1、中央空调系统的设计要点与运中央空调系统的设计要点与运行管理行管理张群力北京建筑工程学院2010 10 21目目 录录1.中央空调系统的能耗情况中央空调系统的能耗情况2.中央空调系统的设计问题中央空调系统的设计问题3.中央空调系统的运行管理中央空调系统的运行管理4.中央空调系统的节能建议和措施中央空调系统的节能建议和措施1 中央空调系统的能耗情况中央空调系统的能耗情况1.1 大型公建的特点大型公建的特点大型公建：大型公建：l体量大，单体建筑面积体量大，单体建筑面积 2万万m2，多采用中央空调；，多采用中央空调；l大型办公楼、宾馆、购物中心、机场、车站、娱乐中心大型办公楼、宾馆、购物中心、机场、车
2、站、娱乐中心等；等；建筑特点：建筑特点：l内部发热量大；内部发热量大；l无外墙的内区比例大；无外墙的内区比例大；能耗特点：能耗特点：l采暖能耗低于一般建筑；采暖能耗低于一般建筑；l耗电量远高于一般建筑；耗电量远高于一般建筑；l空调能耗占较大部分。空调能耗占较大部分。1.2 大型公建的能耗情况大型公建的能耗情况高档办公楼、宾馆、大型购物中心、综合商厦、高档办公楼、宾馆、大型购物中心、综合商厦、交通枢纽等交通枢纽等l到到2004年全国总量仅为年全国总量仅为5亿平米亿平米，全国此类建筑年耗电，全国此类建筑年耗电总量约为总量约为1000亿度亿度/年年，占我国总发电量约，占我国总发电量约5%；l此类建筑
3、在新建建筑中比例呈此类建筑在新建建筑中比例呈增加增加趋势，导致近几年我趋势，导致近几年我国大部分城镇夏季用电量急剧上升的主要原因之一；国大部分城镇夏季用电量急剧上升的主要原因之一；l与发达国家能耗水平比较，与美国基本在同一水平，比与发达国家能耗水平比较，与美国基本在同一水平，比日本城市高，节能水平远远差于西欧、北欧水平。日本城市高，节能水平远远差于西欧、北欧水平。北京市大型公建的耗电量调查结果北京市大型公建的耗电量调查结果建筑类型建筑类型耗电指标耗电指标住宅住宅北京北京1015度度/平米平米/年年上海上海1020度度/平米平米/年年一般办公建筑一般办公建筑2050度度/平米平米/年年大型办公楼
4、大型办公楼100 度度/平米平米/年年五星酒店五星酒店100200 度度/平米平米/年年购物中心购物中心200300度度/平米平米/年年大型公共建筑耗电量是住宅的大型公共建筑耗电量是住宅的10倍以上；倍以上；尽管面积总量不大，但其电耗占建筑总电耗的尽管面积总量不大，但其电耗占建筑总电耗的2025%。北京市大型公共建筑的参考用电指标北京市大型公共建筑的参考用电指标（单位：（单位：kWh/(m2.年年)政府办公政府办公楼楼 甲级写字甲级写字楼楼 酒店酒店 商场商场 中央空调中央空调 30 40 50 80 照明照明 15 30 20 65 办公设备办公设备 20 20 5 10 电梯电梯5 5 1
5、0 15 饮水机及电开水器饮水机及电开水器 5 生活热水循环泵生活热水循环泵 10 全年总用电量（不包括特殊全年总用电量（不包括特殊功能性房间的用电）功能性房间的用电）75 95 95 160 空调系统能耗一般占建筑总能耗的空调系统能耗一般占建筑总能耗的40%60%。不同大型公建逐月平均单位面积电耗（不同大型公建逐月平均单位面积电耗（2004年结果）年结果）夏季由于空调系统的使用，电耗显著上升。夏季由于空调系统的使用，电耗显著上升。1.3 大型公建的能耗高的主要原因大型公建的能耗高的主要原因不合理的建筑设计产生的问题不合理的建筑设计产生的问题l大面积的玻璃幕墙，带来大量的太阳得热量，也导致大面
6、积的玻璃幕墙，带来大量的太阳得热量，也导致冷负荷过高冷负荷过高 l不能开窗，不能自然通风，不良的室内空气质量，完不能开窗，不能自然通风，不良的室内空气质量，完全依赖空调，导致空调冷量过高；全依赖空调，导致空调冷量过高；l大量的无外窗空间或不与室外连接的内区，照明，通大量的无外窗空间或不与室外连接的内区，照明，通风高能耗。风高能耗。中央空调系统不合理地设计与运行产生的问题中央空调系统不合理地设计与运行产生的问题中央空调系统设计与运行管理问题中央空调系统设计与运行管理问题不合理的空调系统结构不合理的空调系统结构l水泵不合理的空调系统结构、风机用电量过大水泵不合理的空调系统结构、风机用电量过大l各空
7、间风量平衡设计不当，导致局部新风量过大各空间风量平衡设计不当，导致局部新风量过大l不能充分利用室外低温冷却，冷机运行时间过长不能充分利用室外低温冷却，冷机运行时间过长l冷源配置不合理，导致相当多的时间低效运行冷源配置不合理，导致相当多的时间低效运行中央空调系统运行管理问题：中央空调系统运行管理问题：l不合理的运行制度或运行方式导致空调系统运行时间不合理的运行制度或运行方式导致空调系统运行时间过长。过长。1.3 大型公建的能耗高的主要原因大型公建的能耗高的主要原因技术方案本身有问题技术方案本身有问题设计意图未能得到落实设计意图未能得到落实设备安装及系统调试不合格设备安装及系统调试不合格运行管理方
8、法不科学运行管理方法不科学1.4 大型公建的节能潜力大型公建的节能潜力降低降低大型公共建筑大型公共建筑能耗能耗l新建新建大型公共建筑能耗为大型公共建筑能耗为目前的目前的40%改善新建建筑的建筑设计改善新建建筑的建筑设计 采用新的节能的机电系统采用新的节能的机电系统 改善管理；改善管理；l既有既有的大型公共建筑能耗的大型公共建筑能耗降低降低30%改进机电系统改进机电系统 改善管理改善管理2 中央空调系统的设计问题中央空调系统的设计问题2.1 中央空调系统的设计要点中央空调系统的设计要点分区问题分区问题冷热源设计问题冷热源设计问题水系统设计问题水系统设计问题风系统设计问题风系统设计问题气流组织问题
9、气流组织问题控制系统问题控制系统问题2.1.1 分区问题分区问题负荷特性差异较大的房间应该分别设置空调系统负荷特性差异较大的房间应该分别设置空调系统l例如：大中型建筑物选制冷机的容量与台数时，应大小例如：大中型建筑物选制冷机的容量与台数时，应大小搭配，按过渡季节最小负荷选一台小制冷机，这样可以搭配，按过渡季节最小负荷选一台小制冷机，这样可以满足小负荷时机组节能高效运行。满足小负荷时机组节能高效运行。不同房间的运行时间和室内热扰差异较大时，需要不同房间的运行时间和室内热扰差异较大时，需要分区考虑，否则会分区考虑，否则会 “众口难调众口难调”l例如：电视台，如演播室、中心设备机房、片库资料室例如：
10、电视台，如演播室、中心设备机房、片库资料室的室内热扰不同，不分区容易出现一边冷、一边热的局的室内热扰不同，不分区容易出现一边冷、一边热的局面。面。2.1.2 冷热源设计问题冷热源设计问题选型过大选型过大冷机选型偏大，长时间处于部分负荷工况运行冷机选型偏大，长时间处于部分负荷工况运行05010015020025030035040012345678910商场序号单位面积设计冷量单位面积实际冷量W/m22.1.2 冷热源设计问题冷热源设计问题选型过大选型过大2.1.2 冷热源设计问题冷热源设计问题冷机的旁通冷机的旁通13 813 10.5 不必要的冷冻水水泵的运行导致水泵与冷机的电耗相同不必要的冷冻
11、水水泵的运行导致水泵与冷机的电耗相同2.1.2 冷热源设计问题冷热源设计问题冷却塔旁通冷却塔旁通35 28 34 34 32 2.1.3 水系统设计问题水系统设计问题冷却水泵选型过大冷却水泵选型过大冷却水泵选型偏大，为防止电机烧毁，只能关小阀门；冷却水泵选型偏大，为防止电机烧毁，只能关小阀门；工况点严重偏离设计点，效率普遍为工况点严重偏离设计点，效率普遍为3050；0.94MPa0.99MPa1.11MPa1.45MPa冷却塔冷却塔冷却塔冷却塔冷冻机冷冻机310 t/h-12m-34m+51m-5m2.1.3 水系统设计问题水系统设计问题冷却水泵选型过大冷却水泵选型过大需要扬程需要扬程43m，
12、选了，选了70m的泵的泵改成闭式系统后，需要扬程改成闭式系统后，需要扬程23m，仍然选了，仍然选了40m的泵的泵冷水机组标高28米标高0米标高-10米2.1.3 水系统设计问题水系统设计问题冷冻水泵扬程过大冷冻水泵扬程过大冷水机组冷却泵冷冻水二次泵冷冻水一次泵用户0.2MPa0.65MPa0.23MPa0.32MPa0.26MPa冷却塔0.18MPa0.22MPa0.23MPa0.13MPa0.34MPa2.1.4 风系统设计问题风系统设计问题变风量风道设计采用了定风量方式变风量风道设计采用了定风量方式症状：症状：l近端房间风量过大，而远端房间风量不足，达不到设近端房间风量过大，而远端房间风量
13、不足，达不到设计要求。计要求。原因：原因：l设计为变风量系统，但主送风道设计成长距离枝状渐设计为变风量系统，但主送风道设计成长距离枝状渐缩风道，导致远近静压差太大。特别是近端需求风量缩风道，导致远近静压差太大。特别是近端需求风量小，远端需求风量多时，空气流速越到末端越高，静小，远端需求风量多时，空气流速越到末端越高，静压更小。而近端压更小。而近端VAV末端关到下限风量都偏大。末端关到下限风量都偏大。建议：建议：l采用环形风道或者不变径风道，利用复得的静压减少采用环形风道或者不变径风道，利用复得的静压减少远近压差。远近压差。风压图风压图P静压静压P0采用环形风道，使风道接近于静压箱的效果采用环形
14、风道，使风道接近于静压箱的效果RRRRR2.1.4 风系统设计问题风系统设计问题新风不足问题新风不足问题现象：现象：北京某商场，有中央空调和采暖系统，冬季采暖系统不用，北京某商场，有中央空调和采暖系统，冬季采暖系统不用，室内仍然过热。室内仍然过热。设计说明书上写明过渡季和冬季过热时可以增加新风百分设计说明书上写明过渡季和冬季过热时可以增加新风百分比或者走全新风，但把新风阀门开到最大也无法增加新风比或者走全新风，但把新风阀门开到最大也无法增加新风百分比百分比原因：原因：新风道尺寸和风机压头是按照最小新风量设计的，无法再新风道尺寸和风机压头是按照最小新风量设计的，无法再增加新风量。增加新风量。2.
15、1.5 室内气流组织问题室内气流组织问题室内空间较大，上送上回送风时，冬季热风送不室内空间较大，上送上回送风时，冬季热风送不下来下来l某银行，冬季上下温差达到某银行，冬季上下温差达到16 C(1329 C)l风口距地面有风口距地面有4.2米的高度，风口面积过大，而且采用米的高度，风口面积过大，而且采用上送上回的送风方式，导致了热风上浮。上送上回的送风方式，导致了热风上浮。2.1.5 室内气流组织问题室内气流组织问题夏季造成头部吹风感夏季造成头部吹风感l某开放式空间办公楼；某开放式空间办公楼；l原设计采用条缝风口形成原设计采用条缝风口形成窗侧空气幕；窗侧空气幕；l结果造成窗前人员的吹风结果造成窗
16、前人员的吹风感感2.1.6 系统控制设备问题系统控制设备问题存在的问题存在的问题l硬件先进，缺乏软件，自控变手控硬件先进，缺乏软件，自控变手控lBAS系统只测不控，久而久之测量功能也丧失了系统只测不控，久而久之测量功能也丧失了lBAS系统误操作，不节能反费能系统误操作，不节能反费能空调设计人员只注重单点设计空调设计人员只注重单点设计l没有提出详细的工艺要求，特别是工况转换以及如何没有提出详细的工艺要求，特别是工况转换以及如何进行阀的调节没有描述，比如，什么叫做过渡季？什进行阀的调节没有描述，比如，什么叫做过渡季？什么阀能够控什么参数？么阀能够控什么参数？3 中央空调系统的运行管理中央空调系统的
17、运行管理l不合理的运行方式不合理的运行方式 不能正确转换冷机运行状态，导致冷机长时间低效不能正确转换冷机运行状态，导致冷机长时间低效运行运行 大多数时间输配系统实现大多数时间输配系统实现“大流量，小温差大流量，小温差”，造，造成输配系统耗电较大成输配系统耗电较大 不适当的温湿度设定，不适当的温湿度设定，“夏天太冷，冬天太热夏天太冷，冬天太热”，造成室内温度不均匀，舒适性较差造成室内温度不均匀，舒适性较差 不能按照需求启停，不能有效利用过渡季节。不能按照需求启停，不能有效利用过渡季节。案例：首都大酒店运行管理与节能改造经验案例：首都大酒店运行管理与节能改造经验总面积总面积50000m2年耗电总量
18、年耗电总量6192.1万度万度每平米年用电指标每平米年用电指标123.8度度/m2.a使用人数使用人数800（工作人员）（工作人员）人均年用电指标人均年用电指标7740.1度度/人人.a 2005年度建筑宾馆客房、裙房和写字楼耗电量统计年度建筑宾馆客房、裙房和写字楼耗电量统计 建筑全年分项耗电量统计建筑全年分项耗电量统计 空调系统分项用电量分配空调系统分项用电量分配 各分项耗电量统计各分项耗电量统计 注：注：冷机消耗天然气量已按照等效电折算到总电量中冷机消耗天然气量已按照等效电折算到总电量中 冷站占大部分冷站占大部分 冷热源和水泵占大部分冷热源和水泵占大部分 冷源改造设备运行情况：设备运行情况
19、：冷冻站运行机组包括两台三菱直燃机和两台冷冻站运行机组包括两台三菱直燃机和两台YORK离心机；离心机；一台直燃机制冷量为一台直燃机制冷量为150冷吨，另一台直燃机和两台离心机冷吨，另一台直燃机和两台离心机的制冷量都是的制冷量都是250冷吨；冷吨；每台冷机对应一台冷冻泵和一台冷却泵。每台冷机对应一台冷冻泵和一台冷却泵。时间段电价谷电时段23:007:000.35元/度平电时段7:008:00 和11:0018:000.71元/度峰电时段8:0011:00和18:0023:001.10元/度北京地区不同时段的电价政策北京地区不同时段的电价政策在不同的电价时段，冷机采用不同的运行策略将会产生不同在不
20、同的电价时段，冷机采用不同的运行策略将会产生不同的运行费用。的运行费用。冷机采用不同运行策略的运行费用比较冷机采用不同运行策略的运行费用比较方案方案1：优先离心机：优先离心机方案方案2：优先直燃机：优先直燃机谷电时段：优先开启离心谷电时段：优先开启离心机方案同比优先开启直燃机方案同比优先开启直燃机方案；机方案；运行费：前者比后者每小运行费：前者比后者每小时要节省时要节省36的费用。的费用。平电时段：优先开启离心平电时段：优先开启离心机方案同比优先开启直燃机方案同比优先开启直燃机方案；机方案；运行费：前者比后者每小运行费：前者比后者每小时要节省时要节省16的费用。的费用。7月月5日日7月月6日一
21、天冷冻站运行费用分析日一天冷冻站运行费用分析冷机采用不同运行策略的运行费用比较冷机采用不同运行策略的运行费用比较峰电时段：峰电时段：优先开启离心机方案同比优先开启离心机方案同比优先开启直燃机方案；优先开启直燃机方案；运行费：运行费：离心机组主机部分高于直离心机组主机部分高于直燃机组主机部分；燃机组主机部分；综合考虑冷冻泵、冷却泵综合考虑冷冻泵、冷却泵和冷却塔的运行费用之后，和冷却塔的运行费用之后，前者比后者每小时要节省前者比后者每小时要节省7的费用。的费用。该案例中，应该优先开启离心机的运行方案该案例中，应该优先开启离心机的运行方案 改造方案：改造方案：酒店冷机原来的运行策略：在电价的峰平时段
22、，优先开启酒店冷机原来的运行策略：在电价的峰平时段，优先开启直燃机，在谷电时段优先开启离心机。直燃机，在谷电时段优先开启离心机。改造运行策略：无论何时都优先采用优先离心机方案，当改造运行策略：无论何时都优先采用优先离心机方案，当负荷大于两台离心机时，再开启直燃机。负荷大于两台离心机时，再开启直燃机。费用费用(万元万元)酒店目前的运行策略酒店目前的运行策略86.1全年优先开启离心机的运行策略全年优先开启离心机的运行策略67.7节省运行费用节省运行费用18.4节省比率节省比率20%冷站部分全年运行费用冷站部分全年运行费用 对无成本改造方案对无成本改造方案应当落实应当落实 冷冻水输配系统改造冷冻水输
23、配系统改造 现状与问题分析：现状与问题分析：部分负荷下冷冻水的流量小，为保证楼内各路水路的均匀部分负荷下冷冻水的流量小，为保证楼内各路水路的均匀性，加开一台性，加开一台1泵（见下图），加大流量，以保证楼内泵（见下图），加大流量，以保证楼内各路冷冻水路的均匀性；各路冷冻水路的均匀性；原本一机配一泵，实际是一机多台泵配合运行；原本一机配一泵，实际是一机多台泵配合运行；旁通混水现象；旁通混水现象；运行中的冷机前后阀门没有完全打开；运行中的冷机前后阀门没有完全打开；一机对多泵的现象造成旁通水量一机对多泵的现象造成旁通水量 冷机：冷机：3、5开开1、2关关水泵：水泵：5、3、1开开2关关结果：结果：造成
24、从造成从2冷机旁通冷机旁通的水流量比的水流量比3冷机冷机的水流量还大。的水流量还大。5123回水回水改造方案：改造方案：严格采用一机对一泵的运行方式，避免开一台机组开多严格采用一机对一泵的运行方式，避免开一台机组开多台泵的情况；台泵的情况；将不开启的冷机前后的阀门关死，避免旁通的情况；将不开启的冷机前后的阀门关死，避免旁通的情况；将开启的冷机前后的阀门全部打开，避免用阀门开度来将开启的冷机前后的阀门全部打开，避免用阀门开度来强行减小水流量的情况。强行减小水流量的情况。实施一机一泵运行方式后结果：实施一机一泵运行方式后结果：直燃机总的直燃机总的COP从从0.83升高到升高到0.91；总耗电量减少
25、了总耗电量减少了37.9kW；每天可以节省每天可以节省910度电；度电；每年可以节省电费每年可以节省电费3万元。万元。无成本改造方案无成本改造方案应当落实应当落实冷却水系统改造冷却水系统改造 现状：现状：冷却水系统共采用了五台冷却塔，两台小的冷却塔对应两冷却水系统共采用了五台冷却塔，两台小的冷却塔对应两台离心机，三台大的冷却塔对应三台直燃机；台离心机，三台大的冷却塔对应三台直燃机；每台冷却塔配备一台风扇。三台大的冷却塔之间有旁通管每台冷却塔配备一台风扇。三台大的冷却塔之间有旁通管连接，两台小的同样也有旁通管连接。连接，两台小的同样也有旁通管连接。问题：问题：冷却塔维护不足，冷却塔维护不足，飘水
26、飘水损失严重；损失严重；布水不匀，冷却水回水温度高，冷却塔效率低。布水不匀，冷却水回水温度高，冷却塔效率低。改造方案与节能潜力改造方案与节能潜力重新布置冷却塔填料，使布水重新布置冷却塔填料，使布水均匀；均匀；更换冷却塔破损的挡板，减少更换冷却塔破损的挡板，减少漂水损失。漂水损失。更换冷却塔挡板后，每天可减更换冷却塔挡板后，每天可减少少飘水飘水量量40t/台，预计全年由于台，预计全年由于减少飘水而节约减少飘水而节约2.5万元。万元。低成本改造低成本改造应当鼓励应当鼓励宴会厅空调箱改造宴会厅空调箱改造 空调系统采用全空气系统，问题如下：空调系统采用全空气系统，问题如下：过滤器或表冷器有堵塞的现象过
27、滤器或表冷器有堵塞的现象 新风量过大将增加空调箱所需处理的新风负荷，增大能源新风量过大将增加空调箱所需处理的新风负荷，增大能源消耗。消耗。改造方案：改造方案：空调箱要定期清洗过滤器，以免因灰尘造成堵塞；空调箱要定期清洗过滤器，以免因灰尘造成堵塞；过渡季时空调箱的新风阀可以开大，夏季和冬季时要减小过渡季时空调箱的新风阀可以开大，夏季和冬季时要减小新风阀的开度，所送新风量满足宴会厅人员的需求即可。新风阀的开度，所送新风量满足宴会厅人员的需求即可。节能效果：节能效果：预计全年三台空调箱将省下预计全年三台空调箱将省下34万元。万元。低成本改造低成本改造应当鼓励应当鼓励空调系统空调系统 改造经济性分析一
28、览改造经济性分析一览节能改造建议节能改造建议全年节省费用（万元）全年节省费用（万元）冷源改造冷源改造18冷冻水输配系统改造冷冻水输配系统改造3冷却塔改造冷却塔改造2.5宴会厅空调箱改造宴会厅空调箱改造3-4总计总计26.527.5无成本或低成本改造方案无成本或低成本改造方案此为此为50000平方米酒店，对于更大的酒店、办公楼、商场平方米酒店，对于更大的酒店、办公楼、商场等高耗能建筑，无成本或低成本下的节能潜力将会更大。等高耗能建筑，无成本或低成本下的节能潜力将会更大。4 中央空调系统的节能建议和措施中央空调系统的节能建议和措施1、实行严格的、实行严格的新建公建建筑审批新建公建建筑审批制度制度l
29、控制大型公共建筑建设项目控制大型公共建筑建设项目l控制既有公共建筑的大规模提高标准的改建项目控制既有公共建筑的大规模提高标准的改建项目l控制超标准，豪华型住宅的建造控制超标准，豪华型住宅的建造2、对、对新建公建建筑新建公建建筑实行严格的实行严格的节能审查节能审查制度制度l包括对方案设计、施工设计的审查，对施工过程中的包括对方案设计、施工设计的审查，对施工过程中的检查，及竣工时的节能验收检查，及竣工时的节能验收l逐渐形成和发展出建筑全过程能耗与性能监理咨询这逐渐形成和发展出建筑全过程能耗与性能监理咨询这种新的方式和社会服务行业。种新的方式和社会服务行业。对对既有公建建筑既有公建建筑：3、加强现有无成本或低成本节能经验的总结和宣、加强现有无成本或低成本节能经验的总结和宣传；加强对中央空调系统运行人员的节能培训；传；加强对中央空调系统运行人员的节能培训；4、落实和鼓励无成本或低成本的节能技术改造或、落实和鼓励无成本或低成本的节能技术改造或运行方案调整。运行方案调整。谢谢 谢！谢！
