但作為大型的建筑“體溫調節器”而言,中央空調的帶來的舒適的環境就必然要付出能耗的代價。如數據所示,建筑的總的能耗中暖通空調系統的占比已超60%,其中中央空調的能耗更是占據了著重要的份額,的確已構成建筑能耗的“巨頭”。用戶常問:“哪些設備最費電?”本文結合技術原理與實際運行,拆解核心能耗設備,為節能改造提供方向。
而中央空調的“心臟”無疑就是那一臺壓縮機,其工作的好壞直接關系到整個空調系統的運行的效能和能耗的高低都直接取決于這臺“心臟”的工作水平。它的主要作用是壓縮制冷劑(如R22等),通過高壓、高溫的制冷劑與低溫低壓的冷凍水/冷卻水進行熱交換,實現熱量的轉移——這是中央空調制冷或制熱的關鍵環節。
由于中央空調的全建筑的供冷/供熱的巨大制冷/制熱的負荷,其所對應的壓縮機的長期高的負荷運作直接將對其的壽命造成了較大的威脅。此外,對于既能應對極端的天氣又能滿足突發冷/熱需求的系統,其系統的設計往往都會在“富裕量”的基礎上再將其“加一把油”地預留出較大的“富裕量”,從而使得壓縮機大部分的運轉時間都并非滿負荷地運轉,而是處于一種“大馬拉小車”的低效的狀態,從而進一步的加大了能耗。
針對壓縮機的節能改造,可通過變頻技術調整其轉速,使其與實際負荷精準匹配。例如,萬林科技研發的變頻壓縮機控制系統,能根據室內溫度、人數等實時數據動態調節功率,避免頻繁啟停造成的能量浪費,節能率可達20%-30%。
中央空調的循環系統依賴冷凍泵和冷卻泵驅動。冷凍泵負責將主機產生的低溫的冷凍水通過冷凍泵的輸送至各樓層的風機盤管,通過風機盤管與空氣的不斷的換熱,有效的降低了室內的溫度,而將主機排出的高溫的冷卻水又通過冷卻泵的送回主機,通過冷卻塔的不斷的散熱,形成了一個既能降低室內的溫度,又能將熱量將其有效的外排的冷卻循環系統。
不管空調系統處于什么狀態,它的兩套泵組都始終處于“辛勤的工作”中,持續地將水介質的熱能“輸送”出系統中。尤其在長距離輸送(如大型建筑的多樓層布局)中,管道阻力會增加能耗;而實際運行中,系統多處于部分負荷狀態(如夜間低人流時段),泵組的流量和揚程需求降低,若仍以額定功率運行,能量損失便十分顯著。
對冷凍泵和冷卻泵實施變頻調速改造是關鍵。借助精巧的將變頻控制器的“智慧”運用到泵的調速上,就可以根據實際的需冷/熱量的多少對泵的轉速進行相應的調整,從而大大地減少了“小馬拉大車”的無效的能耗。萬林科技的智能解決方案,結合樓宇能源監測系統,能實時反饋泵的運行狀態,動態優化功率,節能效果提升可達15%以上。
風機盤管是中央空調的“末端出口”,直接面向各個房間或區域,通過風機驅動空氣流動,與冷凍水換熱后送出冷/熱風。它看似“小”,卻是能耗的“波動開關”——其能耗占比可達系統總能耗的30%-40%,主要因以下兩點:
其一,多臺風機盤管并行運行時,總能耗隨開啟數量線性增加。若管理不當(如未及時關閉閑置房間的盤管),會造成“空轉耗電”;其二,風機盤管的能效比(EER)受負荷影響大,低負荷運行時(如僅需微調溫度),風機仍以高轉速運轉,能耗效率驟降。
通過智能溫控與分區域控制優化風機盤管的運行。例如,萬林科技為風機盤管加裝智能傳感器,可實時監測室溫、人員密度等數據,自動調節風機轉速和啟停狀態;同時,采用高效離心風機替代傳統軸流風機,在低負荷時降低轉速,兼顧舒適性與節能性。
冷卻塔為中央空調的“散熱中樞”,通過將高溫的水與空氣的直接接觸將冷卻泵泵出的高溫的水迅速的冷卻后再將其循環的利用的到。其能耗主要源于蒸發散熱過程——水的蒸發需吸收大量熱量,而蒸發效率受水溫、濕度、風速等因素影響。
主要的問題在于系統協同性不足:許多建筑的冷卻塔群控策略落后,仍采用“定頻啟停+固定臺數”傳統的模式。像在夜間或過渡季節,室外濕球溫度較低,自然冷卻能力顯著提升,理論上可減少風機轉速甚至關閉部分塔體,但若缺乏智能感知與聯動控制,冷卻塔仍全功率的運行,就會造成大量“耗電”。還有就是填料老化、布水不均、結垢堵塞等問題都會顯著降低換熱效率,迫使系統提高水泵揚程或延長風機運行時間,間接推高能耗。
(1)變頻群控與氣象聯動
引入基于室外溫濕度實時數據的動態調控系統,根據濕球溫度自動調節風機轉速和啟停組合。
(2)高效填料與清洗維護機制
更換親水性強、耐腐蝕的新型填料材料,并配備在線清洗裝置,保持換熱面潔凈,避免因污堵導致的效率衰減。
(3)余熱回收潛力挖掘
在某些特定場景下(如醫院、酒店),可結合熱回收型冷卻塔,在散熱的同時提取低品位熱能用于生活熱水預熱,實現能源梯級利用,進一步提升系統綜合能效。
然而,僅靠簡單的“關空調”、“調高溫度”這樣的粗放之舉就想對“巨獸”般的建筑空調的能耗的治理就顯的過于簡單了。真正的節能之道,在于讓每一臺設備都在正確的時間、以正確的強度、做正確的事——即實現“負荷需求”與“能量供給”的精準匹配。
但更重要的是還需要對核心的技術裝備做一系列的升級,如變頻的壓縮機、高效的水泵、智能的盤管等同時也更依賴系統的集成與對其的智能的管控的頂層的設計。未來,隨著數字孿生、物聯網、邊緣計算等技術的深入應用,中央空調將逐步從“耗能機器”演變為“智慧能源節點”,在保障舒適性的同時,成為建筑減碳的核心引擎。