在公共建筑中，暖通空調(diào)能耗通常占總能耗50%以上，經(jīng)實地測試，90%以上的中央空調(diào)制冷機房運行能效（不含末端能耗）在3.5以下，與高效機房水平尚有較大的差距。
在國內(nèi)，目前尚無中央空調(diào)系統(tǒng)能效等級的相關(guān)國家標準，而在美國、新加坡等地，高效機房技術(shù)發(fā)展較早。
新加坡作為全球范圍內(nèi)對于綠色建筑要求最高的國家之一，對于總裝機>500Rt的空調(diào)系統(tǒng)，最高“鉑金級”要求全年制冷機房平均能效高于5.41；美國供暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會ASHRAE定義全年平均能效高于5.0的中央空調(diào)機房為高效制冷機房。
ASHRAE全年制冷機房能效評價
01—低效制冷機房的主要問題
制冷機房能耗包括冷水機組、冷水泵、冷卻水泵以及冷卻塔等部分，是多個子系統(tǒng)與多個參數(shù)耦合影響的復(fù)雜系統(tǒng)，其運行能效水平與系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備能效、水系統(tǒng)阻力、系統(tǒng)控制策略等關(guān)系密切，對設(shè)計和運維管理的整體專業(yè)性要求很高。
低效空調(diào)系統(tǒng)首先體現(xiàn)在“量”的不適配，系統(tǒng)能力輸出和負荷需求不適配。
對于冷機而言，傳統(tǒng)制冷機房設(shè)備選型往往只考慮額定工況制冷能力，且留有較大余量，冷負荷甚至長期達不到設(shè)計冷量，出現(xiàn)類似“大馬拉小車”的過量供冷，造成冷量浪費及運行能效低下。
對于水系統(tǒng)而言，由于管路熱慣性、管網(wǎng)水力不均勻等原因，在部分負荷下往往出現(xiàn)過量供冷水，供回水溫度較低的情況，導(dǎo)致輸配能耗的浪費。
空調(diào)系統(tǒng)的低效運行還體現(xiàn)在“質(zhì)”的不適配，比如設(shè)計水溫與實際需求不適配，壓比與工況需求不適配，冷水機組長期運行于非高效區(qū)等問題，造成綜合能效較難提升。
02—高效機房主要實現(xiàn)方法
高效設(shè)備并不意味著運行節(jié)能，高效制冷機房需要徹底革新，需要擁有全新的理念：
1）通過建筑實際使用中長期積累的運行能效進行評價；2）按需定制開發(fā)滿足適配性的高效設(shè)備；3）注重考量在設(shè)計、建造、運維的全生命周期，獲得合理的投入與節(jié)能收益。
從系統(tǒng)適配性設(shè)計、管路降阻設(shè)計、智能控制與調(diào)適等多方面進行精細化管理，盡最大可能提升制冷機房運行能效，從而實現(xiàn)節(jié)能與經(jīng)濟效益的最大化。
■ 全工況高效設(shè)備
高效設(shè)備是系統(tǒng)高效運行的基礎(chǔ)。為了提升全工況系統(tǒng)能效，需要在水系統(tǒng)主要設(shè)備選型時采用全工況高效設(shè)備。而冷水機組是空調(diào)水系統(tǒng)最核心設(shè)備，需要根據(jù)建筑負荷工況需求，合理配置變頻冷機。
變頻離心機壓比與能力屬于同向耦合調(diào)節(jié)，并不能解耦獨立調(diào)節(jié)，適用于負荷隨季節(jié)變化的場合，比如舒適性空調(diào)。
而隨著永磁變頻電機及控制，磁懸浮、氣懸浮等無油軸承，離心機壓縮機氣動效率提升等節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，冷機全年綜合能效得到大幅度提升，離心機各環(huán)節(jié)的效率基本已趨近極致。如果沒有新的理論突破，進一步提升機組能效已比較困難。
圖
而變頻變?nèi)萋輻U機實現(xiàn)能力與壓比完全解耦調(diào)節(jié)，即可滿足小負荷、高壓比（降轉(zhuǎn)速、延遲排氣），又可實現(xiàn)大負荷、低壓比（升轉(zhuǎn)速、提前排氣）工況，在寬工況范圍內(nèi)保持較高效率。
下圖為磁懸浮離心機、永磁變頻螺桿機全工況能效對比，可以看出，在“大負荷、高壓比”區(qū)域，兩者性能相當(dāng)；在“小負荷、低壓比”區(qū)域，永磁變頻螺桿機性能優(yōu)勢明顯，COP提升10%~25%，綜合能效IPLV高出8%~10%。
除冷水機組外，所有水系統(tǒng)主要設(shè)備均建議采用永磁變頻、直驅(qū)等節(jié)能技術(shù)，如風(fēng)機盤管、冷卻塔、組空機組、變頻水泵等設(shè)備能效均可明顯提升。
■ 系統(tǒng)適配性設(shè)計
為了實現(xiàn)整個系統(tǒng)的全局能效最優(yōu)，需要基于建筑負荷工況需求研發(fā)精準適配的設(shè)備，適配參數(shù)包括冷量、溫度、壓比、高效區(qū)等四個方面。通過能耗仿真、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段，使空調(diào)系統(tǒng)從“量”和“質(zhì)”等方面實現(xiàn)與負荷工況需求的適配。
冷量屬于“量”的概念，較容易實現(xiàn)適配，應(yīng)對建筑全年負荷、室外溫濕度等運行參數(shù)進行深入分析，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，合理配置全工況范圍尤其是低負荷運行下的冷機選型及控制策略，盡量節(jié)約低負荷運行能耗，實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)能力輸出與負荷需求的適配。
溫度、壓比、高效區(qū)屬于“質(zhì)”的概念，往往被忽視，在不同地域、應(yīng)用場合及氣候條件下，需求有所不同，適配實現(xiàn)起來更復(fù)雜。
為實現(xiàn)系統(tǒng)全局優(yōu)化設(shè)計，可基于系統(tǒng)全年能耗仿真方法，對設(shè)計方案的節(jié)能和經(jīng)濟性開展評估，從而選擇冷凍供回水溫度、冷卻側(cè)供回水溫度的最佳設(shè)計值。
綜合考慮空調(diào)系統(tǒng)全工況運行的情況，結(jié)合變頻離心機、變頻變?nèi)萋輻U機各自的優(yōu)勢，進行合理的冷水機組組合配置，以調(diào)節(jié)能力輸出與運行壓比，降低能耗，實現(xiàn)在全工況范圍內(nèi)冷機壓比與工況需求的適配。
3臺650RT永磁變頻離心機與1臺300RT永磁變頻螺桿機組合運行性能曲線（百分數(shù)為最佳切換冷機負荷率）
實現(xiàn)高效區(qū)適配，同樣需要依托永磁變頻、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應(yīng)用，將全工況綜合能效最優(yōu)為目標的全工況氣動設(shè)計方法取代傳統(tǒng)額定工況設(shè)計方法。
通過分析不同建筑負荷、工況、時間等運行特性，定制化設(shè)計適應(yīng)變轉(zhuǎn)速、寬負荷范圍的葉輪、擴壓器等氣動結(jié)構(gòu)，拓展高效運行區(qū)，實現(xiàn)變頻壓縮機特性與空調(diào)設(shè)備全年運行特性的最優(yōu)適配，達到全年運行節(jié)能的目的。
此外，在管網(wǎng)降阻設(shè)計中，應(yīng)精確核算和優(yōu)化循環(huán)水網(wǎng)管長、流量、管徑、水流速、沿程阻力構(gòu)件和局部阻力構(gòu)件，可將BIM技術(shù)應(yīng)用于制冷機房的設(shè)計、建造、運維中，盡最大可能降低水泵揚程，減少不必要的輸配能耗，實現(xiàn)水系統(tǒng)的壓比適配。如下圖為水系統(tǒng)管路流程圖，通過管路降阻優(yōu)化設(shè)計，可將水泵揚程從43m降為24m。
3臺650RT永磁變頻離心機與1臺300RT永磁變頻螺桿機組合運行性能曲線（百分數(shù)為最佳切換冷機負荷率）
實現(xiàn)高效區(qū)適配，同樣需要依托永磁變頻、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應(yīng)用，將全工況綜合能效最優(yōu)為目標的全工況氣動設(shè)計方法取代傳統(tǒng)額定工況設(shè)計方法。
通過分析不同建筑負荷、工況、時間等運行特性，定制化設(shè)計適應(yīng)變轉(zhuǎn)速、寬負荷范圍的葉輪、擴壓器等氣動結(jié)構(gòu)，拓展高效運行區(qū)，實現(xiàn)變頻壓縮機特性與空調(diào)設(shè)備全年運行特性的最優(yōu)適配，達到全年運行節(jié)能的目的。
此外，在管網(wǎng)降阻設(shè)計中，應(yīng)精確核算和優(yōu)化循環(huán)水網(wǎng)管長、流量、管徑、水流速、沿程阻力構(gòu)件和局部阻力構(gòu)件，可將BIM技術(shù)應(yīng)用于制冷機房的設(shè)計、建造、運維中，盡最大可能降低水泵揚程，減少不必要的輸配能耗，實現(xiàn)水系統(tǒng)的壓比適配。如下圖為水系統(tǒng)管路流程圖，通過管路降阻優(yōu)化設(shè)計，可將水泵揚程從43m降為24m。
水系統(tǒng)管路優(yōu)化
最后，由于中央空調(diào)系統(tǒng)屬于多子系統(tǒng)耦合復(fù)雜系統(tǒng)，單一控制某一參數(shù)無法實現(xiàn)整體空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果最優(yōu)，因此，需要基于全局能效最優(yōu)仿真方法，定制中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運行控制的全局策略，才能真正實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)運行的節(jié)能效果。
空調(diào)系統(tǒng)整體控制策略圖
煦聯(lián)得中央空調(diào)AIO-SAC智慧控制系統(tǒng)正是基于全局能效策略，匯集全球5000+公共建筑空調(diào)運行數(shù)據(jù)，按照L-L5°/T60′分格進行細分，實現(xiàn)多場景的針對性模擬運行過程，對設(shè)備進行實時的智慧控制，并將控制結(jié)果實時反饋至AIO系統(tǒng)平臺，進行云計算分析，修正控制曲線和能耗曲線，達到每個場景最優(yōu)化的控制目標。
某國際酒店綜合能源管理項目應(yīng)用的煦聯(lián)得中央空調(diào)AIO-SAC智慧控制系統(tǒng)示意圖
03—總結(jié)
提高空調(diào)系統(tǒng)運行特性與建筑負荷工況的適配性對于實現(xiàn)高效制冷機房至關(guān)重要。需要對應(yīng)用場合的全年負荷工況進行深入分析，通過系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與設(shè)備定制化開發(fā)，滿足能力、品位、壓比、高效區(qū)的適配要求，真正實現(xiàn)“按需定制、精準適配”，提升系統(tǒng)運行能效。
高效制冷機房是一個復(fù)雜系統(tǒng)工程，首先要所有水系統(tǒng)提升全工作范圍能效；
其次，需要在滿足室內(nèi)熱舒適性前提下，基于適當(dāng)?shù)闹袦卮鬁夭罟r進行系統(tǒng)設(shè)計，提升冷水機組能效并降低輸配能耗；
再者，需要對管網(wǎng)進行精細化設(shè)計，降低輸配系統(tǒng)水阻及揚程；
最后，通過智能控制系統(tǒng)進行優(yōu)化控制、精準檢測計量、調(diào)適診斷，實現(xiàn)長期高效運行。
未來，隨著“雙碳”政策的實施，高效機房將是新建和改造空調(diào)系統(tǒng)項目的發(fā)展趨勢，市場發(fā)展必然朝著一體化的系統(tǒng)整體解決方案轉(zhuǎn)變。
