海洋温湿气候条件下的中央空调运行管理与节能技术
本文以浙江舟山群岛为例，介绍了舟山群岛基本的温湿气候特征。通过调查资料的分析，阐述了该地区中央空调运行的基本状况，指出了该地区中央空调设计、运行及管理中存在的问题。根据海洋温湿气候特征，提出了从恰当设定室内外设计气象参数、精准化计算空调负荷、合理选择机组设备、采用适宜建筑围护结构材料等四个方面来对中央空调系统设计过程进行优化。并提出了合理的系统运行模式与一系列加强管理水平的措施，最后，根据该地区资源条件和气候特征，定性地指出了一些适宜的节能技术方法。
随着国民经济的高速发展，人们对所处室内环境的热湿状况、空气质量等的要求也愈来愈高。据统计，目前我国沿海较发达城市建筑中央空调的普及率接近80%。另一方面，中央空调的大规模使用使得对电力的需求不断增加，同时能源消耗也不断增长。据统计，整个建筑能耗的50%近乎来源于中央空调的能耗，对于一些大型建筑，如商场、综合大楼等，中央空调能耗所占建筑总能耗的比例更高。因此在创造舒适的室内中央空调空间的同时，如何最大限度地降低中央空调能耗，节约电力能源消耗是一个迫切的问题。
我国幅员辽阔，各地区的气候状况差异较大，不同地区中央空调的设计参数、运行管理方式、系统选择等都可能有所不同。浙江舟山群岛新区地处我国东南沿海，长江口南侧，杭州湾外缘的东海洋面上，属海洋温湿气候特征。以往的中央空调系统设计参数通常取自上海或杭州的室内外参数，由于设计参数失真，中央空调系统运行过程中的能量消耗过大，设计系统与实际需求脱节，系统设计不尽合理。因此，有必要根据舟山当地的自然气候状况，对中央空调系统的设计、运行及相关节能技术进行研究，实现整个系统的节能运行。
1 舟山群岛地区海洋温湿气候特征
浙江东部的舟山群岛地区属北亚热带南缘季风海洋性气候。整个群岛季风显着，冬暖夏凉，温和湿润。年平均气温16℃左右，最热8月，平均气温25.8℃-28.0℃；最冷1月，平均气温5.2℃-5.9℃。常年降水量927 mm-1620 mm。大风大雾频繁。
2 舟山群岛地区中央空调运行的基本状况
根据对舟山群岛地区17家大型公共场所中央空调系统的调研与检测，目前的中央空调系统运行主要存在以下一些问题。
1）中央空调效果不理想，室内温度不能保证在设计温度值。由于设计不合理，一些中央空调系统出现夏季室内温度及相对湿度偏高，冬季室内温度偏低的现象。另外，由于舟山群岛地区的温湿气候特征，过渡季节的时间较长，在过渡季节，大多数的中央空调系统无法实现与气候变化的自适应，导致中央空调系统依旧按照极端（极热或极冷）条件下运行，造成巨大的能源浪费。
2）中央空调系统设备达不到最佳运行状态。由于建筑室内冷（热）负荷计算粗略、设备选择不适当等多种因素，使得中央空调系统在实际运行过程中无法达到最佳设计运行要求。新风供给不足，室内送风温度和出口风速都不合适，造成室内人员舒适感不强。
3）中央空调系统运行管理水平低。中央空调的电费或燃料费及日常维护保养费开支大，负荷估算过高，导致设备容量偏大，实际过程中不能满负荷运行，造成资产的闲置与浪费。
4）中央空调通风系统污染严重。通风系统清洗成本较高，当地能进行此类清洗作业的企业很少，导致几乎很少有单位对自身的建筑中央空调系统进行清洗。2012年，舟山市疾控中心组织专业人员对市内17家大型公共场所中央空调通风系统污染状况进行了检测，检测结果显示仅六成公共场所中央空调合格。
3 舟山群岛地区中央空调系统设计优化、运行管理与节能技术
前面所提及的中央空调系统在运行过程中的问题，必须通过各种技术手段加以解决，从而达到节能的目的。
3.1 设计优化
1）合理选择室内外设计气象参数。设计参数选择是否合理，负荷计算正确与否，关系到中央空调系统的使用效果、运行经济性以及总的成本费用，成功的中央空调系统离不开合理的设计参数。据粗步测算，舟山地区夏季平均室外气温比上海、杭州等地同一时刻的气温要低2℃-3℃，个别情况下达到4℃-5℃。因此针对舟山地区的中央空调系统设计，不能再如以往直接取周边城市（上海、杭州、宁波等）的空气室外参数作为室外设计参数。而应当整理出舟山当地长年（持续30年以上）的室外气象测量数据，以其为参考来确定舟山地区的空气室外设计参数。
2）精准化负荷计算。中央空调负荷计算包括中央空调系统的冷负荷、热负荷、湿负荷计算。精确的负荷计算不仅关系到中央空调系统的制造费用，也会影响其运行成本及能源耗费。目前对于中央空调负荷的较精准计算方法，基本上都是针对某个计算房间，依次计算该房间围护结构（墙壁和门窗）负荷、电力电子设备负荷、人员负荷等，房间总负荷为上述负荷之和。在对中央空调系统设备容量进行选型时的依据的是整个建筑的冷负荷。但是，由于各房间朝向、位置、功能及其内部热源等情况的不同，实际上对于不同房间来说，最大冷负荷出现的时间并不相同，因此建筑冷负荷的最大值不是每个房间负荷最大值之和，应为每个房间逐时负荷叠加的最大值。由于舟山地区的气候条件与其他城市有较大差异，同时，建筑的朝向、建筑材料等不同，所以，针对舟山当地的中央空调系统设计，不能照搬设计手册中推荐的指标值，而应当通过相关的工程实例分析、计算后加以确定单位面积的负荷指标值。
3）优化设备选型。应根据设计对象的客观情况，即：建筑面积、建筑构造、建筑功能、中央空调的使用对象及功能、使用用途、运行时间等，选择恰当、合理的中央空调系统。变风量中央空调系统是通过改变风量来调节室温的，因此可以大幅度减少送风风机的动力耗能。舟山地区的温湿气候特征更加适合采用此种系统。当全年中央空调负荷率为60%时，它可节约风机动力耗能约75%。温湿气候特征下的过渡季可大量采用新风作为天然冷源，相对于风机盘管系统，能大幅度减少制冷机的能耗。可以避免产生冷凝水造成的滴漏污染吊顶。变风量系统的最大风量不是系统内各房间设计风量之和。因为中央空调系统提供的冷、热量可以随各房间负荷变化而在系统内部调整，所以应该根据系统的同时负荷率确定最大风量。 4）选择合适的建筑围护结构。舟山是远离大陆的岛屿，气候变化剧烈并且长期处于气候温热、空气湿度高的条件下，墙体的热湿迁移对建筑围护结构的热工性能、建筑能耗和室内环境有着十分重要的影响。因此，首先要选择合适的建筑墙体材料，建筑墙体围护结构应具有良好的隔热性能。例如对建筑西墙进行隔热设计，减少室外热量传入；在屋顶增加遮阳设施，使通过墙体或屋顶的热量减少。其次，外围护结构墙体的窗墙面积比也是必须考虑的一个问题。窗户面积过大，可能会引进室外传热量过多造成室内过热的现象。但窗户面积太小也会对室内采光与通风造成影响。最后，不可忽视对窗户自身的遮阳设计。合理有效的遮阳设计既能有效地阻止太阳光直接从室外射入室内，造成室内过热，又不至于阻碍自然通风或降低采光效果。
3.2 运行管理
1）空调区域的划分。全年绝大多数时间内，室外空气参数是处于冬、夏设计参数之间，在这种情况下，如果中央空调系统在运行过程中不作相应的调节，则不仅浪费了能量（设备供冷量和供热量），而且还会使室内空气参数偏离设计要求。因此，在中央空调系统设计和运行时，必须根据室外气象参数和室内冷（热）湿负荷的变化情况对中央空调系统进行全年运行工况的分析和调节。根据上述原则，应当着手将舟山地区的中央空调工况区域划分得更细更合理。条件许可时，不同季节尽量采用不同的室内设定参数以及充分利用室内被调参数的允许波动范围，以推迟用冷（或用热）的时间；在冬、夏季，应充分利用室内回风，保持最小新风量，以节省冷量或热量的消耗。
2）机组设备的维护与保养。采用计算机控制系统对中央空调系统进行集中管理和最佳控制。通过计算机集成系统确定所需提供的冷热量，以达到最佳节能运行效果。中央空调机组及相关的附属处理设备必须及时、定期地进行适当的清洁与保养，以便根据检测情况及时采取相应的预防性或恢复性的修理措施。空调系统和设备的检测每年要做一次，空调冷冻水和冷却水的水质检测在运行期间每个月做一次，对于过滤网、滴水盘、盘管视翅片间、风机叶轮等易滋生细菌等处，更要加强清洗，以保证空气质量。管接头或阀门漏水要及时修理或更换，滴水盘、水管、风管保温层损坏要及时修补或更换。
3） 管理人员的职责。要结合空调系统的规模和特点以及定员定岗情况来确定各级管理人员的岗位职责。做到每样设备都有人维护与保养，以保证机组的正常运行和设备的使用效率。同时，各级管理人员要加强空调制冷理论和实际操作经验的学习和提高，始终保持节能意识。
3.3 节能技术
目前舟山地区的大型建筑中央空调系统常见的冷热源配置为：水冷冷水机组+锅炉。为降低中央空调能耗，提高综合节能效益，可采用以下一些中央空调先进技术。
1）热回收技术是中央空调领域比较成熟和先进的节能环保技术。将中央空调的余热（冷凝热）进行回收，生产50℃～60℃热水，供生活或生产利用。中央空调的冷凝热余热被利用回收后，用于生产热水，因此基本上是零能耗。此外，余热被回收利用将使冷凝温度降低，冷凝温度下降促进中央空调机组效率提高5%-10%。综合分析，热回收技术不仅节省中央空调主机的耗电量，同时也延长了主机的使用寿命。
2）空气源热泵利用热泵系统原理，通过蒸发或冷凝作用，将夏季室内热量引入温度更高的室外，创造清凉的室内环境；而冬季吸收室外空气中的热量用于向室内供热，使房间温暖。中央空调的冷热源都来自于室外空气，整个系统工作中，不会产生任何污染物，系统简单，技术经济性好。更为突出的优点在于系统无冷却水系统，可节省大量的水资源，这对缺乏淡水的舟山地区来说，非常具有吸引力。
3）蓄冷空调利用前提条件是电价的“峰谷价差”。在夜间用电低谷期，通过传统电动制冷机进行制冷，并将制得的冷量利用水蓄冷或相变材料储蓄起来，在白天，由于电力负荷较高，为将更多电力用于工农业生产，制冷空调需要尽量少占用电力负荷。为满足人工环境的需求，此时把夜间储存的冷量释放出来，同样可以创造舒适的人工环境。因此，蓄冷空调能起到“移峰填谷”平衡电网负荷的作用。另外，由于电价的“峰谷价差”，所以与常规空调白天制冷相比，蓄冷空调夜间制冷能够节约运行费用，能够带来显着的经济效益。
4）由于设计的不严谨，当前处于服务期的大多数中央空调循环水系统的冷冻泵和冷却泵都是采用固定转速。但由于建筑负荷的并不是常年懒定，室内负荷也不是固定不变的，当室外气温变化或室内人员设备条件变化时，室内负荷也是在不断变化的。因此，额定转速运行的冷冻泵和冷却泵造成的能源浪费现象十分严重。建议根据室内负荷变化情况，通过传感器技术，采用交流变频器控制水泵运行，同时尽量避免使用阀门调节阻力的方法，减少由于阀门阻力引起水泵的扬程和电耗的增加。
4 总结
受海洋温湿气候影响，舟山地区的室外空气温度与周边城市（上海、杭州、宁波等）有较大的差异。因此需要根据当地独特的自然气候条件，确定合理的中央空调设计方案，合理选择室内外设计气象参数并对负荷进行精准计算，加强设备的优化选型。同时，采用先进的节能技术，加强系统运行的过程管理，确保中央空调系统能够正常运行，达到最大限度的节能效果。
