邓 翔，薛 雪

（深圳达实智能股份有限公司，广东深圳 518000）

0 前言

中央空调系统在创造舒适的室内人工环境时，也消耗了大量的能源。据统计，大型公共建筑的中央空调系统全年能耗可占建筑总能耗一半以上[1]。大型公共建筑的中央空调系统通常设计负荷选取偏大，造成系统实际运行能效比偏低，导致能源浪费[2]。在中央空调实际运行中，可以通过采用中央空调节能运行控制技术，提高中央空调节能系统运行效率，降低能源消耗量。

本文作者以深圳某在建的大型办公建筑为研究对象，预测其中央空调系统采用变频节能技术运行时的全年负载率情况，并对其中央空调末端冷量输送能效指标进行考核分析。

1 中央空调末端设备变频原理

中央空调末端风机、水泵类设备具有流量与轴功率成正比、轴功率与转速的三次方成正比的负载特性[3]。利用该特性，调节电机电源的频率可以改变电机的转速，进而改变风机、水泵的流量和轴功率。中央空调系统实际使用中大部分时间都是在非满载的状态下工作[4-5]。因此，通过风机、水泵的降频运行，可以达到节能目的。

中央空调末端设备变频主要通过PID控制实现。被控量的检测信号（传感器测得的压力、温度等值）反馈到变频器后与设定值比较，并根据两者的差值输出指令调整电机频率，直至达到预定控制目标。

2 案例概况

2.1 建筑及其中央空调系统

该文选取的案例建筑位于深圳市南山区，共45层，单层层高4.5 m。大楼的空调冷源为4台2 800 kW磁悬浮冷水机组，采用主机变流量，冷冻水泵变流量，末端变流量。空调系统部分设备例如转轮热回收新风机组为恒功率负载。

2.2 中央空调末端设备设计及节能目标

大楼采用空调末端冷量输送能效指标E（单位为kW/t）作为评价空调末端系统的节能指标。空调末端冷量输送能效指标E定义为：

其中，COP为空调系统末端能效比，其定义为：

其中，Q为机组实际制冷量；W为空调末端设备实际运行总功率。

根据大楼的节能设计要求，中央空调系统末端冷量输送能效指标不大于0.2 kW/t。

3 中央空调末端系统节能分析

3.1 全年逐时冷负荷预测

大楼冷负荷采用DeST软件进行模拟评估。依据大楼的实际设计建造情况，模型主要参数设定如下：

（1）室外气象数据采用深圳市典型气象年模型。

（2）大楼方位、面积、维护结构等数据由大楼施工图获得。

（3）夏季室内空调设计温度为（24±1）°C，相对湿度（50±10）%；不考虑冬季采暖。

（4）大楼每层的功能分区设定如图1所示。办公区和非办公区由门连接，两区域之间通风换气次数设为5次/h。办公区与外部进行渗透通风，换气次数为0.2次/h。

图1 大楼功能分区

（5）大楼办公时间为工作日08:30—17:30，空调提前半小时开启并延后半小时关闭，故空调系统实际运行时间为工作日08:00—18:00。国家规定的法定节假日空调系统不运行。

在DeST中建立的大楼模型如图2所示。

图2 大楼建模

大楼的全年逐时冷负荷模拟结果如图3所示。大楼的全年冷负荷需求量峰值出现在6～9月份（3 625～6 652 h），逐时总冷负荷峰值主要在6 000～9 000 kW之间。全年的最大逐时冷负荷值约为11 400 kW。

图3 大楼全年逐时冷负荷

3.2 冷水机组制冷量与负荷匹配分析

大楼冷负荷需求处于变动中，冷水机组需根据实际情况选择开启台数。由于冷水机组处于高负载率运行时，冷水机组COP值相对较低，费效比偏高[6]。故若单台冷水机负载率高于90%时，若仍有空闲冷水机组，则额外开启一台。因此大楼冷水机组运行台数与大楼冷量需求之间的实际关系如表1所示。

表1 冷负荷需求与冷水机运行台数

根据大楼的全年逐时冷负荷需求变化情况，可以得出冷水机开启台数与对应的累积运行时间之间的关系如表2所示。由表2可知，全年大楼空调冷水机组的负载率变动主要集中在22.5%-67.5%之间，即2—3台冷水机运行；4台冷水机同时运行所占时间不到8%。

3.3 空调末端能量输送能效分析

根据风机、水泵变频特性，大楼空调末端设备的理论功率W与空调系统末端负载率L可以拟合成一元三次函数关系式：

由式（3）可得空调末端设备采用变频控制后，末端冷量输送能效指标E（kW/t）与冷水机组负载率L之间的关系。

表2 冷水机运行台数及对应累积全年运行时间

大楼空调末端采用变频控制和未采用时的末端冷量输送能效指标对比结果如图4所示。

由图4可知，随着冷水机组负载率的提高，空调末端冷量输送能效指标不断下降。空调末端设备采用变频控制时的冷量输送能效指标要整体显著低于未采用变频控制的情况。未采用变频控制时，若冷水机组负载率小于45%，则无法满足空调末端冷量输送能效指标要求（≤0.2 kW/t）；采用变频控制时，冷水机组负载率大于4.6%，即可满足空调末端冷量输送能效指标要求。

根据统计结果，空调系统全年运行时间为2 380 h，其中满足空调末端冷量输送能效指标要求的时间占96%，其空调末端冷量输送能效比的全年数据加权平均值为0.05 kW/t。

4 结束语

结合深圳某在建的大型办公建筑案例对空调末端设备运行情况进行分析。结果证明，中央空调末端设备采用变频运行后，可显著降低空调末端冷量输送能效指标；大楼全年大部分时间满足空调末端冷量输送能效指标设计要求。