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在公共建筑的能耗构成中，中央空调系统的电力消耗占据了40%～50%的比重，而制冷机房系统（包括制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔）的能耗更是占到了空调总能耗的70%～80%。在当今“节能、环保、低碳”的时代主题下，要减少建筑能耗，中央空调系统的节能必然是主要手段并且刻不容缓。

（1）节能指生产出与原来同样数量、同样质量的“产品”，尽可能地减少能源消耗量。案例：如夏天不允许开空调、只允许局部时间段开空调、夏天强制要求空调温度设置过高（如28℃）等都是以牺牲空调舒适性为代价的“假节能”。

（2）节能必须是全局节能，不能仅是某个物理节点或时间节点的节能。

①案例A：采用大温差小流量空调系统，如一味为降低水泵能耗，将冷冻水/冷却水温差设置过大，从水泵的角度是大大的节能，但冷冻机、冷却塔却未必节能，若末端空调机组、风机盘管、空调箱未配合选择大温差机组，也未必节能，这就是局部物理节点的节能；

②案例B：盲目采用冰蓄冷系统，如酒店在夜间仍有大量负荷需求，设置冰蓄冷并不能有效降低系统装机容量，反而造成控制、管理的复杂化，不能仅仅看到冰蓄冷系统在夜间利用低谷电力的节能，这就是局部时间节点的节能，而没有从全局考虑问题。

③案例C：盲目采用新风热回收机组，如南方高温高湿地区焓回收效率低，云南等全年室内外温差小的地区，热回收装置本身回收能量有限，但增加了风机电力消耗，而且可能导致空气污染等问题，也只是局部节点的节能，不是全局的节能。

（3）节能必须是全生命周期的节能，不能仅某个时间段的节能。

①案例A：如产品刚开始使用，就以低效等原因强制淘汰产品，未考虑在产品全生命周期内所节约的能源是否能够因未达到报废标准而淘汰产品造成的损失？

②案例B：如下图一，盲目采用太阳能光伏空调，仅仅从使用角度可能是节能的，但是从产品全生命周期角度，由于采用新技术增加的制造成本，在运行阶段所节约的能源未必能够覆盖生产阶段所增加的能耗。

谈中央空调系统的节能，我们首先需要知道：什么是中央空调和中央空调节能？

①冷冻机组+锅炉系统：其中冷冻机组可包括常规冷冻机组、冰蓄冷冷冻机组、水蓄冷冷冻机组、溴化锂吸收式冷冻机组等，锅炉包括燃油/燃气锅炉、热水锅炉、蒸汽锅炉等，但均是在下图二基础上进行调整，原理基本类似。

②热泵系统：可以是如图三示意的风冷热泵系统，也可以将风冷热泵改为地源热泵、水源热泵等不同的冷热源主机。

③二级/二次泵系统：如下图四为一级泵定流量、二级泵变流量系统，当系统为超高层时，为减小系统承压，保证管道和末端设备的安全性，中间设置板式换热器的二次泵系统。

④多联机系统：如下图五一台室外机能连接多台室内机，室外机通过管路能够向若干台室内机输送制冷剂液体，通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内各个换热器的制冷剂流量，可以适时地满足室内冷热负荷要求。多联机系统相比上述几种空调系统，一般其控制系统主要由厂家进行集成，对于中央空调自动控制系统要求较低。

按照上文的论述，中央空调系统的节能即是在关注全生命周期、系统全局的前提下，用最少的电力（还包括少量的水资源）、人力资源，满足所有末端功能空间温度、湿度、风速、洁净度、风压等舒适性或工艺性要求的先进技术和设备、设计、运行管理手段。

中央空调系统的节能需要包括：设计、产品、控制、管理、运维等各个方面的优化才能够实现最大程度的节能，下面分别进行论述。

（1）要了解项目所在地的各项政策，包括节能政策、优惠政策、环保政策。否则如果一个城市严格限制燃油/燃气锅炉，我们热源就不能硬上锅炉系统，需要考虑其他替代形式；如果当地鼓励地源热泵（甚至有补贴），证明当地有丰富的地热资源，属于政府推广系统，就应该优先采用。

（2）了解当地市政资源：电力资源、集中供热/供冷资源、燃气资源、水源/地源热泵资源，因为中央空调的最终的主要造价和运行成本就来源于此。

（3）提高设计水平，如上文分析的各种中央空调系统形式，要根据具体建筑类型、运维方式选择合适的系统形式，不能盲目地设计。没有不合适的系统，只有对项目不合适的系统。如是信封热回收、过渡季节免费冷水、过渡季节全新风系统、冷凝热回收系统、地源/水源系统、冰/水蓄冷系统、水环热泵、水源多联机系统等等，单一看都是节能的系统，但是否对所有项目都合适，或所在项目是否有条件、有空间实施，都需要进行全面的方案对比（包括成本分析、运维成本分析、回收周期分析等等）。

（4）合理的设备、管道选型，让设备在全年多数时候处于最高（或较高）效率点。合理的冷热源机房位置、冷热机组装机容量、水泵/风机流量和扬程及曲线、系统分区、管道走向和管径、末端设备选型等等都是节能的关键，可以说一个合理的设计，决定了大部分的节能能力和上限。

（5）《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015第4.2.12条规定空调系统的电冷源综合性能系数（不同于后文所述COP、IPLV和APF），综合反应系统设计的能效要求，详见下表一。

提高产品效率，中央空调系统主要包括：冷热源设备、输送气体的风机、输送液体的水泵、热回收新风机组，同时还有其他如冰蓄冷/水蓄冷设备、换热器等。

《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021第3.2.5条规定锅炉的设计热效率不应低于下表二～表四的规定。

《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021第3.2.9条规定，定频/变频水冷机组及风冷或蒸发冷却机组的性能系数（COP）见下表五、表六。②定频/变频冷水（热泵）机组综合部分负荷性能系数

《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021第3.2.11条规定定频/变频冷水（热泵）机组综合部分负荷性能系数（IPLV）详见下表七、表八。

③多联式空调（热泵）机组综合部分性能系数及全年性能系数

《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021第3.2.12条规定多联式空调（热泵）机组综合部分性能系数（IPLV）及全年性能系数（APF）详见下表九、表十。

①《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015第4.3.9条规定选配空调冷（热）水的循环水泵时，应计算空调冷（热）水系统耗电输冷（热）比EC(H)R-a，其反映了循环水泵的耗电与建筑冷热负荷的关系，对此进行限制是为了保证水泵的选择在合理的范围，降低水泵能耗，具体计算方法详见规范条文。

②《清水离心泵能效限定值及节能评价值》GB19762-2007第6.1条规定在中央空调水泵的常用流量范围内（5m³/h＜Q＜10000m³/h），其未经修正能效限定η见下表十一、表十二，清水离心泵效率修正值参见下表十三。

在选择空调循环泵时，不得低于η₁的要求，有条件时按照η₃进行选取。

③在中央空调系统循环泵的选型时，需要综合考虑以上两点对于水泵能效的规定，要兼顾水泵自身和系统要求。

①《通风机能效限定值及能效等级》GB19761-2020第4节规定通风机能效限制值如下表十五~十八。

2）一般暖通空调用低压离心风机，压力系数ψ ≈ 0.2-0.3（全压≤1000Pa）；

3）按上表十七，对于轴流风机应优先选择轮毂比大的风机，效率更高。

②《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015第4.3.22条规定，空调风系统和通风系统的风量单位风量耗功率参见下表十九，单位风量耗功率的计算可参见规范要求。

③中央空调系统风机的选型需同时满足以上两条的要求，既要考虑风机本身的效率，也要满足对于系统的要求。

《热回收新风机组》GB/T21087-2020第6.11对于热交换效率的规定见下表十九。

控制的节能包括中央空调自动控制系统，包括对设备自动运行的管理控制和对功能房间参数的控制。

包括对于冷热源机组、循环水泵、冷却塔、电动阀门等的自动控制，这需要暖通专业在设计阶段提出控制要求、参数要求，并由专业自动控制工程师进行编程来实现。

民用建筑功能房间的参数具体控制一般由房间内人员现场控制，通过控制温控器的参数，联动控制进入房间内的风管或水管电动阀。但其功能的实现需要由后端的自动控制配合来实现，这涉及复杂的控制系统，将在其他文章中进行详细介绍。

对于公共空间，应该提前设定好温度、湿度、新风等参数要求，根据人员数量、温湿度负荷情况，需要做到能够自动控制。

（1）管理的节能主要强调人为的管控，不可能有100%完美的自动控制系统，必须结合人为的管理，比如对于能收费计量的应尽量做到通过计量进行管控，否则大多人是无法做到“人走关机”的，定时关机并不是一个最优的节能策略。

（2）除了“计量”的手段，还需要对温度、湿度进行适度的管控，否则就会出现我们经常在火车上碰到的情况，炎热的夏天，但是所有人都穿着厚外套，否则就被冻得“瑟瑟发抖”。当然这种管控，并不是说要像前文中所说的要把盛夏室内温度定在28℃，让人感觉热不可耐。更不是在正常时段停电式的节能管控，这些都是违背人性的管控，是不可取的。

（3）管理的节能还包括对于公众节能意识的普及，最终每个人能够做到设置合理的温度、湿度，自觉人走关“空调”才是更为理想的状态。

（1）实时监控系统和设备的运行状态，任何一环出现故障（可能有些故障并不影响系统运转，但会影响运行效率），此时需要及时进行维修或更换，以避免“因小失大”。

（2）系统运行一段时间后，必然会因为各种细小的影响，最终导致整个系统效率的下降，这就是我们日常所有的“熵增”，这时我们需要引入外部“能量”的干预，以让整个系统“熵减”恢复到最佳状态。比如进行管道清洗、设备维护、管网泄漏检测、制冷剂补充等等，以让所有设备设施更好地运转。

（3）运维的管理还包括控制系统、管网设备等必然会有未完善之处，此时需要根据积累的数据对控制系统、管网设备等进行评估、升级，从源头上提升系统节能运行的上限。

‌在空调系统中完全关闭‌回风阀，100%引入室外新风，利用过渡季节（如‌春秋季）的适宜室外温度直接消除室内余热，从而减少制冷能耗并提升空气品质‌。该原理通过机械送排风实现室内外空气循环，避免传统空调系统的回风混合，适用于‌医院、‌商场等大型建筑。

对于数据机房、计算机房等全年有制冷需求的房间，冬季可以采用免费闭式冷却塔而不经过空调主机，提供“免费”的冷水。

对于体育馆、剧院、商场等在夜间无空调负荷，但在白天有高峰负荷的，可以充分利用夜间低谷电价进行蓄冷，有效转移高峰负荷，同时可以降低系统装机容量。该系统可以实现：夜间蓄冰/水、白天制冷主机供冷、蓄冰/水池供冷、制冷主机+蓄冰/水池联合供冷各种模式，需要控制系统的高效配合才能发挥其最大作用。如下图六为冰蓄冷原理图，由于控制系统较为复杂，仅做示意，本文不做详细描述

热泵技术是利用空气、土壤、地表水等低位热源，通过输入少量高品位电能，实现热量从空气、土壤、地表水到冷热传输介质之间的转移，下面分别进行介绍。

空气源热泵又称为风冷热泵，其实我们家用空调均是最基本的空气源热泵，但我们这里主要讲的是利用空气源热泵制备冷、热水以用于中央空调制冷、制暖或生活热水的系统。

如下图七为地源热泵的基本工作原理，地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位电能，即可实现能量从低温热源（土壤）向高温热源的转移。在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖；在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，并且常年能保证地下温度的均衡。为保证热量平衡，一般地源热泵需要配套设置冷却塔。据统计在美国地源热泵空调系统占整个空调系统的40%，我国2024年地源热泵空调的市场占比达到14.23%，位居全球首位，具有广阔的市场前景。

水源热泵是利用地球表面浅层的水源，如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低品位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。

污水源热泵系统是以污水（生活废水、工业废水、矿井水、河湖海水、工业设备冷却水、生产工艺排放的废水等）作为冷热源的供暖空调系统，属于建筑采暖制冷及工业废水余热回收设备。其通过污水换热器与中介水换热，借助热泵主机消耗少量电能实现冬季供暖、夏季制冷及生活热水供应，具有节能减排特点。由于污水源技术要求高，利用难度相比空气、土壤和地表水难度大，后期维护保养费用高，水源不稳定等因素，民用建筑应用较少。

集除湿、空气调节、热回收、池水加热、处理新风多项功能于一体，在进行除湿空气调节过程中，大量回收热量并整合利用，解决室内游泳馆高湿、高氯空气环境等诸多问题的同时大大降低室内游泳池的运行成本，通过春夏秋冬各季节不同运行模式的改变，达到高效节能运行。此技术也可以用于解决酒店等全年有热水需求的建筑，夏季利用热泵空调一体机解决空调问题的同时制造“免费的热水”，其实热泵热回收技术在夏季也可以理解为上文所述的“水源热泵”。

水环热泵中央空调系统是一种基于小型水/空气热泵机组应用的中央空调系统，属于热回收技术范畴，通过封闭水循环网络实现建筑内部余热回收，兼具供暖与供冷功能。该技术适用于建筑进深大，需要区分内外区，内外区同时需供暖和供冷的建筑。

由于新风占空调总负荷的比重可达到30%以上，利用排风热回收技术，可以回收约50%以上的热量，理论上可将新风展开工条总负荷的比重降低至20%的水平，巨大非常大的节能潜力，但是对于此类技术需要考虑不同地域的特点，不能盲目应用，同时在进行具体设计时，需要尽量分散布置，减少排风管路长度，以减少因增加排风带来的电能消耗。

大温差技术包括循环水的大温差和末端送回风的大温差，这两种技术的目的主要是为了降低循环水流量和风量。同时采用大温差技术还可以降低水管和风管的尺寸，减少初投资，同时减少对室内层高的占用，提升房屋使用效率。

常规循环水（冷冻/冷却水）温差为5℃，当将温差提高到7℃时，在同等工况下，循环流量降低约30%，水泵运行功率理论可降低30%。按照10万平方米商业年水泵运行费用200万元左右，约可节约60万元电费。以上只是计算循环水泵，此外还需要扣除因提高温差，冷冻机效率下降带来的冷冻机功率增加的费用，故选择多大的循环温差需要根据具体项目进行综合分析对比后确定，一般不得大于10℃。

①《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012第7.4.10条规定舒适性空调送回风温差宜按下表二十一。

②由于送回风温差过大会降低室内舒适度，需要结合送风高度、送风口风速综合确定，但一般不应大于上表规定。以上规定不适用于低温送风空调系统以及置换通风采用上送风方式等。对于置换通风，送风温度不宜低于18℃，室内人员活动区0.1m到1.1m高度的空气吹风温差不宜大于3℃。地板送风温度不宜低于16℃。低温送风空调系统出风温度宜采用4~10℃，直接膨胀式蒸发器出风温度不应低于7℃，此处不做详细介绍。

变频技术主要涉及冷冻机组、循环水泵、空调风机、冷却塔风机的变频。

①变频主要是为了适应末端工况的变化，由于室内外空调负荷永远处于动态的过程中，从下列冷水（热泵）机组的综合部分负荷性能系数（IPLV）的计算公式我们可以看出，空调系统大部分时段运行在25%~75%的工况下。

②从上文表五~表八我们可以看出，定频冷水（热泵）机组均大于变频冷水（热泵）机组的COP，但是定频冷水（热泵）机组均小于变频冷水（热泵）机组的IPLV，这就是变频主机的优势所在，就是我们上文介绍的，不能仅仅关注某一个时间点的效率，而要综合考虑全年（全生命周期）的效率。

水泵变频的优势主要是低负荷运行时节能效果明显，通过调节水泵转速匹配末端负荷需求，降低循环流量，保证循环温差（温差大小不影响运行功率）。如下图八，同时由于流量减小，通过变频调节，可以极大地降低泵的运行功率。

风机变频节能的原理类似于循环泵的变频调速，风和水都是热量的传输介质。但有以下两个主要区别：

①空调送风是直接接触人体，影响人体舒适度，水和多联机/分体空调一样只是热量传输的中介介质，人并不直接接触。

②风是可压缩介质，温度和压力大小与其体积有较大影响，水我们基本可以认为其体积不受温度和压力的影响。

风机采用变频除了保持温差，降低送风量以降低风机运行功率外，还可以降低末端噪声。但风机频率不宜过低，以避免末端送风量过小，降低运行舒适度。

中央空调自动化控制系统顾名思义即对中央空调进行自动化调节的系统，目的是节能和提升舒适性，设计对象主要包括控制参数、控制对象、传感器、控制器、执行器等。其不仅是对空调系统的启停控制，更主要是连续、稳定、高效地检测、控制和优化管理。

在上文管理的节能中有过论述，分户计量主要是化无序管理变为业主按需使用，是一种通过商业化管理进行的效率提升。

该项内容包括：变风量空调送风技术、地板送风技术、置换通风技术、温湿度独立处理技术、低温送风技术。此外对于空气处理还有一次回风、二次回风技术，对于湿度要求较高的空调系统，还有不同的加湿方式，需要专门的篇章进行论述。

1924年，空调产品进入中国市场，今年是中国空调行业第二个百年的开局之年。1902年，美国工程师威利斯·开利发明首台现代电力空调设备，被行业内认定为空调业诞生的标志，而他也因此被誉为“空调之父”。在这120年的发展历程中，空调行业技术发展日趋成熟，同时也更加复杂。在未来“节能、环保、低碳”的时代背景下，空调行业肩负着巨大的责任，可以说是“任重道远”，在节能的方式和方法上除了空调及相关设备的进步外，也需要在设计、管理、自动控制等各方面共同发力，才能不断提升空调系统节能的天花板，为国家的节能事业做出更大的贡献。