引言中央空调系统运行会产生大量能耗[1]，其节能改造措施成为我国公共建筑节能改造的重点方向。中央空调系统的节能效果是公共建筑节能达标的关键。我国公共建筑能耗约占公共机构总能耗的70%，空调能耗约占公共建筑能耗的28%~55%[2]，超过了照明、电梯和办公设备的总能耗，成为公共建筑耗能的主要设备。制冷站作为中央空调系统的核心和重要组成部分，其能耗占主要因素。中央空调系统节能除了要从系统设计方面考虑整体能耗，还需要在使用和维护过程中严格按要求进行管理，以延长设备寿命，减少能源浪费[3]。通过技术研究和应用实施可以有效提高中央空调系统的能效水平，降低运行成本，减少能源消耗和环境污染，同时提高室内舒适度，提高建筑使用价值和竞争力。如果中央空调系统的布置和工作系统不合理以及系统化管理的操作不便，会导致各种资源浪费。目前，中央空调系统节能措施的应用仍存在以下问题[4-5]：如何根据不同场景选择最适合的设备和控制方案；如何精确控制以实现最佳的节能效果；如何保证设备的稳定运行并及时处理故障，降低运维成本；如何建立完备的监测系统以及及时发现问题并调整等。文中针对某大厦的实际应用场景进行研究，旨在解决建筑整体装修改造以及原有中央空调设备老旧所带来的低能效问题，重点关注中央空调系统制冷站的节能技术改造措施。该研究成果可为其他类似场景的中央空调系统改造提供参考。1某大厦中央空调系统制冷站介绍作为空调系统的冷源部分，中央空调系统制冷站是用于提供空调制冷效果的核心设备，主要由制冷机组、冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔等设备组成。中央空调系统运行过程中，首先通过压缩机将制冷剂的低压气体压缩为高压气体，进入冷凝器中换热，此时制冷剂的高压液态经过节流装置调整为低压低温液态进入蒸发器，该过程是完成制冷的关键步骤。同时，高温冷冻回水经冷冻水泵被送入蒸发器盘管，使之与低温低压制冷剂进行热交换，变成低温冷冻水，并通过冷冻水泵作用将其送至各风机盘管，由冷却盘管吸收热量，降低空气温度，最后通过风机向功能间送风，完成循环制冷过程。通过以上循环过程，中央空调系统制冷站可以将热气体转化成冷气体，以达到调节室内温度的目的。1.1设备使用现状某大厦的中央空调机房位于负一层，配备了2台定频螺杆式冷水机组、3台冷冻水泵（2用1备）、3台冷却水泵（2用1备）和2台横流冷却塔。其中，空调冷冻水管系统采用一次泵变流量系统，冷却水系统为变流量并联式系统，冷却塔位于大厦的设备层。某大厦中央空调系统设备参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.11.012.T001表1某大厦中央空调系统设备参数设备类型台数型号技术参数螺杆式冷水机组1#~2#2YSDBCAS35CHE制冷量：1 122 kW；COP：5.23。冷冻水泵1#3KTB150-125-400A流量：187 m3/h；扬程：44 m；功率：37 kW；电机系列：Y2。冷冻水泵2#3KTB150-125-315流量：200 m3/h；扬程：32 m；功率：30 kW；电机系列：Y2。目前，该系统存在以下使用问题：第一，冷水机组于2007年12月投入使用，运行时间过长，制冷效果较差，使用的冷媒为已被国家列入淘汰的冷媒R22，具有产量少、价格高的缺点。第二，原空调冷冻水管系统采用一次泵变流量系统，其冷却水系统为变流量并联式系统。原有的冷冻泵和冷却水泵配置的流量比冷水机组要求的小，加上管网的水阻力大，导致实际运行1台冷水机组需要运行2台冷冻水泵和2台冷却水泵，增加了系统的运行能耗。水泵电机为国家要求淘汰的Y2系列型号。第三，针对位于设备层的2台侧出风的横流冷却塔，每台冷却塔由2台水量为150 m3/h的冷却塔组成，总电机功率为5.5×2 kW。现场勘查发现电机已锈蚀严重，换热填充剂老化，部分补水管也已锈蚀，导致系统能效降低，运行成本增加，不利于建筑的绿色环保运行。1.2制冷站启动控制方式目前，所有设备都需要现场人工启动，无法根据负荷自动加减负载设备或控制水泵变频，导致运行能耗较高。此外，冷却塔的启动柜安装在设备层2台冷却塔之间，需要在负一层中央空调机房和冷却塔启动柜之间来回切换，给运行人员的启停操作带来极大的不便，降低了系统的自动化程度和运行效率。1.3加班供冷方式办公楼晚上有少部分人员加班，为了保证工作环境温度，需要开启中央空调进行供冷。该情况下的供冷负荷较小，导致冷水机组在15%负荷以下运行，增加了设备的运行能耗，需要采取措施降低设备的能耗，提高能源利用效率。1.4制冷机房噪声以及振动问题在供冷季节，一楼大堂和会议室可以明显听到负一楼中央空调机房运行设备的噪声，并且还会引起地面的振动。这种噪声和振动不仅会影响人员的工作和生活，还可能对建筑结构造成损害。因此，需要采取措施减少噪声和振动，提高室内舒适度和建筑使用价值。2节能改造措施2.1主机设备改造空调系统的运行是将热量从室内低温环境向室外高温环境转移和传递的过程。因此，减少传热量和提高能源利用率是空调系统节能的关键方法[6]。通过观察主机的现状和建筑功能情况，发现大厦空调冷负荷受季节影响较大，主机全年大部分时间处于部分负荷状态。更换效率更高的变频螺杆式冷水机组是一种可行的节能方法。原有约克主机满负荷的性能系数(COP)为5.23，机组综合部分负荷性能指标(NPLV)为7.17，定频螺杆式机组在部分负荷运行时效率较差。根据运行记录，全年部分负荷运行时开启1台主机，夏季7~10月开启2台主机。本次更换的变频螺杆主机为约克品牌1级能效的变频螺杆式冷水机组(YVWE310)，在国标工况下COP达到5.667，NPLV达到10.09。无论是满负荷还是部分负荷情况下运行均具有较高的效率。∆W主机=∆P主机∙t (1)式中：W主机——主机耗电量，kWh；P主机——主机功率，kW；t——运行时长，h。更换主机设备后，在满负荷情况下，主机设备能效提升8.3%，最佳NPLV达到40.7%。按照7~10月开启2台主机以及其余月份开启1台主机的运行策略，除去双休和法定节假日，机房整体工作时长为246 d，每天运行12 h。更换2台主机后，基于设备能效的提升幅度，理想情况下能够节约274 907.95 kWh电量。2.2冷冻水泵及冷却水泵改造中央空调系统中，空调循环水泵的能耗占总能耗的20%~30%，因为其存在大量无效能耗，减少水泵能耗是空调系统节能的重要环节[7]。空调泵的实耗功率等于泵的流量与扬程的乘积除以效率。因此，一般通过以下途径减少空调水泵能耗：降低管道系统非正常阻力；适当减少系统的过剩流量；提高泵的实际运行效率。在实际运行中，由于原有水泵流量配备不足，开启1个主机需要开启两套水泵，开启两个主机需要开启三套水泵，极大地增加了能耗。通过重新匹配水泵流量与扬程，对冷冻水泵及冷却水泵设备参数进行升级，以保证冷水主机与水泵的1对1配套运行。某大厦改造前的水泵设备运行情况如表2所示，改造后的水泵设备参数和运行情况如表3和表4所示。经计算，改造前水泵全年运行能耗约为441 078 kWh，改造后水泵运行能耗为350 550 kWh。更换水泵后能耗减少约90 528 kWh，节能率达20.52%。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.11.012.T002表2某大厦改造前的水泵设备运行情况工况运行台数天数/d日运行时长/h运行能耗/kWh工况一（冷冻水泵）3102.512136 530工况二（冷冻水泵）2143.512127 428工况三（冷却水泵）2102.51273 800工况四（冷却水泵）2143.512103 32010.3969/j.issn.1004-7948.2023.11.012.T003表3某大厦改造后的水泵设备参数设备类型运行台数流量/(m3/h)扬程/m功率/kW效率/%冷冻水泵3220494582.31冷却水泵3280353084.8510.3969/j.issn.1004-7948.2023.11.012.T004表4某大厦改造后的水泵设备运行情况工况运行台数天数/d日运行时长/h运行能耗/kWh工况一（冷冻水泵）1102.51255 350工况二（冷冻水泵）2143.512154 980工况三（冷却水泵）1102.51236 900工况四（冷却水泵）2143.512103 320在更换冷冻水泵的基础上加装水泵变频装置，采用压差控制的方式对水泵频率进行调节，具有较为可观的节能空间。经计算，理想情况下加装变频控制前冷冻水泵全年运行能耗约为210 330.0 kWh；加装变频控制后冷冻水泵全年运行能耗约为131 248.5 kWh，能耗减少约79 081.5 kWh，节能率达37.60%。2.3风冷冷水机组系统改造按照大厦可能出现的加班的情况，设备需要提供制冷量120 kW，选用1台制冷量为130 kW的模块式风冷冷水机组以及2台冷水水泵（1用1备），安装在冷却塔设备层附近，通过安装冷冻水泵管接入中央空调供回水总管立管，增加模块式风冷冷水机组系统。设备层风冷冷水机组如图1所示。该设计方案可以满足业主需求，同时考虑了可能需要加班的情况，保证了系统的可靠性和稳定性。模块式风冷冷水机组具有制冷效率高、运行稳定、噪声低等优点，适合中小型商业建筑的冷却需求。同时，2台冷水水泵（1用1备）的配置也确保了系统的备用能力，一旦主泵出现故障，备用泵可以立即接管，从而保证了系统的连续运行。冷冻水泵管的接入也可以提高系统的运行效率，减少能耗。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.11.012.F001图1设备层风冷冷水机组2.4机房群控改造目前，机房设备的配合运行只能通过管理人员手动调节。如果将空调冷源系统的所有设备和阀门都涵盖在一个整体中，可以优化系统中设备的运行并提高机房的能效[8]。为了满足现实需求和未来扩展的要求，遵循以下原则设计BAS系统：实用性、可靠性、经济性、易维护性、开放可扩展性、应用配置灵活性以及操作方便简单易学。某大厦机房改造后的系统控制流程如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.11.012.F002图2某大厦机房改造后的系统控制流程系统控制流程分为三级。操作站级主要由个人电脑和服务器组成，配备鼠标和彩色显示器，可以通过Web浏览器读取智能网络控制器(NAE)数据进行实时监控和操作功能。此级别是整个系统和操作的核心界面。管理人员和操作者通过观察显示器上的信息和打印机记录的信息了解当前和历史机电设备的运行状况，并使用键盘或鼠标改变各种机电设备的运行状况，以满足管理者的控制要求。操作站级与次一级(NAE)之间采用高速通信方式进行信息交换，通信速率达到10 MB，具有更强的实时性，基本没有通信阻塞的风险。原有冷站使用智能网络控制器实现网络匹配和信息传递，具有总线控制和I/O控制功能。系统的区域网络(N1)采用符合国际工业标准的Ethernet网络。而系统的通信网络选用BACnet总线，该总线以RS-485为基础设计，具有简单可靠的特点和适用于各种机电设备现场控制器的通信要求，同时易于施工。网络控制器承担了从N1至BACnet的总线匹配和通信管理的功能，是现场控制器与操作站通信联系的纽带。根据机电设备分布状况，在配置方面，建议使用1台操作站、1个智能网络控制器NAE45完成通信管理功能，并配置相应的FEC2611控制器和扩展模块。3结语研究根据综合大厦内部中央空调制冷站的使用现状，从主机设备、冷冻水泵和冷却水泵、风冷冷水机组系统改造及机房的远程节能智能群控方面对中央空调系统进行节能改造，以降低空调运行能耗，实现节能目标并优化中央空调系统的运行管理，弥补了传统运行管理中存在的不足。这些措施具有明显的节能效果，为其他类似场景的中央空调系统改造提供参考。