关键词：枢纽楼 节能 中央空调系统　变频 专用空调系统配合运行

1.   简介

随着经济的发展，现代的电信枢纽楼越来越多地采用高层设计，浙江省第二长途枢纽大楼就是比较具有代表性的一幢高层建筑。在高层建筑中，一般普通风冷机房专用空调室外机难以放置，使用受到限制，电信枢纽楼常采用中央空调系统和水冷的机房空调系统；另外出于安全和可靠的考虑，空调系统设计会比较复杂，有时会设计两套以上的空调系统，这些空调系统的自身运行情况和相互配合运行情况，直接关系到能源的使用。初步估计，电信枢纽楼空调的能耗会占总能耗的50％以上，故节约空调系统消耗的能量和降低空调系统配合使用的能耗，具有很重要的意义。

2.       浙江省第二长途枢纽大楼空调情况

浙江省第二长途枢纽大楼（以下简称长二楼）楼高232米，建筑面积约80000m²，集机房和办公功能于一体，其中1楼到21楼为机房，由于机房设备发热量大，空调负荷很大，同时要求空调系统连续运行，不容许间断，对空调的运行要求非常苛刻；22楼以上为办公用房，夏天要求制冷，冬季要求供暖。为了满足上述的要求，长二楼的空调系统由两套系统组成，分别为中央空调系统和水冷的专用空调系统。两套系统如何最佳运行，即在满足使用的前提下，达到节能目的，是一个迫切的任务。

2.1. 节能原理

    空调系统在设计时是按现场最大需求量来考虑的，冷水机组是按照最大负荷配置并有一定富裕，其冷却泵、冷冻泵、冷却塔风机和空调末端也是按照最大工况来考虑的，在实际使用中有90%多的时间，冷水机组、冷却泵和冷冻泵都工作在非满载状态下；如果采用阀门、自动阀调节等手段不仅会增大系统节流损失，而且对空调的调节是阶段性的，造成整个空调系统工作在波动状态；而通过在冷却泵、冷冻泵和末端设备上采用变频调速技术，可以较好解决该问题。另外变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对系统的平稳调节，使系统工作状态稳定，并延长设备的使用寿命。

    当空调系统的负荷发生变化时，对冷冻水、冷却水的需求量和冷却塔需求的冷却风量也发生相应的变化，我们的节能原理，就是根据负荷的变化，采用不同的运行方案，以及采用变频技术，实现“按需分配”的控制方式。同时在两套空调系统（中央空调系统和水冷专用空调系统）并立运行时，制定出最佳运行方案，在确保机房安全的前提下，达到节能目的。

3.       中央空调的节能运行管理

长二楼的中央空调根据冷冻水系统分为低区、中区、高区三个系统，低、中区为机房，高区为办公区。系统由8台YORK离心式冷水机组组成（高、低区各三台冷水机组，中区两台冷水机组），冷冻站总制冷量为4300Rt/h（1 Rt/h≈3.52kw），冷冻水总循环量2610m³/h，冷却水总循环量3260m³/h，冷冻水系统和冷却水系统均设计为变流量系统。低区系统如图1所示：

从空调运行来看，冷水机组的负荷量、系统的冷冻水和冷却水流量都有一定限制，超出这个范围会影响主机的运行或发生意外。

中央空调配置情况如下表：

中央空调的节能运行包括：冷水机组节能、冷冻水系统节能、冷却水系统、冷却塔风机系统和末端节能。

3.1.   冷水机组的节能运行：

长二楼中央空调系统冷水机组采用离心式压缩机，冷水机组的工作效率，不仅和离心式压缩机的效率有关，还与冷凝器和蒸发器的换热效率有关，所以离心式冷水机组的效率可通过离心式压缩机及冷凝器和蒸发器的综合效率来判断，下面是制冷量650Rt/h的离心式冷水机组特性曲线，在不同负荷下运行的节能情况，如下表。

从表中数据可以看出负荷在100%～40%之间，随着负荷的下降，每产生1kw冷量的耗电比满负荷时少，而负荷在10%～40%时，随着负荷的下降每产生1kw冷量的耗电均比满负荷大，因此，为了“节能”必须将冷水机组控制在100%～40%之间运行；另外离心机是采用进气口导向器叶片开度的变化来调节制冷量的大小，制冷量过小也会产生喘振现象。所以中央空调如需要开启的话，就尽量让中央空调负荷工作在40%以上；同一个系统中，只有在负荷达到100％单台机组容量时，再开启第二台冷水机组，以确保节能。

3.2.   冷冻水、冷却水系统节能运行：

长二楼8台冷水机组配备了11台冷冻水泵和11台冷却水泵，在定频运行情况下，冷冻、冷却水泵开启就会满负荷运行，考虑系统的节能特点，长二楼空调水系统采用了变流量冷冻水系统，如图2，采取这种运行方式，冷冻水流量、冷水机组的容量都可以和各种负荷情况有效配合，能起到节能的目的。

目前，变频器的控制方法大体分为压力控制法和温度控制法两大类，大致特点是：压力法技术较低，成本较高，节电率为20～30%，温度法由于要涉及纯滞后等问题，技术要求高，但成本低，节电率为45～55％。长二楼现场选用了22台三菱F500变频器，安装了温度闭环控制系统，变频器会根据温度探头监测到水温数据改变输出频率，控制所以水泵的循环水量，达到“节省能耗”的目的。从实际运行情况来看，频率可调范围为50～30HZ，所以变频的范围为100%～60%，耗电指标范围为100%～30%，耗电可节约60%左右，如图３。

3.3. 冷却塔风机

我们知道，冷却塔风机在单一工频运行情况下，会造成水温过低，造成不必要的能源浪费；目前长二楼中央空调系统有8台冷却塔，准备进行节能改造，采用一台变频、多台定频控制的方式，即第一台风机变频运行，当负荷不够时，第二台风机定频启动，第一台继续变频运行，如果负荷还不够，继续启动凉水塔风机，如此可以使风机和水温较好的匹配，达到节能目的。

3.4.   末端节能：

长二楼中央空调末端采用的空调箱和风机盘管，末端的节能可以通过下列方法实现。

l        空调箱：由于空调箱一年四季运行，所以采用空调箱变频技术（VAV变风量空调系统），节能效果是非常明显的，调节越大，节能越明显，从目前的运行来看，可以节约50％以上的空调箱电耗；另外采用变频技术后，风机运行噪声有一定降低。

l        新风量：由于新风量在设计时都有富裕，实际使用中不需要那么多，因此要调节好新风风量，思路上根据室外空气温度，温度高的情况，减小新风量，室外温度低于室内温度情况下，增大新风量。

l        风机盘管：要注意设置好温度和风速，合理使用冷量，杜绝浪费。

4.       专用空调系统节能运行

浙江省第二长途枢纽楼的中央空调设计较早（1996年），而大楼实际在06年投入使用，当时设计的目的和当前的实际用途发生了变化。最初机房设计为一般发热量的机房，现在变成了IDC和IT等高发热量机房，导致大部分机房冷量和楼层末端冷量严重不足，另外中央空调系统末端采用空调箱和风机盘管，存在着洁净度和气流组织等问题，原有的中央空调系统已不能满足实际需求了，同时1层～21层通信机房的组合式空调风柜冷源来自大楼中央空调系统，存在单点故障的隐患，基于以上众多因素考虑，长二楼1层～21层增加了水冷的专用空调系统（闭式冷却系统+外置壳管式水冷冷凝器机房专用空调机组），系统设计了2个相对独立的单元，每个单元由4台冷却水量为388.8m³/h(108l/s)的BAC闭式冷却塔（1台备用）和3台690m³/h的冷却水泵（1台备用）组成，系统如图四：

4.1. 专用空调已安装情况（截止2007年3月）：

4.2.   系统特点：

一方面解决了供冷量不足和冷却水进机房的问题，增加了运行可靠性；另一方面给两套系统如何配合使用、达到节能目的带来了难题。

5.   两套系统的节能配合使用：

在这里，中央空调的一些节能措施，在专用空调水系统中也广泛的被采用，如４台循环水泵全采用三菱F700变频器控制、凉水塔风机采用分级控制。但是两套空调系统在保证机房要求的前提下，如何运行才能达到最大节能效果。对此，杭州电信分公司网络维护中心对低、中区的空调运行进行了大量的节能试验和测试：

5.1.   测试1：（中区IDC机房）

2006年12月25日对长二楼中区12楼IDC机房温度进行了测试，下面是测试的数据：