据某病房行政楼冷源系统的历史运行数据，分析冷机运行冷负荷次数、时间频数和空调系统循环水温差变化趋势，提出了模块化冷水机组 4:2:4 分组控制和空调水系统变频恒温差节能控制方案，能耗降低 26.1%。通过实测分析空调末端运行规律，改进风机盘管控制器节能 5%。将办公区域供暖方式以中央空调替代传统的暖气片，节能率达到 50%。 关键词：冷负荷需求分析；空调末端实测 ；供暖方式；节能措施；效果评估 中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号： 根据统计，发达国家的建筑物能耗已占全国总能耗的 30%45%左右，在民用建筑中暖通空调能耗达到 6
2、5%。为保证建筑的舒适性要求，暖通空调设计通常考虑较大的负荷余量，造成冷热源能量的供给与末端负荷需求之间能量匹配矛盾越来越明显，导致冷水机组、输送系统和末端设备长期在低效率下运行，运行成本居高不下。因此，有针对性的研究既有建筑物暖通空调系统形式和运行情况，从负荷需求与合理运行的角度，研究分析其节能潜力与措施显的尤为重要，对建筑设备节能具有重要意义。 1某病房行政楼采暖空调系统概况 该建筑物总建筑面积约 15000 m2，空调系统为无新风的风机盘管系统，风机盘管数量为 509 台，制冷机为 10 台模块化冷水机组 RC130，最大输出冷量为 1300KW，最大名义使用电功率为 407KW。冷冻水
3、泵KQW200315 和冷却水泵 KQW200250 均为一用一备，冷却塔 LRCMLN350 一台。中央空调每年的使用时间为 5 月下旬到 10 月 1 日前，使用天数约 130 天。在使用期空调系统的每天开机时间随室外温度的增减而变化，每年中央空调系统的运行约 2800 小时。热源采用燃气锅炉，末端设备为暖气片。 2冷负荷需求分析与节能措施 2.1 冷机运行冷负荷次数与时间频数分析 中央空调系统的工作一般分为两个阶段，第一阶段将空调房间的室温降低到设定温度，第二阶段维持空调房间的室温。在各阶段空调系统投入的负荷比例不同。表 1 是根据 2008 年 5 月至 2008 年 8 月 20 日
4、间该楼空调系统的不同负荷率下运行次数，统计分析的平均时间频数情况。 表 1 空调运行冷负荷时间频数表 由表 1 可见，在 2008 年供冷季运行的 85 天内，有 47%的开机时间空调的负荷低于名义装机容量的 40%，高于 75%的空调负荷时间仅占开机时间的 17%。 2.2 空调循环水温差变化趋势分析 空调水系统普遍存在着大流量小温差的问题，特别是在供冷季初期，由于室外的温度较低导致空调负荷的需求较少。根据运行记录表 2 所示，在 20%负荷的时候，冷冻水的温差仅为 0.5，冷却水温差仅为 1.5。RC130 冷水机组为恒水量型，标准工况为冷冻水出水温度 7，进水/出水温差 5.6，冷却水出
5、水温度 35，进水/出水温差 5.6。 表 2 空调系统循环水温差随空调负荷变化趋势表 2.3 冷源系统节能措施 针对上述冷负荷需求和空调循环水温差变化趋势的分析，若将配备的冷水机组按照空调系统的实际需求进行分组运行，并采用变频调速装置实现恒温差控制，可有效减低水泵功耗，保持冷机和水泵运行在高效区间。如图 1 所示，将冷机按照 4:2:4 的形式进行拆分，模块之间的管道用电动蝶阀连接。采用专用的控制系统一方面根据冷水机组的负荷需求，确定电动蝶阀的开闭数量，实现 4:2:4 分组控制；另一方面又要实时跟踪和调整冷冻泵、冷却泵的运行流量，满足冷水机组 4:2:4 分组运行的流量需要，在此基础下，把
6、供回水温度差恒定在 5左右的一个狭窄的区间内，使冷冻水，冷却水温差不随空调的热负荷变化而变化。 图 1 模块化冷水机组分组安装示意 3 中央空调末端运行工况测试与节能措施 2007 年 7 月 29 日下午 2：003：00，对病房楼中央空调末端工况进行测试，测试结果见表 3。空调系统在全天热负荷最大时间内均能满足室温 26的需求。在 50 个测试点，一个小时的测试时间内有 22 个测试点的室温低于 26的设定温度，占全部测试点的 44%。因此，通过改进风机盘管控制器，当空调房间的温度达到设定值时，停止风机盘管继续向空调房间供冷，使这一部分冷量回流，可有效的减低冷水机组的负荷，达到节省能源的目
7、的。 表 3 中央空调末端工况测试表 3 办公区域采暖方式的节能潜力分析与措施 3.1 采用中央空调供暖方式的节能潜力分析 病房行政楼冬季采暖采用传统的暖气片，热源由燃气锅炉提供，冬季最高供水温度为 65，全年供暖时间为 150 天，采暖面积为15520m2，其中病区（包括区内的病房，公共区，护士站等）采暖要求 24小时，室温达到 1822，占总采暖面积的 48%；办公室区（包括实验室，会议室等）除值班室和少数加班的办公室外，采暖仅要求在上班时间，供暖房间的室温达到 1822，其余时间可低温保持，占总采暖面积的 52%。由于采暖系统没有能量输出的调节功能，即使办公区在非工作时间内采暖房间的室温
8、也只能保持和病区采暖房间的室温相一致，造成较大的能耗浪费。若采用中央空调供暖，当管道中通入 50热水时，风机盘管（以风机盘管型号为 803 为例）可输出热量 8770 W，达到平均219 w/ m2 的供暖要求。当风机盘管的风机停止工作后，风机盘管的输出热量低于额定输出热量的 5%，这就意味着末端将节约 90%以上的热量。 3.2 供暖系统节能改造措施 在锅炉房负一层泵房内新增引管 DN125，将锅炉热水通过锅炉房外公共管沟，接入行政楼的中央空调主干输送水管进入中央空调系统，重新调整病房行政楼的暖气系统的工作参数。在走廊、卫生间、浴室、地下室无风机盘管的地方，保留原暖气供暖功能，其余部分关闭。
9、为解决由于低负荷的时候，末端热水过流量问题，在供水端增加了一个电动三通阀实现分流控制，以达到负荷与流量的匹配，见图 2 和图 3。 图 2 空调供暖管道改造方案示意图 图 3 采暖流量控制示意图 4节能效果评估 4.1 冷源系统节能效果评估 模块化冷水机组根据动态负荷需求按照 4:2:4 模式分组运行后，使中央空调冷冻水泵和冷却水泵的实际电功率相应减少，节能效果分析计算，见表 4。考虑到水系统恒温差变频控制是在冷水机组 4:2:4 分组运行模式对水量需求的基础上进行的频率精细调节，运行工况复杂，具体节能效果很难准确计算，若根据经验按节约 5%统计，则节电 6118 Kwh。 表 4 冷水机组
10、4:2:4 分组运行冷冻水泵与冷却水泵节能效果 注：（）中数据为冷却水泵数据。 4.2 中央空调末端节能效果评估 由于空调房间的温度的控制受使用者人为喜好的因素的影响较大，所以风机盘管控制器改造的节能潜力一般为冷水机组负荷的 5%15%之间。根据统计，在平均负荷 45%的情况下，冷水机组的平均耗电 149.4 Kw，按节能率低限 5%计算，节约功率 7.47 Kw，取运行时间 2816 小时，可节约电 20106 Kwh。 4.3 采暖系统节能效果评估 按照办公区在工作时间（周一至周五）内每天工作 10 小时，其余时间内有 15%区域在加班，非工作时间内风机盘管输出热量只有 5%的输出，办公区
11、在供暖季其供暖的能量最大的节省空间可达 50%。 5结论 针对某病房行政楼暖通空调系统的形式、运行方式和运行数据，分析其动态空调负荷需求，研究其节能潜力和节能措施。冷源系统采用模块冷水机组分组优化控制和水系统恒温差变频控制，按供冷季运行 2816小时计算，共节电 31950 Kwh，节能率可达 26.1%；中央空调末端通过改进控制器，节能率达到 5%；改变办公区域供暖方式，由中央空调替代传统的暖气片，节能率可达到 50%，大大提高既有建筑物暖通空调系统的运行效率，具有很好的经济性。 参考文献 1Thomas B. Hartman, P.E, Design issues of variable chilled-water flow through chillersJ, ASHRAE Transactions: Symposia, v102.n2. 1996,679-683. 2高养田，空调变流量水系统设计技术发展J，暖通空调，1996.3 3汪训昌 林海燕 杨书渊等，办公楼空调冷热负荷的计算分析关于北京地区办公楼外区冬季冷负荷的几点看法J，暖通空调，2004 ,34 (7) :33-39 4孙志高 马荣生，空调系统的节能研究J，节能技术，2004.4
