引言随着中国市场经济的快速发展，国内大中型超市在数量和规模上不断增加，2019年中国大型超市门店数量为5 341个，同比增加12.2%[1]。典型的大型购物超市具有人流量大、空调冷负荷指标高、运行时间长的特点，空调系统初投资和运行费用都比较高[2]。在大中型超市的建筑能耗中，空调制冷系统的能耗占整个超市能耗的比例高， 空调制冷系统节能是超市节能的重点[3]。尽管超市空调系统节能设计策略已经非常成熟，但在空调系统实际运行中，运行工况不能及时准确地随负荷变化调整，维护清理不及时、运行效率低、能耗高，与设计工况相差甚远的问题还相当普遍。文中以北京市的某大型超市为例，通过分析连续3年的运行数据，开展现场检查，实施设备性能参数测试等对空调系统进行了全面诊断，提出针对性的节能运行建议。1项目概况本超市位于北京，建筑物地上一至三层，总面积20 700 m2，2012年投入使用，客源密集稳定，营业额较好。超市空调系统选用2台制冷量为1 584 kW冷水机组，空调冷冻水供回水设计温度5/13 ℃，冷却水供回水设计温度32/40 ℃。空调风系统采用全空气系统，回风管装设CO2浓度传感器，根据CO2度自动调节新、回风混合比，过渡季采用全新风运行模式。2超市运行能耗分析2.1超市主要能耗分析收集整理该超市连续3年的能耗数据，分析了2017年至2019年供冷季（5月至9月）各用能系统的耗电量数据，归纳各用能系统耗电量比例，具体如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.001.F001图12017年～2019年供冷季某超市各用能系统耗电量从图1可以看出，大型超市耗电量最大两项为其他项（26%）和空调系统（22%），照明能耗和冷链次之，后厨设备和商铺耗电量较小。其他项包含电梯、办公区、收银区和收货区所有设备的耗电量，这些区域用电设备多，能耗占比最大；其次是空调系统，占比达到22%。本超市对照明要求高，灯具密度大，运行时间长，照明能耗较大。冷链系统一般全天24 h运行，尤其是开敞式冷柜的耗电量较多。空调系统节能潜力较大，是后续文中研究分析的主要内容。2.2空调系统主要设备能耗分析统计该超市在2017年～2019供冷季空调系统设备（冷水机组、水泵、冷却塔及空气处理机组）的耗电量，耗电量的数据分析及各部分占比如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.001.F002图22017年～2019年某超市供冷季空调系统主要设备能耗及占比由图2可以看出，冷机占比最大为50.56%，其次为空气处理机（空调末端）占总能耗的30.29%，水泵与冷却塔（输配系统）的能耗比例最小，为19.15%。冷机、水泵和冷却塔的耗电量变化比较明显，与室外环境温度密切相关，峰值出现在7月、8月。空气处理机组的耗电量变化不明显。这是由于在制冷季初期和末期（5月和8月下旬），空气处理机全新风运行，充分利用天然冷源，运行时间比冷机、水泵及冷却塔长，从而导致空气处理机的能耗较大。从上面的数据分析可知：冷源和空调末端能耗占比最大，是设计及节能运行管理的关键。3空调系统运行存在问题分析3.1冷机闲置或者低效率运行严重3.1.1冷源及输配系统闲置严重该超市设置2台冷机及对应的冷却塔，水泵2用1备。经过查阅3年的运行记录，即使在7月底8月初的负荷高峰期，实际只运行1台冷机、1台冷却塔，1台冷却和冷冻水泵，设备的闲置率达到50%，从而造成空调系统、相应配电系统及机房初投资浪费。随着近几年人们消费模式的巨大变化，超市客流量有较大程度的下降，而人员密度的参数依据现行的规范选取，从而造成新风量和人员发热量取值偏大，计算冷负荷偏高。3.1.2系统未实现双侧大温差的运行工况本超市冷冻水设计供回水温度为5/13 ℃，冷却水设计供回水温度为32/40 ℃，为双侧大温差系统。而根据7月25日、26两日的现场测试数据，冷水机组的冷冻水供回水温度平均为5/9.5 ℃，冷却水供回水温为36.5/40 ℃，冷冻水和冷却水温差偏小，没有实现大温差运行的设计工况，从而导致输配系统（冷冻和冷却水泵）的能耗偏高。3.2对CO2浓度、PM2.5浓度等室内环境评价要素未充分重视近些年，极端气候的出现，人们对CO2浓度、PM2.5浓度等主要室内环境参数越来越关注。对超市中不同功能区的室内温度、相对湿度、CO2浓度及PM2.5浓度进行了测试，结果如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.001.T001表1各功能区室内环境参数环境参数生鲜区日杂区家电区收银区温度/℃27.426.227.026.2相对湿度/%57.160.061.157.8CO2浓度/×10-61 407.0796.7739.51 050.0PM2.5浓度/（μg/m3）71.620.427.026.6由表1可以看出，超市卖场大部分区域的温度在27 ℃以下，相对湿度范围为47%~63%之间，均符合《室内空气质量标准》（GB/T 18883）的要求[4]。但是，部分区域CO2浓度及PM2.5浓度偏高，收银区CO2浓度为1 050.0×10-6；生鲜区CO2浓度为1 407.0×10-6和PM2.5浓度为71.6 μg/m3，浓度均偏高。出现此种结果的原因有2个：其一，生鲜区和收银区客流量较大，从而导致CO2浓度偏高；生鲜区内水果、蔬菜本身的可吸入颗粒物较多，造成PM2.5浓度偏高；其二，为了减小能耗，冬夏季均以最小新风量运行，未根据CO2浓度传感器对新风量及时调整；设计时间较早，未设置PM2.5浓度传感器。3.3空调设备缺少日常管理和维护3.3.1设备部件损坏未及时发现及整改在对空气处理机组测试中发现：1台空调机组的送风量过小，仅为额定风量的70%，而其他空气处理机组的实测风量为额定风量的90%～99.9%之间，基本满足要求。对该台空气处理机进行了详细检查，发现风机和电机相连的一根皮带损坏，送风量偏小，运行中未及时发现。风机皮带轮损坏现场情况如图3所示。冷却塔结垢现象如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.001.F0033.3.2设备维护不到位（1）冷却塔填料结垢严重。在检查中发现，冷却塔填料结垢现象很严重，填料片之间沉积了大量的污垢、菌藻、杂质、尘土，严重影响冷却塔的正常运行。根据7月25日、26日2天的测试数据计算，冷却塔的实测效率在40％～65％之间，冷却效率衰减很多，造成冷却水供回水温度偏高，温差偏小。和运行人员交流时得知，这种现象近一年一直存在，为了降低冷却水温度，保证冷机需求，采用2台冷却塔低效运行，造成冷却水泵和冷水机组耗电量的浪费。没有对安装的冷却水处理装置定期加药，也未对冷却塔填料进行定期清洗和更换，这些因素均导致冷却塔填料结垢严重，冷却效率衰减很大。（2）空气处理机过滤器脏堵。在空气处理机组的检查和测试中发现，风系统过滤器普遍存在脏堵比较严重的现象（见图5），导致空调机组实际送风量小于额定值，增大了风机的耗电量，不利于节能运行。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.03.001.F004图5过滤器脏堵现象4空调系统运行管理建议及节能措施4.1监控室内环境参数对室内热湿环境（温、湿度）和主要的空气污染物（CO2、PM2.5等）浓度进行监测，特别是人流量较高的时间段及功能区域，调整空调系统的运行策略，确保室内环境满足人体舒适度要求。超市卖场空间较大，根据不同功能分区的使用和空间特点布置测试点，尤其是在人员密集的通道区域安装传感器，根据室内环境参数调节新风阀开度及风机频率。4.2定期检测空气处理机风量定期对空气处理机的风量进行测量，如风量异常，要及时排查原因，过滤器脏堵、皮带太松或破损、阀门开关不到位是常见原因。推荐风压法测量空气处理机送风段的送风量，简便易行。使用风压测试仪测风管截面上各点的风压值，得出该截面上的平均风压，再根据式（1）得出相应风速[5]。P=1.29V2/2 （1）V=2P/1.29 （2）式中：P——风口截面上的平均风压，Pa；V——风速，m/s。根据风速乘以送风管横截面积即得出送风量：Q=S×V×3 600 (3)式中：Q——风量，m3/h；S——风管横截面积，m2；V——风速，m/s。4.3合理控制风量（1）风机变频运行。根据回风温度控制空气处理机组的风机频率，使风机变频运行，可以有效地节省风机能耗。超市的空气处理机组长时间运行，按每年的耗电量约10万kWh计算，如果风机的运行频率按照平均40 Hz计算，每年可以节省电量4万kWh，节能潜力很大。（2）控制新风量。新风量过大会增加新风冷负荷，造成能源浪费；新风量过少会使室内污染物（如CO2、PM2.5）浓度升高，空气质量下降，影响室内人员的舒适性，所以合理的控制新风量非常重要。（3）在回风口及重点区域设置CO2浓度和PM2.5浓度传感器，联动空气处理机的新风阀，自动调整开度及新风量的大小；过渡季，全新风运行，充分利用天然冷源。（4）制定合适的冷水机组运行策略。对上一年冷机的负载率及耗电量进行分析，从而制定本年空调季冷机的运行策略，并逐年修正调整，可由设计指导完成。（5）空调设备定时检修。运维人员要对空调系统的重要设备如空调机组、水泵、冷却塔等进行定期检查，建议每月1次，当出现设备损坏、脏堵现象时要及时维修更换。如冷却塔的填料更换后，降低了冷却水的供回水温度，可以节省冷却水泵和冷机的能耗，对于本项目而言，预计每年可节省耗电量3.2万kWh，节能空间很大。5结语节能设计理念能否真正落地，设计、运行两方面缺一不可。设计中，负荷计算中要选择几个类似超市实地调查，重点关注人员密度、照明、用电设备数量及功率等信息，计算得到准确的负荷，从而进行合理的空调系统选择和空调设备的配置，避免造成设备的闲置及初投资的浪费。