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摘要：高层建筑节能要求日益严格，作为主要耗能设备的中央空调系统的节能已经迫在眉睫。本文阐述了目前在高层建筑中央空调系统中的冷源、水系统、风系统、热回收设备和自控技术等方面取得一定成效的节能措施，形成了一套综合的节能技术方案，为高层建筑节能减排，提高能效提供了理论参考。
关键词：高层建筑；中央空调系统；节能；技术措施
0 引言
现代城市中高层建筑的比例越来越高，功能越来越复杂和完备，舒适度要求越来越高，对于中央空调系统的要求越来越高。随着能源日趋紧张，普遍要求空调系统必须节能减排，因此对高层建筑物中的中央空调系统的系统方案进行论证，采取节能技术措施，逐渐引起了暖通设计人员的重视。本文从冷源、水系统、风系统、能源回收设备和自控系统入手，探讨高层建筑中央空调系统设计的综合节能方案。
1冷源选择节能措施
冷源选择时需考虑包括能量调节力、制冷系数（COP值）、运行稳定性、使用寿命、维修保养费用和初投资等主要因素，目前主要的机组型式及其节能分析如下：
（1）电力驱动冷水机组
较常用的有离心式、活塞式和螺杆式3种。电力驱动冷水机组共同优点是技术成熟，制冷系数高，性能稳定可靠，有多年运行和管理经验；但也存在着较为不利的一面，如耗电量较高，在电力供求紧张的地区，空调用户较难接受，还需考虑电力增容费等问题。此外，这类机组运转部件多，易磨损，更换维修机率大，振动和噪音较大。
在国产电力驱动冷水机组中，一般离心式的COP值高于螺杆式和活塞式，能量的可调节性和价格而言，螺杆式好于离心式和活塞式，可见螺杆机和离心机具有较大的应用优势。
（2）溴化锂机组
溴化锂制冷机组耗电少，不用氟氢碳化物，可兼备供冷、供热和供卫生用热水功能，这在目前国内电力供应仍较紧缺的情况下具有特别明显的优势。主要工作设备除泵以外几乎均为非转动部件，大大减少了机组的振动和噪音。但由于该类型机组的使用时间不长，技术性能尚不确定，同时早期生产地机型存在管内溶液易结晶、 真空度影响大和输出能量衰减等问题。
（3）吸收式制冷机
吸收式制冷机以热能作为制冷动力，其热交换部件本身就比电驱动设备多，而且换热器的换热效率逐年降低，内螺旋换热管若有杂质则其换热效率将急剧下降。再者，吸收式制冷机组内冷媒是浓度变化的溶液，冷媒本身的稳定性也在很大程度上影响机组性能的稳定性。氟制冷机要优于氨制冷机，氨制冷机要优于溴化锂机。
（4）热泵式机组
热泵机组分为风冷式冷热水机组和水源热泵机组，可节省空间，安装方便，自动化程度高，且可节省冷冻站等一套土建设施。风冷式机组冷凝器的冷却依靠室外空气对流而无需冷却塔，在冬季利用热泵原理制热而不需锅炉。水源热泵利用冷却塔向冷凝器提供冷却水，冷凝器、蒸发器和压缩机一体置于室内，其安装简单到只需接通电源和冷却供回水管，可大大提高安装速度。同时，由于机组自身配置有非常齐全的保护装置，自动化程度高，不需操作人员经常检查，而且因用户的冷凝器、蒸发器和压缩机都彼此独立，故空调用电量可单独记录而便于收费管理。但是，热泵型机组除一次投资较高外，在技术上如冬季制热运行时，机组的COP值会随室外降温而明显下降，故必须增加辅助热源。
总上所述，空调系统的冷源各具优缺点。在不需供热或电力供应相对充裕的地区，冷源需求大，日负荷变化大等场合，大功率电驱动制冷机如螺杆式、离心式压缩机组具有明显的优势；在电力供应缺乏的地区，如果需要同时制冷和供热，选择性能相对稳定的吸收式制冷机组则较为合适；在某些寸土尺金的城市，选用水源热泵式机组能节约设备用房，更能适应不断变化的建筑间隔，尤其适合出租办公楼工程采用[1]。
2 水系统安装、试压与调节中的节能措施
水系统安装具有多个特点：管道相对集中且分布广泛；管道型号多样且数量多，管道总长度较长；阀门管件类型多数量大；管道接口形式多样；设备及管道安装位置多在顶部，完工后需作隐蔽处理；使用方便, 但不便于维修。
（1）水系统安装
中央空调水系统从安装过程到投入运行前，往往由于跑、冒、滴、漏，造成节能损失。高层建筑工程量大、交叉施工多、施工周期长，中央空调水工程不可能一开始就介入，过早条件不成熟窝工形成资源浪费，过晚失去最佳机会，增大施工难度，所以就选择了土建框架完成60%，且未砌墙时，空调水开始安装, 先装立管、干管、然后再装支管, 待装潢吊顶龙骨完成前, 再进行支管与风机盘管的连接, 即软接头安装，防止其它工种施工时施加外力。
（2）试压步骤
先编制水压试验的“试压方案”，组织有关人员认真学习“试压方案”，了解整个试压过程的内容及步骤，使每个人员做到心中有数，步调一致。并做好水压试验前的各项准备工作。充足干净的水源是水压试验的前提；紧急泄水的泄水渠道是水压试验必须具备的；保证试压现场干净、有序, 做到没有工作死角；满足扬程且能正常运转的多级水泵1-2台；符合要求的压力表3-5块, 且需检验；工作人员必备的通讯工具；在技术人员的领导下，做到工作有分工，内容明确，责任清楚, 各负其责；其它相关的准备工作（拆卸或隔离不能试压的管件或仪表、附件等）。根据方案要求，在试压前，有关人员做好试压前的检查工作，保证一切就序，然后进行系统分区试压[2]。
（3）调节
水系统的节能措施可从管网管路优化设计和水泵系统优化控制考虑，其中对水泵系统的优化控制要比改变管网系统的管路简便易行。对水泵系统的优化控制目标是使水泵提供的流量能适应空调末端的冷负荷的变化。智能建筑实验室的冷冻水系统是一个典型的二次泵变水量系统，它的一次泵与冷水机组联动，不适宜做变水量运行，所以只能对二次泵组进行优化控制[3]。
① 阀门调节措施：通过改变管路特性曲线来调节。节流阀可增大管路阻力，减少流量。但这种调节方法不经济，人为地增加管路阻力和管路损耗，因此流量降低之后，功率并不明显下降。对于水泵吸入侧阀门调节还有气蚀问题，所以应尽可能减少使用。
② 水泵台数控制措施：一次泵运行的台数用旁通管流量控制法，程序控制器根据安装在旁通管上的流量计检测到的流量来启停一次泵。当用户负荷从满负荷逐渐减小时，旁通管自左至右的流量会逐渐增大；当流量达到一台一次泵的流量时，程序控制器会关闭一台一次泵和制冷机；当用户负荷逐渐增加时，旁通管向右的流量会逐渐减少，用户负荷继续增加时，旁通管向右的流量会减少至零，接着会出现自右向左的流量，当向左的流量达到一台一次泵的流量时，程序控制器会启动一台一次泵和制冷机。
二次泵运行的台数用供回水管壓差控制法控制。当用户负荷减少时，压差控制器检测到的压差增大，当大于设定值时，关掉一台二次泵，于是压差会减小；当用户负荷增大时，压差控制器检测到的压差会减小，当小于设定值时，开启一台二次泵，于是压差会增大。
3 风系统节能措施
送风系统节能措施要考虑风机的运行控制方式，即应使每台风机的运行时间尽量均衡，另外，控制器应简单有效，设计时能考虑各种特殊情况，具有一定的抗干扰及应变能力[4]。
（1）风机的控制方案
在要求减少送风量的时候，最有效的方法是改变风机的转速。风机的转速可通过改变电机的转速实现，对于三相交流异步电动机使用变频器即可有效地改变电机的转速。
（2）闭环送风机变频系统的构成
要构成闭环系统，需要在出风口安置风压传感器，以保证出风口有恒定的风压，当测得的风压上升时，说明送风驱动量过大了，此时应降低送风驱动量。当测得的风压降低时，说明此时送风驱动量不足需要加大送风驱动量。检测到的风压信号和给定值进行比较以确定送风量的调节方向。
（3）控制器设计
控制器主要实现对送风量的控制，使送风压力保持基本恒定。
4 热量回收设备节能措施
空调系统耗能特点之一是系统同时存在需冷（热、湿）和排冷（热、湿）的处理过程。夏季室外空气需经过冷却、干燥处理, 而排风正是低温较干燥的空气, 冬季室外空气需加热、加湿处理, 而排风是温、湿度较高的空气。考虑到这种情况，采用热量回收设备，是综合节能方案的一大措施。
转轮式全热交换器正是利用这一特点, 对空调系统进行热回收, 起到了节能的作用[5]。在当前市场经济规律作用下，企业的投资意向取决于经济效益，采用更加反映实际情况的动态投资评估方法，对转轮式全热交换器作经济性分析发现，转轮式全热交换器将增加投资，但系统的节能效果明显，投资回收期短。因此，从节能的角度来看，应积极提倡在高层建筑中央空调系统中使用转轮式全热交换器，这对缓解目前能源紧张状况将意义重大。
由于全热交换器占空间面积较大，新风道、排风道需集中在一起，管路变得复杂，给系统布置带来一些困难。而且，采用了转轮式全热交换器，将使得控制系统变得复杂，增加投资、维修难度及维修费用，这在一定程度上会延长回收期。
5 自控系统节能措施
在全年中，空调系统的水泵系统长期在固定的最大水流量下工作，由于季节、昼夜及住房率的变化，空调实际的热负载在绝大部分时间内远比设计负载低。增加了管道能量损失，浪费了水泵运行的输送能量，也就存在能量的无效使用。
在中央空调系统采用变频调速技术，可提高节能效果。电机可在很宽范围内平滑调速，可将所有节流阀去掉，使管道畅通，减少甚至避免节流损耗。通过改变电机转速而改变水的流速，从而改变水流量，满足制冷机正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求，达到节能目的。采用变频调速技术的关键是电机转速的可调和可控。通过变频调速技术可实现自动调节流量并显著节能的效果[6]。
6 总结
高层建筑中央空调系统的节能是一个复杂的系统工程，从技术措施角度上来说，应是一个包括冷源选择、水系统的安装试压调节、风系统调节、采用热回收设备和系统自控等多个方面的综合节能方案。本文阐述了目前在高层建筑中央空调系统中的各项取得一定成效的节能措施，形成了一套综合的节能方案，为今后高层建筑中央空调系统的设计、安装、运行调节和管理提供了有力参考。
关键词：高层建筑；中央空调系统；节能；技术措施
0 引言
现代城市中高层建筑的比例越来越高，功能越来越复杂和完备，舒适度要求越来越高，对于中央空调系统的要求越来越高。随着能源日趋紧张，普遍要求空调系统必须节能减排，因此对高层建筑物中的中央空调系统的系统方案进行论证，采取节能技术措施，逐渐引起了暖通设计人员的重视。本文从冷源、水系统、风系统、能源回收设备和自控系统入手，探讨高层建筑中央空调系统设计的综合节能方案。
1冷源选择节能措施
冷源选择时需考虑包括能量调节力、制冷系数（COP值）、运行稳定性、使用寿命、维修保养费用和初投资等主要因素，目前主要的机组型式及其节能分析如下：
（1）电力驱动冷水机组
较常用的有离心式、活塞式和螺杆式3种。电力驱动冷水机组共同优点是技术成熟，制冷系数高，性能稳定可靠，有多年运行和管理经验；但也存在着较为不利的一面，如耗电量较高，在电力供求紧张的地区，空调用户较难接受，还需考虑电力增容费等问题。此外，这类机组运转部件多，易磨损，更换维修机率大，振动和噪音较大。
在国产电力驱动冷水机组中，一般离心式的COP值高于螺杆式和活塞式，能量的可调节性和价格而言，螺杆式好于离心式和活塞式，可见螺杆机和离心机具有较大的应用优势。
（2）溴化锂机组
溴化锂制冷机组耗电少，不用氟氢碳化物，可兼备供冷、供热和供卫生用热水功能，这在目前国内电力供应仍较紧缺的情况下具有特别明显的优势。主要工作设备除泵以外几乎均为非转动部件，大大减少了机组的振动和噪音。但由于该类型机组的使用时间不长，技术性能尚不确定，同时早期生产地机型存在管内溶液易结晶、 真空度影响大和输出能量衰减等问题。
（3）吸收式制冷机
吸收式制冷机以热能作为制冷动力，其热交换部件本身就比电驱动设备多，而且换热器的换热效率逐年降低，内螺旋换热管若有杂质则其换热效率将急剧下降。再者，吸收式制冷机组内冷媒是浓度变化的溶液，冷媒本身的稳定性也在很大程度上影响机组性能的稳定性。氟制冷机要优于氨制冷机，氨制冷机要优于溴化锂机。
（4）热泵式机组
热泵机组分为风冷式冷热水机组和水源热泵机组，可节省空间，安装方便，自动化程度高，且可节省冷冻站等一套土建设施。风冷式机组冷凝器的冷却依靠室外空气对流而无需冷却塔，在冬季利用热泵原理制热而不需锅炉。水源热泵利用冷却塔向冷凝器提供冷却水，冷凝器、蒸发器和压缩机一体置于室内，其安装简单到只需接通电源和冷却供回水管，可大大提高安装速度。同时，由于机组自身配置有非常齐全的保护装置，自动化程度高，不需操作人员经常检查，而且因用户的冷凝器、蒸发器和压缩机都彼此独立，故空调用电量可单独记录而便于收费管理。但是，热泵型机组除一次投资较高外，在技术上如冬季制热运行时，机组的COP值会随室外降温而明显下降，故必须增加辅助热源。
总上所述，空调系统的冷源各具优缺点。在不需供热或电力供应相对充裕的地区，冷源需求大，日负荷变化大等场合，大功率电驱动制冷机如螺杆式、离心式压缩机组具有明显的优势；在电力供应缺乏的地区，如果需要同时制冷和供热，选择性能相对稳定的吸收式制冷机组则较为合适；在某些寸土尺金的城市，选用水源热泵式机组能节约设备用房，更能适应不断变化的建筑间隔，尤其适合出租办公楼工程采用[1]。
2 水系统安装、试压与调节中的节能措施
水系统安装具有多个特点：管道相对集中且分布广泛；管道型号多样且数量多，管道总长度较长；阀门管件类型多数量大；管道接口形式多样；设备及管道安装位置多在顶部，完工后需作隐蔽处理；使用方便, 但不便于维修。
（1）水系统安装
中央空调水系统从安装过程到投入运行前，往往由于跑、冒、滴、漏，造成节能损失。高层建筑工程量大、交叉施工多、施工周期长，中央空调水工程不可能一开始就介入，过早条件不成熟窝工形成资源浪费，过晚失去最佳机会，增大施工难度，所以就选择了土建框架完成60%，且未砌墙时，空调水开始安装, 先装立管、干管、然后再装支管, 待装潢吊顶龙骨完成前, 再进行支管与风机盘管的连接, 即软接头安装，防止其它工种施工时施加外力。
（2）试压步骤
先编制水压试验的“试压方案”，组织有关人员认真学习“试压方案”，了解整个试压过程的内容及步骤，使每个人员做到心中有数，步调一致。并做好水压试验前的各项准备工作。充足干净的水源是水压试验的前提；紧急泄水的泄水渠道是水压试验必须具备的；保证试压现场干净、有序, 做到没有工作死角；满足扬程且能正常运转的多级水泵1-2台；符合要求的压力表3-5块, 且需检验；工作人员必备的通讯工具；在技术人员的领导下，做到工作有分工，内容明确，责任清楚, 各负其责；其它相关的准备工作（拆卸或隔离不能试压的管件或仪表、附件等）。根据方案要求，在试压前，有关人员做好试压前的检查工作，保证一切就序，然后进行系统分区试压[2]。
（3）调节
水系统的节能措施可从管网管路优化设计和水泵系统优化控制考虑，其中对水泵系统的优化控制要比改变管网系统的管路简便易行。对水泵系统的优化控制目标是使水泵提供的流量能适应空调末端的冷负荷的变化。智能建筑实验室的冷冻水系统是一个典型的二次泵变水量系统，它的一次泵与冷水机组联动，不适宜做变水量运行，所以只能对二次泵组进行优化控制[3]。
① 阀门调节措施：通过改变管路特性曲线来调节。节流阀可增大管路阻力，减少流量。但这种调节方法不经济，人为地增加管路阻力和管路损耗，因此流量降低之后，功率并不明显下降。对于水泵吸入侧阀门调节还有气蚀问题，所以应尽可能减少使用。
② 水泵台数控制措施：一次泵运行的台数用旁通管流量控制法，程序控制器根据安装在旁通管上的流量计检测到的流量来启停一次泵。当用户负荷从满负荷逐渐减小时，旁通管自左至右的流量会逐渐增大；当流量达到一台一次泵的流量时，程序控制器会关闭一台一次泵和制冷机；当用户负荷逐渐增加时，旁通管向右的流量会逐渐减少，用户负荷继续增加时，旁通管向右的流量会减少至零，接着会出现自右向左的流量，当向左的流量达到一台一次泵的流量时，程序控制器会启动一台一次泵和制冷机。
二次泵运行的台数用供回水管壓差控制法控制。当用户负荷减少时，压差控制器检测到的压差增大，当大于设定值时，关掉一台二次泵，于是压差会减小；当用户负荷增大时，压差控制器检测到的压差会减小，当小于设定值时，开启一台二次泵，于是压差会增大。
3 风系统节能措施
送风系统节能措施要考虑风机的运行控制方式，即应使每台风机的运行时间尽量均衡，另外，控制器应简单有效，设计时能考虑各种特殊情况，具有一定的抗干扰及应变能力[4]。
（1）风机的控制方案
在要求减少送风量的时候，最有效的方法是改变风机的转速。风机的转速可通过改变电机的转速实现，对于三相交流异步电动机使用变频器即可有效地改变电机的转速。
（2）闭环送风机变频系统的构成
要构成闭环系统，需要在出风口安置风压传感器，以保证出风口有恒定的风压，当测得的风压上升时，说明送风驱动量过大了，此时应降低送风驱动量。当测得的风压降低时，说明此时送风驱动量不足需要加大送风驱动量。检测到的风压信号和给定值进行比较以确定送风量的调节方向。
（3）控制器设计
控制器主要实现对送风量的控制，使送风压力保持基本恒定。
4 热量回收设备节能措施
空调系统耗能特点之一是系统同时存在需冷（热、湿）和排冷（热、湿）的处理过程。夏季室外空气需经过冷却、干燥处理, 而排风正是低温较干燥的空气, 冬季室外空气需加热、加湿处理, 而排风是温、湿度较高的空气。考虑到这种情况，采用热量回收设备，是综合节能方案的一大措施。
转轮式全热交换器正是利用这一特点, 对空调系统进行热回收, 起到了节能的作用[5]。在当前市场经济规律作用下，企业的投资意向取决于经济效益，采用更加反映实际情况的动态投资评估方法，对转轮式全热交换器作经济性分析发现，转轮式全热交换器将增加投资，但系统的节能效果明显，投资回收期短。因此，从节能的角度来看，应积极提倡在高层建筑中央空调系统中使用转轮式全热交换器，这对缓解目前能源紧张状况将意义重大。
由于全热交换器占空间面积较大，新风道、排风道需集中在一起，管路变得复杂，给系统布置带来一些困难。而且，采用了转轮式全热交换器，将使得控制系统变得复杂，增加投资、维修难度及维修费用，这在一定程度上会延长回收期。
5 自控系统节能措施
在全年中，空调系统的水泵系统长期在固定的最大水流量下工作，由于季节、昼夜及住房率的变化，空调实际的热负载在绝大部分时间内远比设计负载低。增加了管道能量损失，浪费了水泵运行的输送能量，也就存在能量的无效使用。
在中央空调系统采用变频调速技术，可提高节能效果。电机可在很宽范围内平滑调速，可将所有节流阀去掉，使管道畅通，减少甚至避免节流损耗。通过改变电机转速而改变水的流速，从而改变水流量，满足制冷机正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求，达到节能目的。采用变频调速技术的关键是电机转速的可调和可控。通过变频调速技术可实现自动调节流量并显著节能的效果[6]。
6 总结
高层建筑中央空调系统的节能是一个复杂的系统工程，从技术措施角度上来说，应是一个包括冷源选择、水系统的安装试压调节、风系统调节、采用热回收设备和系统自控等多个方面的综合节能方案。本文阐述了目前在高层建筑中央空调系统中的各项取得一定成效的节能措施，形成了一套综合的节能方案，为今后高层建筑中央空调系统的设计、安装、运行调节和管理提供了有力参考。