梁曉英，袁 磊

（1.臨沂科技職業(yè)學(xué)院 智能制造系，山東 臨沂 276000；2.臨沂市羅莊區(qū)發(fā)展和改革局，山東 臨沂 276000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源短缺的問題日益突顯，節(jié)約能源意義深遠(yuǎn)，其已經(jīng)成為我國(guó)的一項(xiàng)國(guó)家戰(zhàn)略。我國(guó)的建筑領(lǐng)域能耗高，建筑節(jié)能是當(dāng)前節(jié)能的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。而中央空調(diào)作為現(xiàn)代大型建筑必備的配套設(shè)施，其能耗占建筑總能耗的40%～60%，所以中央空調(diào)節(jié)能是建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能的主攻方向。我國(guó)現(xiàn)有中央空調(diào)能效水平與發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在較大差距，中央空調(diào)具有巨大的節(jié)能潛力，但因節(jié)能改造費(fèi)用高昂、施工難度較大等原因，致使中央空調(diào)的節(jié)能改造工程長(zhǎng)期難以推行，而合同能源管理模式的出現(xiàn)，不僅解決了用能單位的融資難、費(fèi)用高的問題，而且用戶在合同結(jié)束后享有節(jié)能設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)。合同能源管理是上個(gè)世紀(jì)70 年代中期以后在國(guó)外逐漸發(fā)展起來的，經(jīng)過不斷地發(fā)展和完善，這一機(jī)制在西方發(fā)達(dá)國(guó)家逐步得到推廣和應(yīng)用，同時(shí)近年合同能源管理在中國(guó)的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明，基于市場(chǎng)的合同能源管理機(jī)制同樣適合中國(guó)國(guó)情。

1 中央空調(diào)能耗現(xiàn)狀

中央空調(diào)是現(xiàn)代大型建筑必不可少的設(shè)施，空調(diào)系統(tǒng)中制冷機(jī)組的壓縮機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵、空氣處理機(jī)組風(fēng)機(jī)、冷卻塔風(fēng)機(jī)和末端設(shè)備的風(fēng)機(jī)是整個(gè)中央空調(diào)中的動(dòng)力來源，同時(shí)也是系統(tǒng)能源消耗的根源所在，從能耗占比來看，制冷主機(jī)最大，空氣處理機(jī)組風(fēng)機(jī)和空調(diào)末端設(shè)備風(fēng)機(jī)次之，水泵占比較少。同時(shí)，由于在設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理過程中存在一些不合理因素，造成了這些設(shè)備巨大的能源浪費(fèi)，增加了運(yùn)行成本。

1.1 “大馬拉小車”

在現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)中，絕大部分的空調(diào)制冷機(jī)組存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，這主要由于設(shè)計(jì)人員在計(jì)算空調(diào)冷熱負(fù)荷時(shí)，一方面是按照冷負(fù)荷指標(biāo)方法估算得來的，而不是按照逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算所得；另一方面冷負(fù)荷指標(biāo)本身就是經(jīng)驗(yàn)值，與實(shí)際建筑冷熱負(fù)荷存在誤差；再者，為了防止極端天氣出現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員還會(huì)在估算出的冷熱負(fù)荷基礎(chǔ)上再加上一定的安全系數(shù)，勢(shì)必會(huì)在選型時(shí)增大設(shè)備的容量，造成設(shè)備在運(yùn)行過程中長(zhǎng)期處于低負(fù)荷低效率的運(yùn)行工況，存在嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。

1.2 “大流量小溫差”

目前，在中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中普遍存在“大流量小溫差”的現(xiàn)象，冷凍水供回水溫差僅有2℃～3℃，甚至更低，遠(yuǎn)低于5℃的設(shè)計(jì)溫差。這主要是由于水泵選型不當(dāng)和維保人員管理不善造成的[1]。水泵選型過大，水泵流量越大，在主機(jī)冷負(fù)荷確定的情況下，供回水溫差越小。根據(jù)功率與流量的關(guān)系可知，水泵流量越大，水泵所需的功率越大，造成不必要的能量浪費(fèi)。同時(shí)，在部分負(fù)荷下，僅對(duì)水泵臺(tái)數(shù)控制而不對(duì)管路阻力進(jìn)行調(diào)節(jié)也會(huì)導(dǎo)致水泵過載，使水泵流量增加，功率增大，造成能源浪費(fèi)。

1.3 余熱浪費(fèi)

公共場(chǎng)所多采用混合式空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)與一部分回風(fēng)混合后經(jīng)空氣處理通過風(fēng)管系統(tǒng)送入空調(diào)房間，還有一部分回風(fēng)直接排出室外，這部分空氣的溫度比室外空氣溫度低很多，在排出的過程中，就會(huì)有大量的余熱排出；同時(shí)，新風(fēng)在送入空氣處理機(jī)組之前，如果不進(jìn)行預(yù)處理，將會(huì)消耗更多的冷量來抵消這部分熱量，造成能源浪費(fèi)。另外，對(duì)于一些制冷機(jī)組的冷凝熱如果沒有再利用而直接排至大氣，也將造成能源的浪費(fèi)。

1.4 設(shè)備腐蝕與結(jié)垢

空調(diào)系統(tǒng)能耗高的另外一個(gè)重要原因就是水側(cè)結(jié)垢與管材腐蝕。一方面，就開式冷凍水系統(tǒng)而言，噴水室在對(duì)空氣進(jìn)行熱濕處理過程中，使冷凍水系統(tǒng)中夾雜了空氣中的氧氣、細(xì)菌及其他有害物質(zhì)，經(jīng)過長(zhǎng)期的運(yùn)行，就會(huì)導(dǎo)致制冷機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)管路、冷凍水輸送管道被腐蝕及其內(nèi)壁結(jié)垢；另一方面，在水冷式制冷機(jī)組中，冷凝熱被冷卻水帶走后通過冷卻塔釋放到大氣中，冷卻水在冷卻塔中與空氣進(jìn)行熱交換時(shí)，必然會(huì)將空氣中的氧氣、細(xì)菌等物質(zhì)帶入到冷卻水系統(tǒng)，也會(huì)腐蝕冷卻水輸送管道，并形成水垢。研究表明，每增加0.1mm 厚度的水垢將使空調(diào)主機(jī)制冷量降低14%左右[2]，從而大大影響換熱器的傳熱效果，降低機(jī)組的運(yùn)行效率，減少機(jī)組和管道的使用壽命。

2 中央空調(diào)節(jié)能改造方案

對(duì)于既有建筑的中央空調(diào)系統(tǒng)來說，上述的不合理因素都可以通過節(jié)能改造加以避免。中央空調(diào)改造過程中，可通過以下改造方案實(shí)施。

2.1 冷熱源改造

首先，在計(jì)算冷負(fù)荷時(shí)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算，再根據(jù)建筑特點(diǎn)選擇合適的安全系數(shù)確定空調(diào)冷負(fù)荷，從而選擇較為匹配的制冷主機(jī)。其次，對(duì)于常規(guī)的制冷機(jī)組，通過一大一小的制冷量配置機(jī)組，調(diào)整機(jī)組在節(jié)假日、夜晚時(shí)間僅有少部分制冷負(fù)荷情況下的運(yùn)行臺(tái)數(shù)或更換為小制冷量機(jī)組運(yùn)行，避免出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，減少運(yùn)行費(fèi)用。另外，對(duì)于大型建筑的空調(diào)系統(tǒng)改造，可充分利用峰谷電價(jià)差，進(jìn)行冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)改造。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)一方面可減少制冷主機(jī)容量，大大提高主機(jī)制冷效率，避免出現(xiàn)“大馬拉小車”情況；另一方面，冰蓄冷空調(diào)可利用夜晚進(jìn)行制冷，白天將冷量釋放出來，對(duì)于少部分需要供冷的區(qū)域，僅需融冰供冷，減少運(yùn)行制冷主機(jī)的時(shí)間，大大減少運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)能效果明顯。而對(duì)于夏季采用常規(guī)制冷機(jī)組和冬季采用鍋爐或熱網(wǎng)供熱的系統(tǒng)，在有地表水、地下水或土壤源可利用的前提下，可利用地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)，這樣改造后一套系統(tǒng)可滿足夏季供冷、冬季供熱的需求。如夏季水的溫度是18℃～35℃，比空氣溫度低得多，可降低冷凝溫度，提高制冷效率，冬季水的溫度是12℃～22℃，提高系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，提高制熱效果。地源熱泵系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)相比可節(jié)能25%以上，回收年限為5～8 年。

2.2 輸送設(shè)備改造

可采用“大溫差小流量”的改造方式，一般設(shè)計(jì)過程中冷凍水溫度采用5℃的溫差，在管路系統(tǒng)節(jié)能改造過程中可采用8℃的溫差設(shè)計(jì)，從而減少管路中的流量，以及管路中水泵的能源消耗。

針對(duì)水泵在負(fù)荷降低時(shí)仍長(zhǎng)期處于定流量運(yùn)行造成能耗大的問題，可以通過對(duì)冷凍水泵、冷卻水泵、風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造，采用溫差控制器監(jiān)測(cè)進(jìn)出口冷凍水和冷卻水溫度，并將溫差信號(hào)反饋給變頻器，控制水泵在部分負(fù)荷下通過改變轉(zhuǎn)速來進(jìn)行實(shí)時(shí)流量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)按需供冷。在空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中，可采用高效節(jié)能的風(fēng)機(jī)或變頻控制的空氣處理機(jī)組改造既有空調(diào)系統(tǒng)，或采用直流無刷風(fēng)機(jī)盤管變風(fēng)量控制方式，提高風(fēng)機(jī)效率，減少風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗[3]。可降低空調(diào)總能耗的15%～35%，且投資小，回收期較短，只有1～2 年。

對(duì)于開放式冷卻水系統(tǒng)，可取消冷卻水池，將其改造為閉式冷卻水系統(tǒng)，將管路直接與冷卻水泵相連，水泵僅克服冷卻水流動(dòng)過程中的流動(dòng)阻力，大大減少水泵的能耗。此外，在能保證空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，優(yōu)化冷凍水和冷卻水管路系統(tǒng)，盡可能地減少管路中閥門和過濾器的數(shù)量，從而降低了管路系統(tǒng)中的局部阻力，減少了水泵的能耗。

對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)中的風(fēng)管和水管，進(jìn)行隔熱保溫措施的節(jié)能改造，防止冷量或熱量發(fā)生損失，管路進(jìn)行保溫棉隔熱后，可減少與周圍環(huán)境的熱量交換，降低能源消耗。

2.3 余熱回收利用改造

對(duì)于排風(fēng)直接排出，新風(fēng)直接送入空氣處理機(jī)組的空調(diào)系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)置熱回收裝置，使新風(fēng)與排風(fēng)進(jìn)行熱量交換，可大大減少處理新風(fēng)的制冷量，從而減少制冷機(jī)組的容量；而對(duì)于傳統(tǒng)的活塞式制冷機(jī)組或螺桿式制冷機(jī)組的改造，可增加余熱回收系統(tǒng)，充分利用制冷機(jī)組冷凝熱制取40℃～60℃生活熱水，既可減緩對(duì)大氣的熱污染，又能利用空調(diào)余熱實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，提高能源利用率。

2.4 維護(hù)保養(yǎng)改造

在對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)清洗保養(yǎng)時(shí)，需要定期對(duì)制冷機(jī)組冷凝器和蒸發(fā)器進(jìn)行排污處理，以及對(duì)空氣處理機(jī)組中的表冷器、風(fēng)機(jī)盤管、室外冷卻塔等換熱設(shè)備進(jìn)行清洗處理，從而提高設(shè)備換熱效果，可大大提高制冷機(jī)組運(yùn)行效率[4]。同時(shí)，可采用清洗管道機(jī)器人對(duì)水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)中的水管和風(fēng)管定期進(jìn)行污垢處理和管道清理，減少空氣和水的阻力，提高風(fēng)機(jī)和水泵的電耗，改善空氣的品質(zhì)。再者，可通過增加冷凍水軟化裝置和冷卻水自動(dòng)加藥裝置，改善冷凍水和冷卻水水質(zhì)，提高熱交換熱器的換熱效果，減少對(duì)水泵或風(fēng)機(jī)的輸送損耗。

3 用戶在進(jìn)行中央空調(diào)節(jié)能改造時(shí)面臨的難題

盡管現(xiàn)有中央空調(diào)普遍存在能耗過高的現(xiàn)象，急需節(jié)能改造，但是用戶在進(jìn)行改造時(shí)卻仍面臨著諸多的疑慮。首先，雖然企業(yè)的空調(diào)能耗巨大，存在節(jié)能潛力，但是具體有多大的節(jié)能潛力和改造空間，用戶不得而知。其次，中央空調(diào)節(jié)能改造費(fèi)用高，融資比較困難，使得用戶不能立即拿出高額的資金用于空調(diào)節(jié)能改造，造成了即使空調(diào)能耗高也只是簡(jiǎn)單地進(jìn)行一些維修保養(yǎng)。再次，中央空調(diào)節(jié)能改造風(fēng)險(xiǎn)高，即便用戶投入了大筆資金，節(jié)能效果能否保證成了用戶比較擔(dān)憂的問題。最后，空調(diào)運(yùn)行管理不能保證科學(xué)合理，用戶自己的內(nèi)部操作人員不懂得中央空調(diào)專業(yè)知識(shí)和相關(guān)自動(dòng)控制知識(shí)，只是簡(jiǎn)單地開啟運(yùn)行，不懂得根據(jù)季節(jié)、時(shí)段和人流量等實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，致使供冷量總是大于實(shí)際需求量，所以，即使對(duì)中央空調(diào)進(jìn)行了節(jié)能改造，節(jié)能效果依然不甚理想。

4 合同能源管理機(jī)制

合同能源管理機(jī)制的出現(xiàn)，從根本上解決了用戶的困惑。節(jié)能服務(wù)公司與用戶簽訂節(jié)能服務(wù)合同，確定節(jié)能目標(biāo)，并向用能單位提供能源審計(jì)、節(jié)能改造方案設(shè)計(jì)、融資、原材料和設(shè)備采購(gòu)、施工、安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)保養(yǎng)等一系列服務(wù)，用能單位享受節(jié)能服務(wù)，節(jié)能服務(wù)公司靠減少的能源費(fèi)用來回收其之前全部的投資和合理的利潤(rùn)[5]。在合同能源管理機(jī)制中，一般不要求用戶承擔(dān)大筆的投資費(fèi)用，甚至零投資、零風(fēng)險(xiǎn)，在雙方都嚴(yán)格遵守合同的前提下，用戶和節(jié)能服務(wù)公司能夠?qū)崿F(xiàn)雙贏。

合同能源管理機(jī)制在中央空調(diào)改造中主要有以下特點(diǎn)：第一，節(jié)能服務(wù)公司具有專業(yè)化的團(tuán)隊(duì)，從分析當(dāng)前建筑中央空調(diào)的能耗，發(fā)現(xiàn)節(jié)能潛力，并根據(jù)用戶中央空調(diào)的能耗特點(diǎn)提出多套節(jié)能方案，到通過對(duì)比選出最佳方案，提出節(jié)能目標(biāo)供用戶考慮和參考，是用戶值得信賴和托付的節(jié)能改造企業(yè)。第二，合同能源管理有多種類型，用戶可根據(jù)自身需求選擇合同類型。節(jié)能效益分享型合同能源管理面向的是無力承擔(dān)節(jié)能改造費(fèi)用的用能單位，在項(xiàng)目改造之初，由節(jié)能服務(wù)公司承擔(dān)所有改造費(fèi)用，用戶無需花費(fèi)任何費(fèi)用，雙方在合同期內(nèi)還可以按照一定比例分享節(jié)能收益，合同期結(jié)束后，用戶無償享有節(jié)能服務(wù)公司提供的節(jié)能設(shè)備。節(jié)能量保證型合同能源管理是指用能單位以自己的信用等級(jí)進(jìn)行融資、投資項(xiàng)目，節(jié)能服務(wù)公司在中央空調(diào)項(xiàng)目改造之初須在能源審計(jì)報(bào)告中必須提出節(jié)能目標(biāo)，在節(jié)能項(xiàng)目改造完成后，再通過檢測(cè)和驗(yàn)證節(jié)能量是否達(dá)到預(yù)期的效果，如果達(dá)到承諾的節(jié)能量，用戶支付改造工程費(fèi)，如果沒有達(dá)到事先承諾的節(jié)能量，節(jié)能服務(wù)公司將給用戶補(bǔ)償承諾節(jié)能量與實(shí)際節(jié)能量之間的差額，從而降低了用戶進(jìn)行節(jié)能改造的風(fēng)險(xiǎn)。以上兩種合同能源管理類型是現(xiàn)在中央空調(diào)節(jié)能改造常用的類型，無論采用哪種類型，節(jié)能服務(wù)公司為了獲取利潤(rùn)，必然都會(huì)采用最優(yōu)的節(jié)能方案和節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，以保證改造項(xiàng)目的節(jié)能效果。第三，節(jié)能服務(wù)公司還會(huì)對(duì)用能企業(yè)內(nèi)部空調(diào)維護(hù)操作人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，提高其運(yùn)行操作水平，使他們能夠根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的變化來調(diào)節(jié)供冷量，做到按需供給，在提供舒適、安全環(huán)境的同時(shí)，減少額外的空調(diào)能源浪費(fèi)。

5 結(jié)束語

當(dāng)前，面對(duì)嚴(yán)峻的全球氣候變化形勢(shì)，我國(guó)就實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)向世界作出莊重承諾，節(jié)能是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)最有效、最符合實(shí)際的舉措，通過節(jié)能改造工程來提高能源利用效率是節(jié)能的一項(xiàng)重要方向，現(xiàn)有中央空調(diào)能耗普遍較高，中央空調(diào)節(jié)能勢(shì)在必行。合同能源管理這一雙贏模式能夠充分調(diào)動(dòng)用能單位和節(jié)能服務(wù)公司進(jìn)行節(jié)能改造的積極性，值得大力推廣，隨著這一節(jié)能機(jī)制在我國(guó)的不斷發(fā)展和完善，合同能源管理也必將在中央空調(diào)節(jié)能改造領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。