資訊動態(tài)
中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造方案的節(jié)能量測量及驗證方法初探
摘要：通過調(diào)研中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造項目相關(guān)案例,分析和歸納目前常用的中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造措施及策略。重點介紹GB/T28750—2012規(guī)定的節(jié)能量測量和驗證方法,明確不同方法在中央空調(diào)系統(tǒng)中的適用情況,給出不同方法的典型應用場合和應用示例。
關(guān)鍵詞：中央空調(diào)系統(tǒng);節(jié)能改造工程;節(jié)能量;測量和驗證;
據(jù)統(tǒng)計，目前發(fā)達國家的建筑能耗一般占總能耗的１／３，大型公共建筑的空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑能耗的５０％～６０％，與發(fā)達國家相比，我國此類建筑的平均能耗值高于日本，與美國平均值大體接近。另外，我國同一地區(qū)同一性質(zhì)的此類建筑，耗電量差別最大可達５０％，節(jié)能潛力巨大。
但由于節(jié)能改造費用高、啟動資金落實難等諸多因素，導致節(jié)能推動工作受到制約，其中運行管理節(jié)能最難。發(fā)達國家的實踐表明，合同能源管理是解決這一問題的有效途徑。目前，合同能源管理已經(jīng)開始應用于中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造。
?。敝醒肟照{(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造措施及策略
?。保敝醒肟照{(diào)系統(tǒng)冷源主機改造目前，絕大多數(shù)中央空調(diào)冷熱源機房容量偏大，單臺機組的負荷率一般在６０％以下。作為系統(tǒng)耗能最大的部分，對其進行改造節(jié)能潛力巨大。
目前，成熟的改造技術(shù)有：空調(diào)主機變頻控制、增加變?nèi)萘啃C組以及更換高效空調(diào)機組。
１．１．１空調(diào)主機變頻控制由于冷水機組９９％以上的時間在部分負荷工況下運行，而在部分負荷下，變頻式離心機組的效率較高，因此空調(diào)主機變頻控制一般用于離心式冷水機組的改造。機組變頻控制還可以提高機組的功率因數(shù)，優(yōu)化機組啟動性能，避開喘振點，提高機組可靠性。
李玉云等［３］給出空調(diào)主機變頻控制節(jié)能改造的案例：某公司的中央空調(diào)采用了２臺６５０Ｒｔ離心式冷水機組，用于生產(chǎn)車間空調(diào)系統(tǒng)，機組２４ｈ不間斷運行，負荷穩(wěn)定，標準出水溫度，夏季２臺運行，冬季單臺運行。其中１＃機運行５年后改造為變頻控制機組，經(jīng)過一年多的運行實踐，表明無論是在大負荷工況運行還是小負荷工況運行，都比工頻機組節(jié)能。
?。保保苍黾幼?nèi)萘啃C組采用中央空調(diào)供冷，供冷時間集中，選用的設(shè)備都是大型機組，運行成本較高，且對建筑物內(nèi)各用戶的工作時間統(tǒng)一性有嚴格要求。在系統(tǒng)低負荷時，一般沒有設(shè)置單獨的小型機組，導致大馬拉小車的現(xiàn)象。對于冷源機房容量選擇大，通過臺數(shù)控制并不能滿足安全、高效運行的情況。因此簡單地按容量大小確定運行臺數(shù)并不一定是最節(jié)能的方式。在許多節(jié)能改造工程中，通過增加變?nèi)萘啃C組，采用冷熱源設(shè)備大、小搭配的設(shè)計方案，并采用群控方式，合理地確定運行模式對節(jié)能是非常有利的。
給出廣州維多利廣場裙樓的中央空調(diào)系統(tǒng)改造案例：該建筑是集商場、餐飲、寫字樓功能于一體的綜合性大樓。由于商場上班和餐飲服務(wù)錯位運行，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時疏忽了時間錯位，每天２２：００后保留一臺３００Ｒｔ的主機為三樓酒家約２００ｍ２的餐廳供冷氣，機組處于大馬拉小車的狀態(tài)，能源浪費嚴重。針對上述情況，業(yè)主對空調(diào)系統(tǒng)進行了節(jié)能改造，增設(shè)１臺２０ｈｐ風冷空調(diào)冷水主機，在錯位時間單獨為餐飲供冷。通過實際運行發(fā)現(xiàn)，改造效果明顯。
?。保保掣鼡Q高效空調(diào)主機一般情況下，在中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造工程中，不會更換主機系統(tǒng)（成本高）。但是在一些特定場合，如設(shè)備運行周期過長，導致機組運行能耗增加過大等場合，也會采用更換主機的措施。這類節(jié)能改造工程一般工程量大，水系統(tǒng)、輸配系統(tǒng)等改造同時進行。
郁松濤等介紹的上海國際飯店節(jié)能改造工程中，由于原有系統(tǒng)采用的離心式冷水機組效率太低（ＣＯＰ＝３．６１），改造時更換為更加高效的螺桿式冷水機組。此外，采用了冷凍水泵、冷卻水泵變頻及系統(tǒng)運行管理等其他節(jié)能技術(shù)。通過能耗監(jiān)測，改造后酒店的用電量大幅下降，節(jié)能率高達５４％。
１．２冷凍水泵和冷卻水泵變頻驅(qū)動改造由于改造方便、成本低等特點，對中央空調(diào)系統(tǒng)的冷凍水泵和冷卻水泵進行變頻改造，是目前中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造過程中的主要措施之一。
對于水系統(tǒng)，水泵采用變速控制比采用水泵臺數(shù)控制更節(jié)能，一般情況下，水泵轉(zhuǎn)速可采用定壓差方式進行控制，取水泵環(huán)路中各遠端支管上有代表性的壓差信號。當有一個壓差信號未能達到設(shè)定要求時，提高水泵的轉(zhuǎn)速，直到滿足為止；反之，如所有壓差信號都超過設(shè)定值，則降低轉(zhuǎn)速。中央空調(diào)系統(tǒng)水泵采用變頻控制，可以根據(jù)空調(diào)負荷實時調(diào)整冷凍水、冷卻水流量，減少系統(tǒng)能耗，還可以降低泵系統(tǒng)的損耗，提高設(shè)備使用壽命。
俞文勝等［６－８］給出了冷凍／冷卻水泵的變頻驅(qū)動改造的案例。通過監(jiān)測中央空調(diào)主機的冷凍水、冷卻水的進出水溫差值控制冷凍、冷卻水泵變頻器的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水的流量。將冷凍水、冷卻水運行溫差適當提高，降低泵的運行流量和運行負荷，以此達到節(jié)能目標。
?。保持醒肟照{(diào)系統(tǒng)末端改造中央空調(diào)系統(tǒng)的末端改造一般采用末端風機的自動調(diào)速技術(shù)。一般情況下，空調(diào)系統(tǒng)末端風機是在額定全壓下運行，工作場所的風速、風壓和風量的調(diào)節(jié)都是通過調(diào)整擋板開合度實現(xiàn)的。這不僅浪費了大量的電能，而且還使風機電機總是高速運轉(zhuǎn)，使得風機和其他機械傳動器件的使用壽命縮短。變風量末端裝置根據(jù)室內(nèi)負荷的變化，動態(tài)調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速，改變送風量，以此達到節(jié)能目標。風機變速可以采取的方法有定靜壓控制法、變靜壓控制法和總風量控制法。
在青島市嶗山區(qū)政府辦公樓制冷供暖系統(tǒng)的節(jié)能改造項目中［９］，原有３臺新風機組風機沒有配置變頻設(shè)備，啟動后工頻運行，風機始終運行在最大輸出功率下，不能按照需要進行調(diào)節(jié)，僅靠末端空調(diào)采用節(jié)流的方式調(diào)節(jié)風量而風機輸出功率不變，致使電能浪費嚴重。改造方案中對３臺新風機組風機加裝變頻控制設(shè)備，根據(jù)系統(tǒng)用風量的需要直接對風機電機進行變頻調(diào)速。
?。保粗悄芸刂葡到y(tǒng)的應用中央空調(diào)系統(tǒng)是一個多變量、復雜的、時變的系統(tǒng)，其過程要素之間存在嚴重的非線性、大滯后及強耦合關(guān)系。中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造工程中，經(jīng)常采用智能控制技術(shù)，對能耗最大的空調(diào)主機采用冷量優(yōu)化控制方式，確?？照{(diào)主機在高效區(qū)域運行。根據(jù)空調(diào)末端負荷的變化，實現(xiàn)空調(diào)主機與冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔以及空調(diào)末端等設(shè)備的聯(lián)鎖控制和啟停，保證設(shè)備安全運行的同時節(jié)約能源。
南京南站中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造項目［１０］是典型的智能控制系統(tǒng)應用案例：作為僅次于北京南站的全國第二大鐵路樞紐站，其中央空調(diào)系統(tǒng)平均年能耗約占站房總能耗的６５％。實際運行中，達到設(shè)計負荷條件下的運行時間段很少（每年大約一個月左右），大部分時間段都在低于設(shè)計負荷工況運行，在過渡季節(jié)空調(diào)負荷往往不足最大負荷的３０％。建設(shè)初期系統(tǒng)所有動力設(shè)備均采用定頻控制，其運行功率并沒有隨負荷的變化而變化，電力浪費非常嚴重。改造方案中，根據(jù)中央空調(diào)冷熱源的具體情況，冷熱源站的一次冷凍水泵、二次冷凍水泵、冷卻水泵都采用智能控制柜進行變頻調(diào)速控制，冷卻塔風機采用智能控制箱進行啟?？刂啤＝?jīng)過節(jié)能技術(shù)改造后，相對于系統(tǒng)原來的控制模式，耗電量節(jié)約３６．７７％。
?。保抵醒肟照{(diào)系統(tǒng)運行管理方式的調(diào)整談到中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，人們首先想到的是采用節(jié)能技術(shù)達到節(jié)能目標，而往往忽略系統(tǒng)運行管理帶來的節(jié)能潛力。通過制定相關(guān)運行管理制度，提高中央空調(diào)系統(tǒng)的控制管理水平，也可以大大降低系統(tǒng)的運行能耗。
陳俊偉給出中央空調(diào)系統(tǒng)運行管理方式調(diào)整的案例：汕頭大學新圖書館在建設(shè)初期由于運行管理方式不到位，得不到相應的節(jié)能效果。通過制定行之有效的節(jié)能管理措施，包括空調(diào)系統(tǒng)主機運行參數(shù)和室內(nèi)空氣參數(shù)設(shè)置、合理安排機組設(shè)備的啟停臺數(shù)和時間、系統(tǒng)設(shè)備定時清洗除垢等運行管理方式的調(diào)整，極大地減少了中央空調(diào)系統(tǒng)的電能消耗（改造后節(jié)能５％）。
１．６多種節(jié)能方式的綜合應用在某些中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造工程中，為了最大程度的節(jié)能，一般會同時采用多種節(jié)能方式。
陳雋武［８］介紹了某高層辦公大樓中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造工程案例，改造方案將原有的多個空調(diào)系統(tǒng)通過加大集、分水器，利用同一個水系統(tǒng)，合并為一個空調(diào)系統(tǒng)；此外，還應用了變頻技術(shù)實現(xiàn)冷卻水泵和冷卻塔風機的變頻調(diào)節(jié)。薛遵義［１２］給出了第四軍醫(yī)大學口腔醫(yī)院門診大樓中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造工程案例，改造工程綜合利用了冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機變頻改造技術(shù)，水處理系統(tǒng)改造和設(shè)備維護清洗等管理運行措施。改造后全年中央空調(diào)系統(tǒng)平均總能耗比改造前減少２７％。
?。保方ㄖw改造方案在一些既有建筑節(jié)能改造工程和特定應用場合中，為了最大限度地降低建筑能耗，一般采用建筑整體改造方案。中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造一般伴隨著建筑圍護結(jié)構(gòu)改造、玻璃門窗改造和照明系統(tǒng)改造等方案同時進行。
文成炳等［１３］給出了典型的整體建筑改造方案的案例，建鄴大廈作為原南京市建鄴區(qū)人民政府辦公大樓于１９９７年建造完工，由于年久失修，建鄴大廈的中央空調(diào)系統(tǒng)、外圍護結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)備系統(tǒng)等均有不同程度的老化與損壞。由于南京市建鄴區(qū)人民政府已經(jīng)搬遷至別處，建鄴大廈在節(jié)能改造后將作為寫字樓對外招商出租，其整體建筑功能也發(fā)生改變。對大廈按照甲類公建要求、６５％節(jié)能設(shè)計標準進行防震加固與節(jié)能改造修繕，改造內(nèi)容主要包括建筑圍護結(jié)構(gòu)改造、供配電與照明系統(tǒng)改造和中央空調(diào)系統(tǒng)改造。建筑圍護結(jié)構(gòu)改造內(nèi)容包括外墻和屋頂?shù)耐獗?、更換節(jié)能窗。
供配電與照明系統(tǒng)改造包括拆除室內(nèi)原有供配電線路、配電箱、照明設(shè)備等，對大廈重新進行配套裝飾工程的電氣設(shè)計與改造。中央空調(diào)系統(tǒng)改造采用的方案為拆除原有主機（冷水機組的空調(diào)系統(tǒng)和新風系統(tǒng)），新建空調(diào)系統(tǒng)和新風系統(tǒng)。改造后空調(diào)系統(tǒng)采用變頻多聯(lián)機系統(tǒng)，新風系統(tǒng)采用全熱交換器。此外，根據(jù)大樓的實際需要，安裝分項計量裝置，有效實現(xiàn)各樓層的能耗監(jiān)測與統(tǒng)計，提高系統(tǒng)能耗管理水平。
２中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能量測量和驗證方法
從上述內(nèi)容可以看到，目前中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造措施及策略主要包括：中央空調(diào)系統(tǒng)冷源主機改造技術(shù)、冷凍水泵和冷卻水泵變頻驅(qū)動改造、中央空調(diào)系統(tǒng)末端改造、智能控制系統(tǒng)的應用、中央空調(diào)系統(tǒng)運行管理方式的調(diào)整、多種節(jié)能方式的綜合應用以及建筑整體改造方案等幾種方法。對其進行歸納，可分為建筑整體改造方案、分項改造方案和運行管理改造方案３類。
因為儀表無法測量沒有能源消費的情況，因此目前不存在直接測量能源消費節(jié)約的方式。由于通過改造前后的能源消耗量的比較無法區(qū)分節(jié)能改造措施以與天氣、人員占用等其他外部因素的影響，因此為了評估節(jié)能效果，必須排除這些外部因素的影響。
?。玻惫?jié)能量的計算節(jié)能量是指節(jié)能改造項目實施后，改造后能源消耗量相對于通過自變量（如天氣、建筑物使用面積、人員占用情況以及產(chǎn)量等）確定的改造前基準能源消耗量的減少量［１４］。
ＧＢ／Ｔ２８７５０—２０１２《節(jié)能量測量和驗證技術(shù)通則》給出了節(jié)能量（Ｅｓ）、基準能耗（Ｅｂ）、統(tǒng)計報告期能耗（Ｅｒ）和校準能耗（Ｅａ）的關(guān)系，如圖１所示。
圖１節(jié)能量相關(guān)參數(shù)示意圖報告期內(nèi)的節(jié)能量（Ｅｓ）由式（１）計算：
?。牛螅剑牛颍牛幔ǎ保玻补?jié)能量測量和驗證方法ＧＢ／Ｔ２８７５０—２０１２規(guī)定了“基期能耗－影響因素”模型法、直接比較法和模擬軟件法３種節(jié)能量測量和驗證方法。筆者對照中央空調(diào)系統(tǒng)具體實施措施和策略，重點介紹各類方法在中央空調(diào)系統(tǒng)應用的適用條件及典型應用場合并給出相關(guān)應用示例。
?。玻玻薄盎谀芎模绊懸蛩亍蹦Ｐ头ㄍㄟ^回歸分析等方法建立基期能耗與其影響因素的相關(guān)性模型如式（２），所建立的模型應具有良好的相關(guān)性。
Ｅｂ＝ｆ（ｘ１，ｘ２，…，ｘｉ）（２）式中：Ｅｂ為基期能耗；ｘｉ為基期能耗影響因素的值。
對于中央空調(diào)系統(tǒng)而言，對空調(diào)系統(tǒng)能耗影響的重要因素包括環(huán)境因素（如大氣溫濕度、太陽輻照強度等）和系統(tǒng)運行因素（如建筑物人員密度、冷水機組供回水溫度、冷卻水供回水溫度和新風量等）。
統(tǒng)計期的校準能耗由式（３）計算：
?。牛幔剑妫ǎ洌?，ｘ′２，…，ｘ′ｉ）＋Ａｍ（３）式中：ｘ′ｉ為式（２）中第ｉ種影響因素在統(tǒng)計報告期內(nèi)的值；Ａｍ為校準能耗調(diào)整值。Ａｍ通常為０，僅當原本假定不變的影響因素發(fā)生重大偶然變化時，如建筑的空調(diào)應用面積發(fā)生改變等情況，可通過合理設(shè)定Ａｍ值得到校準能耗，設(shè)定Ａｍ時用到的影響因素應與式（２）中用到的影響因素相互獨立。
由式（２）和式（３）可以看出，采用“基期能耗－影響因素”法進行節(jié)能量測量和驗證時，必須獲得改造前后系統(tǒng)的能耗水平以及影響系統(tǒng)能耗水平的重要因素和取值。因此，該方法的應用必須滿足以下條件：
?。保┰诠?jié)能改造前后都能正常獲得中央空調(diào)系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)和影響因素；２）為了總結(jié)中央空調(diào)系統(tǒng)能耗與其影響因素的量化關(guān)系，基準期系統(tǒng)運行的能耗數(shù)據(jù)及其影響因素測量數(shù)據(jù)必須跨越系統(tǒng)正常運行的所有工況范圍，即至少包含１個制冷季的能耗及影響因素監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于使用熱泵型空調(diào)主機的系統(tǒng)，還必須包含１個采暖季的能耗及影響因素監(jiān)測數(shù)據(jù)；３）改造預期的節(jié)能量比較大，足以擺脫其他影響因素對能耗的隨機干擾；４）中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗采用分項計量。
“基期能耗－影響因素”模型法適用于以下應用場合：
?。保┬柙u估改造前后整個中央空調(diào)系統(tǒng)的能效狀況；２）采取單項節(jié)能措施，但改造前后系統(tǒng)能耗受天氣、人員密度等因素影響顯著；３）中央空調(diào)系統(tǒng)改造過程中采取了多項節(jié)能措施，且存在顯著的相互影響；４）很難將被改造的技術(shù)或設(shè)備與中央空調(diào)系統(tǒng)的其他部分的能耗分開。
大部分的中央空調(diào)系統(tǒng)分項改造節(jié)能措施及策略，包括冷源主機改造技術(shù)、末端風機改造、智能控制系統(tǒng)的應用以及多種節(jié)能方式的綜合應用均可以采用該方法進行節(jié)能量的測量和驗證。由于不同改造方案基準模型的建立不同，筆者以水冷冷水機組改造為例，簡單介紹“基期能耗－影響因素”模型法的應用。
在一些機組應用時間較長且冷水機組性能水平衰減較大的應用場合，常通過更換更加高效的冷水機組達到節(jié)能效果。文獻［１４］給出了冷水機組性能系數(shù)方程式，根據(jù)式（２）建立冷水機組的“基期能耗－影響因素”模型，如式（４）～式（６）所示：
?。保茫希校剑保裕裕悖椋澹铮粒埃粒保裕悖椋粒玻ǎ裕悖椋裕澹铮眩澹ǎ矗眩澹剑停濉粒ǎ裕澹椋裕澹铮力选粒悖ǎ担茫希校剑眩澹校ǎ叮┦街校海茫希袨槔渌畽C組制冷性能系數(shù)；Ｑｅ為機組凈制冷量（ｋＷ）；Ｐ為冷水機組總功耗（ｋＷ）；Ｔｃｉ為冷卻水進水溫度（Ｋ）；Ｍｅ為冷凍水流量（ｍ３／ｓ）；Ｔｅｉ為冷凍水進水溫度（Ｋ）；Ｔｅｏ為冷凍水出水溫度（Ｋ）；ρ為冷水密度，通常?。保埃埃埃耄纾恚?；ｃ為水的比熱容，通常?。矗保福叮耄剩ǎ耄纭ぃ耍?；Ａ０，Ａ１和Ａ２為模型回歸系數(shù)。
根據(jù)模型，基準期和統(tǒng)計報告期分別需要測試和采集的數(shù)據(jù)包括冷卻水進水溫度Ｔｃｉ，冷凍水流量Ｍｅ，冷凍水進水溫度Ｔｅｉ，冷凍水出水溫度Ｔｅｏ和冷水機組總功耗Ｐ。根據(jù)基準期機組運行的能耗數(shù)據(jù)及其影響因素測量數(shù)據(jù)（至少包含１個空調(diào)制冷季的能耗及影響因素監(jiān)測數(shù)據(jù)），對式（４）進行回歸分析，就可以求解得到模型的回歸系數(shù)Ａ０，Ａ１和Ａ２，將上述系數(shù)代入式（４）就得到最終的“基期能耗－影響因素”計算模型。假設(shè)統(tǒng)計報告期某運轉(zhuǎn)時間段ｔ內(nèi)的測試和監(jiān)測數(shù)據(jù)為冷卻水進水溫度Ｔｃｉ－ｐｏｓｔ，冷凍水流量Ｍｅ－ｐｏｓｔ，冷凍水進水溫度Ｔｅｉ－ｐｏｓｔ，冷凍水出水溫度Ｔｅｏ－ｐｏｓｔ和冷水機組總功耗Ｐｐｏｓｔ，將上述數(shù)據(jù)代入式（４）和式（５）分別得到改善前基準期的冷水機組制冷性能系數(shù)ＣＯＰｂａｓｅ和統(tǒng)計報告期ｔ的機組凈制冷量Ｑｅ－ｐｏｓｔ，則統(tǒng)計報告期ｔ的冷水機組能耗Ｅｒ－ｔ（ｋＷ·ｈ）和校準能耗Ｅａ－ｔ（ｋＷ·ｈ）分別以式（７）和式（８）計算：
?。牛颍簦剑校穑铮螅簟粒簦ǎ罚牛幔簦剑眩澹穑铮螅簦茫希校猓幔螅濉粒簦ǎ福┥鲜鼋Y(jié)果代入式（１）即得到統(tǒng)計報告期ｔ內(nèi)的節(jié)能量Ｅｓ－ｔ。
?。玻玻仓苯颖容^法在節(jié)能措施關(guān)閉，不影響中央空調(diào)系統(tǒng)運行的情況下，可以采用直接比較法進行節(jié)能量的測量和驗證。在統(tǒng)計報告期內(nèi)，分別測量典型運行工況下節(jié)能措施開啟和關(guān)閉時的能源消耗量Ｅｏｎ，ｉ和Ｅｏｆｆ，ｉ，將典型工況下的Ｅｏｎ，ｉ和Ｅｏｆｆ，ｉ作為輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)約定的計算方法分別確定Ｅｒ和Ｅａ，由式（１）計算Ｅｓ。
該方法的應用必須滿足以下條件：
１）當節(jié)能措施關(guān)閉時，不影響中央空調(diào)系統(tǒng)的運行；２）節(jié)能措施之間或與其他設(shè)備之間的相互影響可忽略不計或可測量和計算。
直接比較法適用于以下典型中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造應用場合：
１）中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍水泵、冷卻水泵的變頻改造；２）中央空調(diào)系統(tǒng)末端風機的變頻改造；３）中央空調(diào)系統(tǒng)運行管理改造。
筆者以水泵變頻改造為例，簡單介紹直接比較法的應用。水泵的工頻改變頻為目前常用的空調(diào)系統(tǒng)水系統(tǒng)改造方式。由于工頻水泵無法根據(jù)負荷的變化實時調(diào)整功率輸出，因此工頻水泵一般有一個相對穩(wěn)定的功率輸出范圍，并在此范圍內(nèi)波動。應用直接比較法進行工頻改變頻水泵方式節(jié)能量的計算時，在改造后的報告統(tǒng)計期內(nèi)選擇典型運行工況的某個運行時間段Ｈｏｆｆ，關(guān)閉水泵的變頻調(diào)節(jié)功能，使水泵工頻運行，連續(xù)測量并記錄該時間段Ｈｏｆｆ內(nèi)的水泵功率輸出Ｐｏｆｆ－ｉ，計算水泵的平均功率輸出Ｐｏｆｆ，ａ，Ｐｏｆｆ，ａ＝ΣＰｏｆｆ－ｉ／Ｈｏｆｆ。則改造后統(tǒng)計報告期Ｈｒ－ｐｏｓｔ內(nèi)的節(jié)能量以式（９）計算：
Ｅｓ＝Ｅｒ－Ｅａ＝Ｅｏｎ－Ｅｏｆｆ＝Ｅｏｎ－Ｐｏｆｆ，ａ×Ｈｒ－ｐｏｓｔ（９）式中：Ｅｓ為水泵改造所帶來的節(jié)電量（ｋＷ·ｈ）；Ｈｒ－ｐｏｓｔ為改造后統(tǒng)計報告期內(nèi)水泵處于使用狀態(tài)的時間（ｈ）；Ｅｏｎ為改造后統(tǒng)計報告期Ｈｒ－ｐｏｓｔ內(nèi)水泵連續(xù)運行的耗電量（ｋＷ·ｈ）；Ｐｏｆｆ，ａ為節(jié)能措施關(guān)閉后水泵連續(xù)測量獲得的平均功率。
２．２．３模擬軟件法該方法采用模擬軟件分別模擬節(jié)能改造措施應用前后的空調(diào)系統(tǒng)能耗狀況，確定Ｅａ及Ｅｒ，利用式（１）計算Ｅｓ。
該方法的應用必須滿足以下條件：
?。保┯脕碇贫ㄖ醒肟照{(diào)系統(tǒng)能耗模型的模擬軟件必須獲得行業(yè)認可；２）計算軟件必須經(jīng)過預先校核，以便模擬的能耗與實測數(shù)據(jù)吻合。
模擬軟件法適用于以下情況：
?。保o法獲得中央空調(diào)系統(tǒng)改造前或改造后的能耗數(shù)據(jù)，或獲得的數(shù)據(jù)不可靠；２）中央空調(diào)系統(tǒng)改造中采取了多項節(jié)能措施，且存在顯著的相互影響，很難采用測量法進行測量或測量費用很高；３）被改造的中央空調(diào)系統(tǒng)和采取的節(jié)能措施可以用成熟的模擬軟件進行模擬，并有實際能耗或負荷數(shù)據(jù)進行比對；４）預期的節(jié)能量不夠大，無法采用上述２種方法將其區(qū)分。
模擬軟件法的典型適用場合為建筑整體改造方案，中央空調(diào)系統(tǒng)的改造伴隨建筑圍護結(jié)構(gòu)、玻璃門窗、照明系統(tǒng)等改造措施同時進行。而圍護結(jié)構(gòu)、玻璃門窗、照明系統(tǒng)對中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗影響顯著，無法用測量的方法單獨計算其節(jié)能量。
目前，采用動態(tài)計算的商用模擬軟件可以分為２類，側(cè)重于建筑負荷計算的與側(cè)重于系統(tǒng)設(shè)備模擬的。許多成熟的商用建筑模擬軟件，都已經(jīng)有了ＨＶＡＣ系統(tǒng)的模塊，例如ＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓ，ＤＯＥ２和ＤｅＳＴ等［１５］。
３結(jié)論
?。保┩ㄟ^調(diào)研分析，目前中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造措施及策略主要包括建筑整體改造方案、分項改造方案和運行管理改造方案３類。建筑整體改造方案中，中央空調(diào)系統(tǒng)一般伴隨著圍護結(jié)構(gòu)改造、照明系統(tǒng)改造以及門窗改造等改造同時進行；分項改造方案中常用的節(jié)能改造技術(shù)和措施又包括冷源主機改造技術(shù)、冷凍水泵和冷卻水泵變頻驅(qū)動改造、中央空調(diào)系統(tǒng)末端改造、智能控制系統(tǒng)的應用和多種節(jié)能方式的綜合應用等。
摘要：通過調(diào)研中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造項目相關(guān)案例,分析和歸納目前常用的中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造措施及策略。重點介紹GB/T28750—2012規(guī)定的節(jié)能量測量和驗證方法,明確不同方法在中央空調(diào)系統(tǒng)中的適用情況,給出不同方法的典型應用場合和應用示例。
關(guān)鍵詞：中央空調(diào)系統(tǒng);節(jié)能改造工程;節(jié)能量;測量和驗證;
據(jù)統(tǒng)計，目前發(fā)達國家的建筑能耗一般占總能耗的１／３，大型公共建筑的空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑能耗的５０％～６０％，與發(fā)達國家相比，我國此類建筑的平均能耗值高于日本，與美國平均值大體接近。另外，我國同一地區(qū)同一性質(zhì)的此類建筑，耗電量差別最大可達５０％，節(jié)能潛力巨大。
但由于節(jié)能改造費用高、啟動資金落實難等諸多因素，導致節(jié)能推動工作受到制約，其中運行管理節(jié)能最難。發(fā)達國家的實踐表明，合同能源管理是解決這一問題的有效途徑。目前，合同能源管理已經(jīng)開始應用于中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造。
但是，中央空調(diào)系統(tǒng)用能形式具有多樣性，使得影響節(jié)能效果的因素很多，而我國缺乏科學統(tǒng)一適用的中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能量測量和驗證方法，易使供需雙方產(chǎn)生節(jié)能效果的認定上的分歧，嚴重影響中央空調(diào)系統(tǒng)合同能源管理模式的推進。
?。敝醒肟照{(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造措施及策略
?。保敝醒肟照{(diào)系統(tǒng)冷源主機改造目前，絕大多數(shù)中央空調(diào)冷熱源機房容量偏大，單臺機組的負荷率一般在６０％以下。作為系統(tǒng)耗能最大的部分，對其進行改造節(jié)能潛力巨大。
目前，成熟的改造技術(shù)有：空調(diào)主機變頻控制、增加變?nèi)萘啃C組以及更換高效空調(diào)機組。
１．１．１空調(diào)主機變頻控制由于冷水機組９９％以上的時間在部分負荷工況下運行，而在部分負荷下，變頻式離心機組的效率較高，因此空調(diào)主機變頻控制一般用于離心式冷水機組的改造。機組變頻控制還可以提高機組的功率因數(shù)，優(yōu)化機組啟動性能，避開喘振點，提高機組可靠性。
李玉云等［３］給出空調(diào)主機變頻控制節(jié)能改造的案例：某公司的中央空調(diào)采用了２臺６５０Ｒｔ離心式冷水機組，用于生產(chǎn)車間空調(diào)系統(tǒng)，機組２４ｈ不間斷運行，負荷穩(wěn)定，標準出水溫度，夏季２臺運行，冬季單臺運行。其中１＃機運行５年后改造為變頻控制機組，經(jīng)過一年多的運行實踐，表明無論是在大負荷工況運行還是小負荷工況運行，都比工頻機組節(jié)能。
?。保保苍黾幼?nèi)萘啃C組采用中央空調(diào)供冷，供冷時間集中，選用的設(shè)備都是大型機組，運行成本較高，且對建筑物內(nèi)各用戶的工作時間統(tǒng)一性有嚴格要求。在系統(tǒng)低負荷時，一般沒有設(shè)置單獨的小型機組，導致大馬拉小車的現(xiàn)象。對于冷源機房容量選擇大，通過臺數(shù)控制并不能滿足安全、高效運行的情況。因此簡單地按容量大小確定運行臺數(shù)并不一定是最節(jié)能的方式。在許多節(jié)能改造工程中，通過增加變?nèi)萘啃C組，采用冷熱源設(shè)備大、小搭配的設(shè)計方案，并采用群控方式，合理地確定運行模式對節(jié)能是非常有利的。
給出廣州維多利廣場裙樓的中央空調(diào)系統(tǒng)改造案例：該建筑是集商場、餐飲、寫字樓功能于一體的綜合性大樓。由于商場上班和餐飲服務(wù)錯位運行，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時疏忽了時間錯位，每天２２：００后保留一臺３００Ｒｔ的主機為三樓酒家約２００ｍ２的餐廳供冷氣，機組處于大馬拉小車的狀態(tài)，能源浪費嚴重。針對上述情況，業(yè)主對空調(diào)系統(tǒng)進行了節(jié)能改造，增設(shè)１臺２０ｈｐ風冷空調(diào)冷水主機，在錯位時間單獨為餐飲供冷。通過實際運行發(fā)現(xiàn)，改造效果明顯。
?。保保掣鼡Q高效空調(diào)主機一般情況下，在中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造工程中，不會更換主機系統(tǒng)（成本高）。但是在一些特定場合，如設(shè)備運行周期過長，導致機組運行能耗增加過大等場合，也會采用更換主機的措施。這類節(jié)能改造工程一般工程量大，水系統(tǒng)、輸配系統(tǒng)等改造同時進行。
郁松濤等介紹的上海國際飯店節(jié)能改造工程中，由于原有系統(tǒng)采用的離心式冷水機組效率太低（ＣＯＰ＝３．６１），改造時更換為更加高效的螺桿式冷水機組。此外，采用了冷凍水泵、冷卻水泵變頻及系統(tǒng)運行管理等其他節(jié)能技術(shù)。通過能耗監(jiān)測，改造后酒店的用電量大幅下降，節(jié)能率高達５４％。
１．２冷凍水泵和冷卻水泵變頻驅(qū)動改造由于改造方便、成本低等特點，對中央空調(diào)系統(tǒng)的冷凍水泵和冷卻水泵進行變頻改造，是目前中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造過程中的主要措施之一。
對于水系統(tǒng)，水泵采用變速控制比采用水泵臺數(shù)控制更節(jié)能，一般情況下，水泵轉(zhuǎn)速可采用定壓差方式進行控制，取水泵環(huán)路中各遠端支管上有代表性的壓差信號。當有一個壓差信號未能達到設(shè)定要求時，提高水泵的轉(zhuǎn)速，直到滿足為止；反之，如所有壓差信號都超過設(shè)定值，則降低轉(zhuǎn)速。中央空調(diào)系統(tǒng)水泵采用變頻控制，可以根據(jù)空調(diào)負荷實時調(diào)整冷凍水、冷卻水流量，減少系統(tǒng)能耗，還可以降低泵系統(tǒng)的損耗，提高設(shè)備使用壽命。
俞文勝等［６－８］給出了冷凍／冷卻水泵的變頻驅(qū)動改造的案例。通過監(jiān)測中央空調(diào)主機的冷凍水、冷卻水的進出水溫差值控制冷凍、冷卻水泵變頻器的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水的流量。將冷凍水、冷卻水運行溫差適當提高，降低泵的運行流量和運行負荷，以此達到節(jié)能目標。
?。保持醒肟照{(diào)系統(tǒng)末端改造中央空調(diào)系統(tǒng)的末端改造一般采用末端風機的自動調(diào)速技術(shù)。一般情況下，空調(diào)系統(tǒng)末端風機是在額定全壓下運行，工作場所的風速、風壓和風量的調(diào)節(jié)都是通過調(diào)整擋板開合度實現(xiàn)的。這不僅浪費了大量的電能，而且還使風機電機總是高速運轉(zhuǎn)，使得風機和其他機械傳動器件的使用壽命縮短。變風量末端裝置根據(jù)室內(nèi)負荷的變化，動態(tài)調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速，改變送風量，以此達到節(jié)能目標。風機變速可以采取的方法有定靜壓控制法、變靜壓控制法和總風量控制法。
在青島市嶗山區(qū)政府辦公樓制冷供暖系統(tǒng)的節(jié)能改造項目中［９］，原有３臺新風機組風機沒有配置變頻設(shè)備，啟動后工頻運行，風機始終運行在最大輸出功率下，不能按照需要進行調(diào)節(jié)，僅靠末端空調(diào)采用節(jié)流的方式調(diào)節(jié)風量而風機輸出功率不變，致使電能浪費嚴重。改造方案中對３臺新風機組風機加裝變頻控制設(shè)備，根據(jù)系統(tǒng)用風量的需要直接對風機電機進行變頻調(diào)速。
?。保粗悄芸刂葡到y(tǒng)的應用中央空調(diào)系統(tǒng)是一個多變量、復雜的、時變的系統(tǒng)，其過程要素之間存在嚴重的非線性、大滯后及強耦合關(guān)系。中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造工程中，經(jīng)常采用智能控制技術(shù)，對能耗最大的空調(diào)主機采用冷量優(yōu)化控制方式，確?？照{(diào)主機在高效區(qū)域運行。根據(jù)空調(diào)末端負荷的變化，實現(xiàn)空調(diào)主機與冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔以及空調(diào)末端等設(shè)備的聯(lián)鎖控制和啟停，保證設(shè)備安全運行的同時節(jié)約能源。
南京南站中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造項目［１０］是典型的智能控制系統(tǒng)應用案例：作為僅次于北京南站的全國第二大鐵路樞紐站，其中央空調(diào)系統(tǒng)平均年能耗約占站房總能耗的６５％。實際運行中，達到設(shè)計負荷條件下的運行時間段很少（每年大約一個月左右），大部分時間段都在低于設(shè)計負荷工況運行，在過渡季節(jié)空調(diào)負荷往往不足最大負荷的３０％。建設(shè)初期系統(tǒng)所有動力設(shè)備均采用定頻控制，其運行功率并沒有隨負荷的變化而變化，電力浪費非常嚴重。改造方案中，根據(jù)中央空調(diào)冷熱源的具體情況，冷熱源站的一次冷凍水泵、二次冷凍水泵、冷卻水泵都采用智能控制柜進行變頻調(diào)速控制，冷卻塔風機采用智能控制箱進行啟?？刂啤＝?jīng)過節(jié)能技術(shù)改造后，相對于系統(tǒng)原來的控制模式，耗電量節(jié)約３６．７７％。
?。保抵醒肟照{(diào)系統(tǒng)運行管理方式的調(diào)整談到中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，人們首先想到的是采用節(jié)能技術(shù)達到節(jié)能目標，而往往忽略系統(tǒng)運行管理帶來的節(jié)能潛力。通過制定相關(guān)運行管理制度，提高中央空調(diào)系統(tǒng)的控制管理水平，也可以大大降低系統(tǒng)的運行能耗。
陳俊偉給出中央空調(diào)系統(tǒng)運行管理方式調(diào)整的案例：汕頭大學新圖書館在建設(shè)初期由于運行管理方式不到位，得不到相應的節(jié)能效果。通過制定行之有效的節(jié)能管理措施，包括空調(diào)系統(tǒng)主機運行參數(shù)和室內(nèi)空氣參數(shù)設(shè)置、合理安排機組設(shè)備的啟停臺數(shù)和時間、系統(tǒng)設(shè)備定時清洗除垢等運行管理方式的調(diào)整，極大地減少了中央空調(diào)系統(tǒng)的電能消耗（改造后節(jié)能５％）。
１．６多種節(jié)能方式的綜合應用在某些中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造工程中，為了最大程度的節(jié)能，一般會同時采用多種節(jié)能方式。
陳雋武［８］介紹了某高層辦公大樓中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造工程案例，改造方案將原有的多個空調(diào)系統(tǒng)通過加大集、分水器，利用同一個水系統(tǒng)，合并為一個空調(diào)系統(tǒng)；此外，還應用了變頻技術(shù)實現(xiàn)冷卻水泵和冷卻塔風機的變頻調(diào)節(jié)。薛遵義［１２］給出了第四軍醫(yī)大學口腔醫(yī)院門診大樓中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造工程案例，改造工程綜合利用了冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機變頻改造技術(shù)，水處理系統(tǒng)改造和設(shè)備維護清洗等管理運行措施。改造后全年中央空調(diào)系統(tǒng)平均總能耗比改造前減少２７％。
?。保方ㄖw改造方案在一些既有建筑節(jié)能改造工程和特定應用場合中，為了最大限度地降低建筑能耗，一般采用建筑整體改造方案。中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造一般伴隨著建筑圍護結(jié)構(gòu)改造、玻璃門窗改造和照明系統(tǒng)改造等方案同時進行。
文成炳等［１３］給出了典型的整體建筑改造方案的案例，建鄴大廈作為原南京市建鄴區(qū)人民政府辦公大樓于１９９７年建造完工，由于年久失修，建鄴大廈的中央空調(diào)系統(tǒng)、外圍護結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)備系統(tǒng)等均有不同程度的老化與損壞。由于南京市建鄴區(qū)人民政府已經(jīng)搬遷至別處，建鄴大廈在節(jié)能改造后將作為寫字樓對外招商出租，其整體建筑功能也發(fā)生改變。對大廈按照甲類公建要求、６５％節(jié)能設(shè)計標準進行防震加固與節(jié)能改造修繕，改造內(nèi)容主要包括建筑圍護結(jié)構(gòu)改造、供配電與照明系統(tǒng)改造和中央空調(diào)系統(tǒng)改造。建筑圍護結(jié)構(gòu)改造內(nèi)容包括外墻和屋頂?shù)耐獗?、更換節(jié)能窗。
供配電與照明系統(tǒng)改造包括拆除室內(nèi)原有供配電線路、配電箱、照明設(shè)備等，對大廈重新進行配套裝飾工程的電氣設(shè)計與改造。中央空調(diào)系統(tǒng)改造采用的方案為拆除原有主機（冷水機組的空調(diào)系統(tǒng)和新風系統(tǒng)），新建空調(diào)系統(tǒng)和新風系統(tǒng)。改造后空調(diào)系統(tǒng)采用變頻多聯(lián)機系統(tǒng)，新風系統(tǒng)采用全熱交換器。此外，根據(jù)大樓的實際需要，安裝分項計量裝置，有效實現(xiàn)各樓層的能耗監(jiān)測與統(tǒng)計，提高系統(tǒng)能耗管理水平。
２中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能量測量和驗證方法
從上述內(nèi)容可以看到，目前中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造措施及策略主要包括：中央空調(diào)系統(tǒng)冷源主機改造技術(shù)、冷凍水泵和冷卻水泵變頻驅(qū)動改造、中央空調(diào)系統(tǒng)末端改造、智能控制系統(tǒng)的應用、中央空調(diào)系統(tǒng)運行管理方式的調(diào)整、多種節(jié)能方式的綜合應用以及建筑整體改造方案等幾種方法。對其進行歸納，可分為建筑整體改造方案、分項改造方案和運行管理改造方案３類。
因為儀表無法測量沒有能源消費的情況，因此目前不存在直接測量能源消費節(jié)約的方式。由于通過改造前后的能源消耗量的比較無法區(qū)分節(jié)能改造措施以與天氣、人員占用等其他外部因素的影響，因此為了評估節(jié)能效果，必須排除這些外部因素的影響。
?。玻惫?jié)能量的計算節(jié)能量是指節(jié)能改造項目實施后，改造后能源消耗量相對于通過自變量（如天氣、建筑物使用面積、人員占用情況以及產(chǎn)量等）確定的改造前基準能源消耗量的減少量［１４］。
ＧＢ／Ｔ２８７５０—２０１２《節(jié)能量測量和驗證技術(shù)通則》給出了節(jié)能量（Ｅｓ）、基準能耗（Ｅｂ）、統(tǒng)計報告期能耗（Ｅｒ）和校準能耗（Ｅａ）的關(guān)系，如圖１所示。
圖１節(jié)能量相關(guān)參數(shù)示意圖報告期內(nèi)的節(jié)能量（Ｅｓ）由式（１）計算：
?。牛螅剑牛颍牛幔ǎ保玻补?jié)能量測量和驗證方法ＧＢ／Ｔ２８７５０—２０１２規(guī)定了“基期能耗－影響因素”模型法、直接比較法和模擬軟件法３種節(jié)能量測量和驗證方法。筆者對照中央空調(diào)系統(tǒng)具體實施措施和策略，重點介紹各類方法在中央空調(diào)系統(tǒng)應用的適用條件及典型應用場合并給出相關(guān)應用示例。
?。玻玻薄盎谀芎模绊懸蛩亍蹦Ｐ头ㄍㄟ^回歸分析等方法建立基期能耗與其影響因素的相關(guān)性模型如式（２），所建立的模型應具有良好的相關(guān)性。
Ｅｂ＝ｆ（ｘ１，ｘ２，…，ｘｉ）（２）式中：Ｅｂ為基期能耗；ｘｉ為基期能耗影響因素的值。
對于中央空調(diào)系統(tǒng)而言，對空調(diào)系統(tǒng)能耗影響的重要因素包括環(huán)境因素（如大氣溫濕度、太陽輻照強度等）和系統(tǒng)運行因素（如建筑物人員密度、冷水機組供回水溫度、冷卻水供回水溫度和新風量等）。
統(tǒng)計期的校準能耗由式（３）計算：
?。牛幔剑妫ǎ洌?，ｘ′２，…，ｘ′ｉ）＋Ａｍ（３）式中：ｘ′ｉ為式（２）中第ｉ種影響因素在統(tǒng)計報告期內(nèi)的值；Ａｍ為校準能耗調(diào)整值。Ａｍ通常為０，僅當原本假定不變的影響因素發(fā)生重大偶然變化時，如建筑的空調(diào)應用面積發(fā)生改變等情況，可通過合理設(shè)定Ａｍ值得到校準能耗，設(shè)定Ａｍ時用到的影響因素應與式（２）中用到的影響因素相互獨立。
由式（２）和式（３）可以看出，采用“基期能耗－影響因素”法進行節(jié)能量測量和驗證時，必須獲得改造前后系統(tǒng)的能耗水平以及影響系統(tǒng)能耗水平的重要因素和取值。因此，該方法的應用必須滿足以下條件：
?。保┰诠?jié)能改造前后都能正常獲得中央空調(diào)系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)和影響因素；２）為了總結(jié)中央空調(diào)系統(tǒng)能耗與其影響因素的量化關(guān)系，基準期系統(tǒng)運行的能耗數(shù)據(jù)及其影響因素測量數(shù)據(jù)必須跨越系統(tǒng)正常運行的所有工況范圍，即至少包含１個制冷季的能耗及影響因素監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于使用熱泵型空調(diào)主機的系統(tǒng)，還必須包含１個采暖季的能耗及影響因素監(jiān)測數(shù)據(jù)；３）改造預期的節(jié)能量比較大，足以擺脫其他影響因素對能耗的隨機干擾；４）中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗采用分項計量。
“基期能耗－影響因素”模型法適用于以下應用場合：
?。保┬柙u估改造前后整個中央空調(diào)系統(tǒng)的能效狀況；２）采取單項節(jié)能措施，但改造前后系統(tǒng)能耗受天氣、人員密度等因素影響顯著；３）中央空調(diào)系統(tǒng)改造過程中采取了多項節(jié)能措施，且存在顯著的相互影響；４）很難將被改造的技術(shù)或設(shè)備與中央空調(diào)系統(tǒng)的其他部分的能耗分開。
大部分的中央空調(diào)系統(tǒng)分項改造節(jié)能措施及策略，包括冷源主機改造技術(shù)、末端風機改造、智能控制系統(tǒng)的應用以及多種節(jié)能方式的綜合應用均可以采用該方法進行節(jié)能量的測量和驗證。由于不同改造方案基準模型的建立不同，筆者以水冷冷水機組改造為例，簡單介紹“基期能耗－影響因素”模型法的應用。
在一些機組應用時間較長且冷水機組性能水平衰減較大的應用場合，常通過更換更加高效的冷水機組達到節(jié)能效果。文獻［１４］給出了冷水機組性能系數(shù)方程式，根據(jù)式（２）建立冷水機組的“基期能耗－影響因素”模型，如式（４）～式（６）所示：
?。保茫希校剑保裕裕悖椋澹铮粒埃粒保裕悖椋粒玻ǎ裕悖椋裕澹铮眩澹ǎ矗眩澹剑停濉粒ǎ裕澹椋裕澹铮力选粒悖ǎ担茫希校剑眩澹校ǎ叮┦街校海茫希袨槔渌畽C組制冷性能系數(shù)；Ｑｅ為機組凈制冷量（ｋＷ）；Ｐ為冷水機組總功耗（ｋＷ）；Ｔｃｉ為冷卻水進水溫度（Ｋ）；Ｍｅ為冷凍水流量（ｍ３／ｓ）；Ｔｅｉ為冷凍水進水溫度（Ｋ）；Ｔｅｏ為冷凍水出水溫度（Ｋ）；ρ為冷水密度，通常?。保埃埃埃耄纾恚?；ｃ為水的比熱容，通常?。矗保福叮耄剩ǎ耄纭ぃ耍?；Ａ０，Ａ１和Ａ２為模型回歸系數(shù)。
根據(jù)模型，基準期和統(tǒng)計報告期分別需要測試和采集的數(shù)據(jù)包括冷卻水進水溫度Ｔｃｉ，冷凍水流量Ｍｅ，冷凍水進水溫度Ｔｅｉ，冷凍水出水溫度Ｔｅｏ和冷水機組總功耗Ｐ。根據(jù)基準期機組運行的能耗數(shù)據(jù)及其影響因素測量數(shù)據(jù)（至少包含１個空調(diào)制冷季的能耗及影響因素監(jiān)測數(shù)據(jù)），對式（４）進行回歸分析，就可以求解得到模型的回歸系數(shù)Ａ０，Ａ１和Ａ２，將上述系數(shù)代入式（４）就得到最終的“基期能耗－影響因素”計算模型。假設(shè)統(tǒng)計報告期某運轉(zhuǎn)時間段ｔ內(nèi)的測試和監(jiān)測數(shù)據(jù)為冷卻水進水溫度Ｔｃｉ－ｐｏｓｔ，冷凍水流量Ｍｅ－ｐｏｓｔ，冷凍水進水溫度Ｔｅｉ－ｐｏｓｔ，冷凍水出水溫度Ｔｅｏ－ｐｏｓｔ和冷水機組總功耗Ｐｐｏｓｔ，將上述數(shù)據(jù)代入式（４）和式（５）分別得到改善前基準期的冷水機組制冷性能系數(shù)ＣＯＰｂａｓｅ和統(tǒng)計報告期ｔ的機組凈制冷量Ｑｅ－ｐｏｓｔ，則統(tǒng)計報告期ｔ的冷水機組能耗Ｅｒ－ｔ（ｋＷ·ｈ）和校準能耗Ｅａ－ｔ（ｋＷ·ｈ）分別以式（７）和式（８）計算：
?。牛颍簦剑校穑铮螅簟粒簦ǎ罚牛幔簦剑眩澹穑铮螅簦茫希校猓幔螅濉粒簦ǎ福┥鲜鼋Y(jié)果代入式（１）即得到統(tǒng)計報告期ｔ內(nèi)的節(jié)能量Ｅｓ－ｔ。
?。玻玻仓苯颖容^法在節(jié)能措施關(guān)閉，不影響中央空調(diào)系統(tǒng)運行的情況下，可以采用直接比較法進行節(jié)能量的測量和驗證。在統(tǒng)計報告期內(nèi)，分別測量典型運行工況下節(jié)能措施開啟和關(guān)閉時的能源消耗量Ｅｏｎ，ｉ和Ｅｏｆｆ，ｉ，將典型工況下的Ｅｏｎ，ｉ和Ｅｏｆｆ，ｉ作為輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)約定的計算方法分別確定Ｅｒ和Ｅａ，由式（１）計算Ｅｓ。
該方法的應用必須滿足以下條件：
１）當節(jié)能措施關(guān)閉時，不影響中央空調(diào)系統(tǒng)的運行；２）節(jié)能措施之間或與其他設(shè)備之間的相互影響可忽略不計或可測量和計算。
直接比較法適用于以下典型中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造應用場合：
１）中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍水泵、冷卻水泵的變頻改造；２）中央空調(diào)系統(tǒng)末端風機的變頻改造；３）中央空調(diào)系統(tǒng)運行管理改造。
筆者以水泵變頻改造為例，簡單介紹直接比較法的應用。水泵的工頻改變頻為目前常用的空調(diào)系統(tǒng)水系統(tǒng)改造方式。由于工頻水泵無法根據(jù)負荷的變化實時調(diào)整功率輸出，因此工頻水泵一般有一個相對穩(wěn)定的功率輸出范圍，并在此范圍內(nèi)波動。應用直接比較法進行工頻改變頻水泵方式節(jié)能量的計算時，在改造后的報告統(tǒng)計期內(nèi)選擇典型運行工況的某個運行時間段Ｈｏｆｆ，關(guān)閉水泵的變頻調(diào)節(jié)功能，使水泵工頻運行，連續(xù)測量并記錄該時間段Ｈｏｆｆ內(nèi)的水泵功率輸出Ｐｏｆｆ－ｉ，計算水泵的平均功率輸出Ｐｏｆｆ，ａ，Ｐｏｆｆ，ａ＝ΣＰｏｆｆ－ｉ／Ｈｏｆｆ。則改造后統(tǒng)計報告期Ｈｒ－ｐｏｓｔ內(nèi)的節(jié)能量以式（９）計算：
Ｅｓ＝Ｅｒ－Ｅａ＝Ｅｏｎ－Ｅｏｆｆ＝Ｅｏｎ－Ｐｏｆｆ，ａ×Ｈｒ－ｐｏｓｔ（９）式中：Ｅｓ為水泵改造所帶來的節(jié)電量（ｋＷ·ｈ）；Ｈｒ－ｐｏｓｔ為改造后統(tǒng)計報告期內(nèi)水泵處于使用狀態(tài)的時間（ｈ）；Ｅｏｎ為改造后統(tǒng)計報告期Ｈｒ－ｐｏｓｔ內(nèi)水泵連續(xù)運行的耗電量（ｋＷ·ｈ）；Ｐｏｆｆ，ａ為節(jié)能措施關(guān)閉后水泵連續(xù)測量獲得的平均功率。
２．２．３模擬軟件法該方法采用模擬軟件分別模擬節(jié)能改造措施應用前后的空調(diào)系統(tǒng)能耗狀況，確定Ｅａ及Ｅｒ，利用式（１）計算Ｅｓ。
該方法的應用必須滿足以下條件：
?。保┯脕碇贫ㄖ醒肟照{(diào)系統(tǒng)能耗模型的模擬軟件必須獲得行業(yè)認可；２）計算軟件必須經(jīng)過預先校核，以便模擬的能耗與實測數(shù)據(jù)吻合。
模擬軟件法適用于以下情況：
?。保o法獲得中央空調(diào)系統(tǒng)改造前或改造后的能耗數(shù)據(jù)，或獲得的數(shù)據(jù)不可靠；２）中央空調(diào)系統(tǒng)改造中采取了多項節(jié)能措施，且存在顯著的相互影響，很難采用測量法進行測量或測量費用很高；３）被改造的中央空調(diào)系統(tǒng)和采取的節(jié)能措施可以用成熟的模擬軟件進行模擬，并有實際能耗或負荷數(shù)據(jù)進行比對；４）預期的節(jié)能量不夠大，無法采用上述２種方法將其區(qū)分。
模擬軟件法的典型適用場合為建筑整體改造方案，中央空調(diào)系統(tǒng)的改造伴隨建筑圍護結(jié)構(gòu)、玻璃門窗、照明系統(tǒng)等改造措施同時進行。而圍護結(jié)構(gòu)、玻璃門窗、照明系統(tǒng)對中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗影響顯著，無法用測量的方法單獨計算其節(jié)能量。
目前，采用動態(tài)計算的商用模擬軟件可以分為２類，側(cè)重于建筑負荷計算的與側(cè)重于系統(tǒng)設(shè)備模擬的。許多成熟的商用建筑模擬軟件，都已經(jīng)有了ＨＶＡＣ系統(tǒng)的模塊，例如ＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓ，ＤＯＥ２和ＤｅＳＴ等［１５］。
３結(jié)論
?。保┩ㄟ^調(diào)研分析，目前中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造措施及策略主要包括建筑整體改造方案、分項改造方案和運行管理改造方案３類。建筑整體改造方案中，中央空調(diào)系統(tǒng)一般伴隨著圍護結(jié)構(gòu)改造、照明系統(tǒng)改造以及門窗改造等改造同時進行；分項改造方案中常用的節(jié)能改造技術(shù)和措施又包括冷源主機改造技術(shù)、冷凍水泵和冷卻水泵變頻驅(qū)動改造、中央空調(diào)系統(tǒng)末端改造、智能控制系統(tǒng)的應用和多種節(jié)能方式的綜合應用等。
?。玻牵拢裕玻福罚担啊玻埃保惨?guī)定了３種節(jié)能量測量和驗證方法。對于中央空調(diào)系統(tǒng)而言，“基期能耗－影響因素”模型法由于需要測量改造前后的系統(tǒng)能耗狀況以及影響因素的運行參數(shù)，因此適用于改造前后系統(tǒng)能耗采用分項計量的應用場合；直接比較法適用于節(jié)能改造措施關(guān)閉時，不影響中央空調(diào)系統(tǒng)運行的場合，因此中央空調(diào)系統(tǒng)改造中的定頻改變頻以及運行管理改造方案等可以采用該方法；建筑整體改造方案由于其伴隨建筑圍護結(jié)構(gòu)、玻璃門窗和照明系統(tǒng)等改造措施同時進行，而這些改造措施對中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗影響顯著，無法用測量的方法單獨計算中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能量，因此適于采用模擬軟件法模擬系統(tǒng)能耗水平。
本文由 大金中央空調(diào)批發(fā)商 整理編輯。
更多
工程案例
