本文摘要：作者在這篇暖通空調(diào)論文中經(jīng)過現(xiàn)場測試、數(shù)據(jù)分析，結(jié)合水泵系統(tǒng)實際運行管理情況，我們提出了改造方案，推薦更適合系統(tǒng)的高效水泵并裝配變頻器，節(jié)能率可達 52.5%，3年即可用節(jié)省的費用收回改造投資。通過改造后回測空調(diào)系統(tǒng)水泵運行正常，水泵運行能夠滿足
作者在這篇暖通空調(diào)論文中經(jīng)過現(xiàn)場測試、數(shù)據(jù)分析，結(jié)合水泵系統(tǒng)實際運行管理情況，我們提出了改造方案，推薦更適合系統(tǒng)的高效水泵并裝配變頻器，節(jié)能率可達 52.5%，3年即可用節(jié)省的費用收回改造投資。通過改造后回測空調(diào)系統(tǒng)水泵運行正常，水泵運行能夠滿足空調(diào)系統(tǒng)的負荷要求，水泵節(jié)能效果明顯。采用天然氣作為能源，可減少煤和石油的用量，因而減少大氣污染，改善空氣質(zhì)量， 節(jié)約能源費用約43%，取得良好的經(jīng)濟和社會效益。
《暖通空調(diào)》創(chuàng)刊于1971年，是中國建筑科學類核心期刊，國家期刊獎最高獎項獲獎期刊，中國暖通空調(diào)行業(yè)惟一的中央級科技期刊，由建設部主管，亞太建設科技信息研究院、中國建筑設計研究院、中國建筑學會(暖通空調(diào)分會)聯(lián)合主辦。本刊以實用技術(shù)為主，兼具學術(shù)性和信息性，在行業(yè)中最具影響力，被譽為權(quán)威刊物，深受廣大讀者喜愛，發(fā)行量在國內(nèi)同行業(yè)刊物中遙遙領(lǐng)先。
摘 要：中央空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設施之一，能耗非常大。由于中央空調(diào)系統(tǒng)都是按最大負荷并增加一定余量設計，而實際上在一年中滿負載下運行最多只有十多天。本文主要結(jié)合工程實例，針對中央空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能方面存在的問題，分析并提出改造方案，介紹改造效果。
關(guān)鍵詞：中央空調(diào);節(jié)能改造;冷卻泵;冷凍泵;油改氣
中圖分類號： TU83 文獻標識碼：A
一、前言
隨著經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展、人們生活質(zhì)量的不斷提高，空調(diào)的應用日益廣泛和普及，空調(diào)系統(tǒng)的能耗逐年增加。目前，大型公共建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗已占到整個建筑能耗的40%—60%，當今能源和環(huán)境問題已成為制約社會發(fā)展的關(guān)鍵問題�？照{(diào)系統(tǒng)的節(jié)能已成為節(jié)能領(lǐng)域中的一個重點和熱點。
二、工程概況
廣播大樓空調(diào)系統(tǒng)建于1999年，是屬于舊樓加固維修新增空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)空調(diào)建筑面積6000平方米，冷熱源主要由制冷機、冷溫水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、供油系統(tǒng)，制冷機采用遠大直燃機。
型號：BZ150ⅦBCH1
水泵型號：WILO-NP150/315V-55/ 4;WILO-NP150/400V-90/4
三、中央空調(diào)系統(tǒng)存在問題及改造措施
由于本系統(tǒng)制冷機采用直燃型(燃油)溴化鋰吸收式制冷機，由于近年來油價飆升，其價格翻了幾倍，近年來空氣污染越來越嚴重，而此類燃料經(jīng)燃燒后排放大量的氮氧化物、二氧化硫及廢氣等污染物。該項目的實施，將燃油改用天然氣后對環(huán)境改善起至關(guān)作用。
通過對大樓各分項的電量數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)設備運行記錄以及一些經(jīng)驗公式，對數(shù)據(jù)進行了進一步的分析處理，得出了各個用能系統(tǒng)能耗份額，如圖1所示。
針對以上耗能問題分別對直燃型(燃油)溴化鋰吸收式制冷機進行油(柴油)改氣(天然氣)改造;循環(huán)水泵進行變頻節(jié)能改造。
(一)水泵變頻節(jié)能改造
1 水泵變頻節(jié)能改造的必要性
水泵類設備在其應用領(lǐng)域中，往往根據(jù)不同的生產(chǎn)、生活需求采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設備進行流量、壓力、水位等信號的控制。這樣，不論系統(tǒng)需求大小，水泵都以全速運轉(zhuǎn)，而運行工況的變化則使得能量以調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流損失消耗掉了。水泵類設備多數(shù)采用異步電動機直接驅(qū)動的方式運行，存在啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點。不僅影響設備使用壽命，而且當負荷出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設備，時常出現(xiàn)泵損壞同時電機也被燒毀的現(xiàn)象。
積極推進以更換新水泵和裝配變頻器為主要內(nèi)容的水泵變頻節(jié)能改造項目的實施，較好地發(fā)揮變頻水泵系統(tǒng)提高用電效率、降低用電需求、優(yōu)化用電特性方面的作用，不僅在緩解電力供需矛盾上做出了積極貢獻，而且日益成為落實科學發(fā)展觀、建設資源節(jié)約型社會的重要措施。
2 水泵變頻節(jié)能原理
系統(tǒng)在部分負荷下運行時，通過拉大供、回水溫差，減小水流量，同時維持空調(diào)系統(tǒng)負荷不變，來節(jié)約水泵的電能。即水泵通過變頻，在小于工頻的狀態(tài)下工作，降低水泵輸入功率(小于額定功率)，節(jié)約電能。
式(1)～(3)中：Q0、H0、n0、N0分別為水泵在額定工況下的流量(m3/h)、揚程(m)、轉(zhuǎn)速(m3/h)、功率(kW);Q1、H1、n1、N1分別為水泵在實際工況下的流量(m3/h)、揚程(m)、轉(zhuǎn)速(m3/h)、功率(kW)。
可見，水泵的流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比(溫差Δt與轉(zhuǎn)速n成反比)，揚程H與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比，而軸功率與N與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，由此可見，水泵的轉(zhuǎn)速降低，可以節(jié)約大量的電能。系統(tǒng)運行時，系統(tǒng)主機大部分時間在非滿負荷(部分負荷)狀態(tài)下運行，換熱器所需的換熱量也隨著減少(水量不變時溫差變小)，此時如果維持機組熱水溫差不變，可以減少熱水流量(即減小水泵的轉(zhuǎn)速)。因此，通過水泵的變頻控制來改變水的流量可以節(jié)約電能。
3 中央空調(diào)系統(tǒng)進行變頻改造方案
根據(jù)實際運行情況水泵長年的運行，嚴重偏離原有水泵的工作點，且相差較大，造成電機功率過高，存在大量能源浪費。將原有水泵NL150/315V—55/4：NL150/400V—90/4撤除。
根據(jù)現(xiàn)有水泵實際運行工況，結(jié)合水泵原設計額定工況，經(jīng)分析考慮水泵并聯(lián)的運行參數(shù)特性和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，選新型水泵。水泵型號：NL150/315-45/4;NL150/315-45/4。
4 中央空調(diào)系統(tǒng)進行變頻改造的優(yōu)點
本節(jié)按照上節(jié)中的改造方案與現(xiàn)有水泵在測試當時工況下運行的能耗及費用進行比較分析。
(1)設備運行情況
空調(diào)系統(tǒng)水泵運行時間每年120天，日均運行12h。冬季供暖系統(tǒng)水泵運行時間每年120天，日均運行24h。
(2)現(xiàn)有水泵年耗電量(kW·h)：
現(xiàn)有水泵年耗電量： 559440(kW·h)
(3)按改造方案改造后水泵年耗電量(kW·h)：
由于采用變頻措施，改造后水泵年耗電量： 265643(kW·h)。
(4)改造方案水泵節(jié)能率：
(5)節(jié)能改造后每年節(jié)約的資金：
節(jié)能改造后年節(jié)約資金= ΔW·Y
ΔW：年節(jié)電總量(kW·h)
Y：電價(元/kW/h)，此處按0.8元/kW/h計算
節(jié)能改造后年節(jié)約資金= ΔW·Y=293797×0.8 =235038(元)。
(6)節(jié)能改造增加的純投資：
增加的純投資=X1 。
X1：改造設備、施工和設計費(元)
節(jié)能改造增加的純投資=X1 = 729227(元)。
(7)節(jié)能改造后長期節(jié)約的資金：
節(jié)能改造后長期節(jié)約資金=U + V + W + S。
U：過去因壓力有時過高而損失的閥門和管件費用(元)(此項目不涉及此項)。
V：減少高壓泄露過多的耗費(元)(此項目不涉及此項)。
W：杜絕電機損壞和聯(lián)軸器故障，減少維修費用(元)。
S：因減少供水故障而提高的生產(chǎn)效益(元)。
W+S：按照老舊系統(tǒng)平均每年普通維護支出8000元計算。
本項目節(jié)能改造后長期節(jié)約資金=U + V + W + S=8000(元)
(8)計算出采用節(jié)能改造項目投資回收期：
(二)直燃型(燃油)溴化鋰吸收式制冷機進行油改氣改造
1 項目概況
直燃機房位于大樓東翼地下一層，機房內(nèi)設有三臺直燃機組，燃料為柴油。直燃機組排煙經(jīng)豎井排至屋面。機組為大約60000多m2的建筑提供冷源和熱源，同時肩負著大樓A區(qū)的衛(wèi)生熱水的供應工作。全年24h不間斷運行。
油改氣項目根據(jù)相關(guān)設計規(guī)范，直燃機房的土建、結(jié)構(gòu)、暖通、電氣、消防都要進行相應的更新改造。
2 項目的可行性和必要性
(1)根據(jù)《鍋爐房設計規(guī)范》GB 50041-2008第15.1.2條的土建要求的規(guī)定“鍋爐房的外墻、樓地面或屋面，應有相應的防爆措施，并應有相當于鍋爐間占地面積10%的泄壓面積，需要進行直燃機房土建結(jié)構(gòu)改造以達到泄爆面積要求。
(2)因?qū)⑷剂细臑樘烊粴夂�，根�?jù)現(xiàn)場實際情況及《鍋爐房設計規(guī)范》GB 50041-2008、《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB 50058的要求，直燃機房內(nèi)相應的暖通設備和電氣設備需要進行更新改造，以適應燃氣鍋爐房的設計規(guī)范要求。
(3)根據(jù)現(xiàn)行《高層民用建筑設計防火規(guī)范》第7.6.6.1條的規(guī)定，高層建筑內(nèi)的燃氣鍋爐房的消防系統(tǒng)也要隨之更新改造，已達到消防設計規(guī)范要求。
3 改造方案
(1)加固工程
在機房的東墻上開一個42m2泄爆口，同時對洞口進行加固。
(2)土建工程
在空調(diào)機房東墻外側(cè)做出了南北走向泄爆通道，兩側(cè)泄爆口總面積約為42m2，達到消防主管部門關(guān)于泄爆面積必須大于機房總面積10%的要求。
(3)電氣工程
機房原照明燈、墻上插坐改成防爆型。
(4)消防改造
在控制室加裝七氟丙烷設備。
(5)暖通工程
將機房原送風、排風、排煙系統(tǒng)全部拆除，按規(guī)范設計新的系統(tǒng)。
(6)更換直燃機燃燒器
將原燃燒機更換為德國原裝燃氣威索燃燒機，同時添加燃氣閥組和電氣控制系統(tǒng)，具備多級安全保護功能。對使用天然氣的直燃機房，消防上也無特殊要求，機房現(xiàn)有送、排風系統(tǒng)可以利用，另需增加手提干粉滅火器、泄爆口及燃氣泄漏報警裝置(由燃氣公司負責安裝)，一旦發(fā)生泄露馬上自動啟動排風系統(tǒng)，并自動截斷天然氣入口總閥，確保機房安全。
4 經(jīng)濟性分析及社會效益
(1)經(jīng)濟性分析
柴油熱值為10200kcal/kg，天然氣熱值為8600kcal/m3，1kg柴油的熱值相當于1.186m3天然氣。柴油按均價 8500元/噸，天然氣按2.7元/m3計算：每公斤柴油可節(jié)省1×8.5-1.186×2.7=5.3元。2013年直燃機柴油耗量約為460t，則可節(jié)約燃料費用460×1000×5.3=2438000元。
(2)社會效益
天然氣作為清潔能源，不含一氧化碳，也比空氣輕，采用天然氣作為能源，可減少煤和石油的用量，因而大大改善環(huán)境污染問題;天然氣作為一種清潔能源，無殘液、無污染、無硫化物產(chǎn)生、推廣和普及天然氣有助于減少酸雨形成，舒緩地球溫室效應，從根本上改善環(huán)境質(zhì)量。
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