如何实现大型商用水系统中央空调的智慧节能

[导读] 

随着现代建筑设计日趋复杂，中央空调系统作为现代楼宇控制系统中尤为重要的一部分，在给人们的生活带来便利的同时，其能耗也占到楼宇能耗的一半，因此，如何降低中央空调能耗成为了人们广泛关注的话题，本文将重点围绕大型商用水系统中央空调节能措施做具体讲解。

中央空调系统主要由冷水机组、冷冻水循环系统、冷却水循环系统、盘管风机、冷却塔及其相应控制系统组成。其中冷水机组可以看作是整个系统的“心脏”，它主要由蒸发器、节流装置和压缩机等装置组成，是系统中最主要的制冷源。冷冻水循环系统负责将常温水与制冷剂进行热交换，并将冷冻水送入风机盘管以产生低温空气。冷却水系统则负责将冷冻水送入冷却塔进行冷却处理，以得到常温水并提供给系统做循环使用。而盘管风机的作用是根据建筑内使用需求，通过风机向空调区域传输冷风量并保证室内温湿度恒定。

1、国内发展现状

在暖通空调领域，2020年暖通空调市场的销售额约为2410亿美元，到2026年，这一数字预计将超过3000亿美元。据统计，现有市场中央空调存量已达千万套。目前国内市场，推动暖通空调市场增长的四大驱动力：新冠疫情、“双碳”目标、人工智能与物联网，其产生的社会影响力已经显而易见。

目前，85%的商业公共建筑都有中央空调。空调能耗，已成为建筑能耗中占比特别大的部分。研究表明，大型建筑内空调系统能耗占比超过50%，属于能耗最大部分。在碳中和、人工智能以及物联网引发的产业变革下，暖通系统“高耗能与高浪费”现状成为暖通行业目前亟待解决的问题。

2、中央空调系统结构

水系统中以水为传热介质，冷冻水循环中的高温回水通过与蒸发器中的低温制冷剂进行换热后成为低温冷冻水，经由末端空气处理设备与房间空气进行热交换。同时，制冷机组的高温制冷剂通过冷凝器与冷却水循环中的低温回水换热，换热后的高温水经由冷却塔与外界空气进行热交换，如此循环实现中央空调系统的制冷功能。由工作原理和实验分析可知，传统中央空调系统中，水泵工频运行的耗电量占整个系统总耗电量的20%～40%，存在巨大的能源浪费，因此将水泵改为变频运行是降低系统总能耗的有效方式之一。

3、大型商用水系统中央空调节能措施

3.1冷冻水变水量控制方案设计

在冷冻水循环系统中，供水温度通常为7℃，回水温度为12℃，可以看出，若供水温度恒定在7℃，那么回水温度与供水温度之间的温度差就代表了此时空调的负荷大小，冷冻水变水量控制方案的设计就是以此为基础，保证供水温度恒定，并设定回水温度为12℃，通过温度传感器检测回水实时温度，比较回水温度与设定值的大小，判断房间内负荷是否需要调整。若实际回水温度大于设定值，则表示中央空调系统负荷增大，此时应增加冷冻水泵转速；若实际回水温度小于设定值，则表示中央空调系统负荷减小，此时应降低冷冻水泵转速。此外，需要注意的是，水冷机组通常对冷冻水流量有一定要求，不能低于额定的下限阈值，否则会导致机组控制系统保护停机，因此我们需要设置变频器的下限频率，确保电源频率始终在下限频率之上。

3.2制冷空调低碳绿色设计的构想选用低碳节能的辅助材料

目前国内制冷空调的低碳绿色型环保设计与技术研发，对于材料的选用标准仍比较低。其中，尚未能对氯氟烃类的制冷剂、发泡剂等污染材料进行有效控制，并且其材料本身的兼容性也不是很好。

3.3空调系统改造

商场的空调运行模式，多近乎全年运行，尤其是夏季，营业时间基本不停歇。但空调系统参数监测并非一成不变，而是要根据室外气温、客流量变化等来实时调整。可以利用互联网技术，通过远程控制一键操控。结合商场商业区布局，根据空调系统特点，选择安全高效、智慧节能的管理系统。

舒适100公司暖通M智慧管控系统（以下简称“M”系统）结合人工智能、大数据与云计算的应用，为中央空调运营提供了一套综合管理的服务模式，实现了中央空调全面智慧化、数字化与综合化的管理，使能耗节省率达到了15%~40%。系统对于能耗的精准控制，能有效降低中央空调能源消耗，减少商业与工业建筑使用阶段的碳排放。同时，系统也为商业与工业建筑中央空调系统所面临的不智能问题提供了赋能支持。

M系统以AI暖通作为中央空调智慧运维与监测平台，能够根据实际需求对中央空调系统运行进行智慧化的自运行管理，超越专业级别的“暖通博士”水平，规避传统机房管理过程中出现的人为错误的可能性，有效提升中央空调系统运行管理上安全性、可靠性、专业性以及低碳节能效率。

3.4空调系统调查测算与分析

结合现场调研情况及中央空调系统设计图纸，办公楼空调区域设置集中式中央空调冷、热源系统，高低区设置独立中央空调系统，部分区域设置单独的冷热源系统，中央空调系统末端设备为风机盘管和柜式空调机组，配备有新风机。每年的5月底至10月初为制冷季，高低区每天各开启一台主机，大概一个月更换开启另一台主机，对应开启两台冷冻水泵，两台冷却水泵，两组冷却塔，末端设备运行时间与主机一致。每年的12月中旬至次年3月中旬，高低区每天各开启一台锅炉，对应开启热水泵。办公楼空调系统高负荷时段，主机负载率也在80%左右，可见系统存在一定富余量，存在“大马拉小车”现象，系统运行效率提升空间较大，具有一定改造潜力。

中央空调系统一般都增加一定余量设计，极少存在满负载运行的情况，大多在负载70%以下运行，这是中央空调系统的普遍现象。建筑在一天内对空调制冷量的需求也是不同的，这和室内的环境温度、室内人员的具体活动情况有关。办公楼中央空调系统两台制冷主机从全年的运行记录可见，夏季制冷时高低区最多开一台主机投入使用，主机运行平均负载率大多在60%左右，空调设备设计余量偏大。主机大多数时间处于低负载运行状态，制冷效率较低。同时该空调系统没有采用智能方式控制中央空调设备的启停和运行，可控性较差，不能做到精确控制，不能在负荷变化的情况下智能调节开机台数和水流总量，造成输配系统的能源极大浪费。且供水温度波动比较大，系统操作运行不稳定，影响空调区域内的舒适感。空调系统运行过程中，当开启一台冷机时，另一台冷机阀门未关闭，导致未使用的冷机中存在冷冻水和冷却水旁通现象，造成能源损失。从中央空调、供暖系统综合考虑，办公楼的中央空调、供暖系统为手动控制，主机开机台数、输配系统运行控制都是运行管理人员依据供回水温度等参数手动进行；无冷热量和能耗的计量，以及各分项能耗的分项计量。

加载智慧节能管控系统，对中央空调、供暖系统进行变频节能自动控制，并详细自动记录供冷、热量及相关能耗，以暖通专家的节能控制理念，变频调节水系统和风系统，优化运行状态，提高室内环境舒适度，同时节省运行能耗。把冷机冷冻侧和冷却侧的电动阀和冷机的开关进行联控，使得当开启一台主机，则自动关闭另一台冷机冷冻侧和冷却侧的电动阀，以减少冷冻水和冷却水的旁通，达到冷机节能目的，并达到减少水泵开启数量的目的。对使用年限较长、效率衰减严重、运行效率低的空调设备进行替换改造，从而降低其运行能耗。

结语

传统的空调制冷系统对能源的消耗非常大，尤其是对电能的消耗。合理节制电能耗损，对经济效益的提升作用显著。在夏季，各大中城市人群集中，相对于普通住宅建筑而言，大型商场用电控制凸显更为重要。

舒适100公司自2009年成立以来，一直专注于人、自然与建筑环境的智慧解决方案。公司在国内首创环境智能及智慧暖通的理念和技术，并积极引进国际先进的建筑环保理念。作为暖通行业最早应用物联网、大数据、人工智能、算法的企业，公司致力于用科技创新、综合服务打造舒适、健康、低碳、智慧的管理系统和解决方案。

在暖通空调领域，M系统拥有广泛的跨行业、实践经验中获得的应用案例支撑。目前，M系统已经实现了大型工厂园区智慧化的运维调控，帮助大能耗的电子、钢材、化工、新能源、医药、汽车、酒店、大型办公楼等中央空调系统实现了智慧化的综合管理与节能减排。舒适100公司M系统解决方案助力于提高能源利用效率、降低成本效益和支持实现低碳目标。M系统能满足更多的商业建筑对中央空调系统智慧管理和低碳运营的需求，顺应对建筑能耗的低碳排放与节能节电经济效益的刚需。

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