陜西土木建筑網(wǎng)首頁 > 學術研究 > 課題研究 > 中央空調節(jié)能方法研究

摘要：在能源日益短缺的今天，節(jié)能已經(jīng)成為整個社會各行各業(yè)研究的熱點問題。民用、公用度商 用建筑中央空調的能耗在建筑能耗中占很大比例，所以對它的研究對于節(jié)能意叉重大。從建筑物的圍護結構、空調的冷熱源、空調水系統(tǒng)以及管理等方面，提出了中央空調節(jié)能的具體措施和方法。...

中央空調節(jié)能方法研究

楊向東  左帥贏

(中鐵二十一局一公司鐵誠建筑分公司  新疆烏魯木齊831001)

    能源是發(fā)展國民經(jīng)濟的重要因素。空調能耗在建筑能耗中比例日益上升，空調節(jié)能問題受到人們的普遍關注。在公共和民用建筑中，中央空調系統(tǒng)的耗能約占建筑物耗能的65％以上，成為建筑中的耗能大戶。我國是能源短缺的國家，節(jié)約能源不僅是工業(yè)領域的重要任務，也是暖通空調界的一項重要研究課題，所以空調節(jié)能應該是有潛力可挖的。本文從建筑，工程設計，和運行管理等方面探討了中央空調系統(tǒng)節(jié)能的措施和方法。

1.空調節(jié)能措施

    1.1建筑圍護結構的節(jié)能措施

    公共和民用建筑空調系統(tǒng)的負荷主要來自圍護結構傳熱(包括太陽輻射)和新風負荷。通過改善建筑物的熱工性能，在不對建筑方案造成較大影響的前提下盡量減少建筑能耗。

    (1)窗戶墻體的面積比。由于窗的傳熱系數(shù)高，隔熱能力差，同時考慮到太陽穿過窗的輻射得熱，單位面積玻璃窗得熱量比墻體高得多，一般為墻體的5—20倍。室外熱空氣也通過窗縫隙滲透人室內，使玻璃窗得熱量占整個圍護結構得熱量40％以上。從節(jié)能的角度出發(fā)，必須合理設計窗的構造，并在保證室內采光良好的前提下，合理確定窗戶墻體的面積比，并要限制窗戶墻體的面積比。一般規(guī)定各朝向的窗墻比不得大于下列數(shù)字：北向25％；東、西向30％；南向35％。對于窗戶面積比較大的建筑物，應考慮采用吸熱玻璃、熱反射玻璃或遮陽措施，如遮陽板、屋檐、挑檐、挑陽臺、百葉板、窗簾等。通過改進窗子遮陽特性，能較大幅度地降低空調負荷，特別是運行負荷，約能降低l6％一29％。

    (2)提高門窗氣密性。房間換氣次數(shù)由o．8次／h降到0．5次／h，建筑物的耗冷可降低8％左右。因此設計中應采用密閉性良好的門窗，而加設密閉條是提高門窗氣密性的重要手段。

    (3)對墻體屋頂圍護結構，要增大外墻體熱阻，對屋頂結構設計必須采取良好隔熱措施，才能減輕通過屋面對室內的大量傳熱。常用隔熱效果明顯的措施有：通風屋面、夾心隔熱保溫及生態(tài)型建筑屋面隔熱技術(綠色建筑)。生態(tài)型隔熱技術利用水的蒸發(fā)和植被對太陽能的吸收、轉化作用而降溫，能將照射到屋頂?shù)奶�陽輻射熱進行自我良性化解，從而降低屋頂表面?zhèn)鳠幔瑴p少屋頂向室內傳熱。生態(tài)型隔熱技術符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略．是最具發(fā)展?jié)摿Φ慕ㄖ�隔熱技術。

    1.2空調的冷熱源

    空調系統(tǒng)在建筑中是能耗大戶，而空調冷熱源機組的能耗又占整個空調的大部分。當前各種機組、設備品種繁多，電制冷機組、溴化鋰吸收式機組及蓄冷設備等各具特色。但采用這些機組和設備時都受到能源、環(huán)境、工程狀況、使用時間及要求等多種因素的影響和制約，為此必須客觀全面地對冷源方案進行分析比較后合理確定。具有天然水資源可供利用時，易采用水源熱泵供冷技術。

    中央空調常見的冷熱源配置為：水冷冷水機組+鍋爐、熱泵型機組、嗅化銼吸收式機組、蓄冷空調。

    (1)水冷冷水機組+鍋爐這種配置，夏季用水冷冷水機組制冷，冬季用鍋爐供熱。用水冷冷水機組制冷時消耗電能。在設計工況的能效比(制冷量／耗電量)較高。水冷冷水機組要有一個冷卻水系統(tǒng)，包括冷卻塔和水泵等，機組運行時有一定的耗水量，在水源比較充足的地區(qū)使用水冷冷水機組比較合適。國內外均有使用冷卻塔造成“軍團菌”感染的情況，冷卻塔不能置于新風進口和臨近窗處，以免成為“軍團菌”的感染源。冬季的供熱鍋爐有燃煤、燃油、燃氣鍋爐和電鍋爐，其中燃煤鍋爐為多。我國雖然煤的儲量較大，但燃煤鍋爐運行產(chǎn)生的S02等有害氣體對環(huán)境有較為嚴重的影響，且大量排放的C02 氣體對地球會產(chǎn)生“溫室效應”。與燃煤相比，燃油、燃氣對環(huán)境的影響較小。但使用燃油鍋爐要考慮儲油罐安放處的安全問題。對于天然氣豐富的地區(qū)可適當使用燃氣鍋爐。根據(jù)我國目前的電力供應狀況，不應提倡使用電鍋爐。

    (2)熱泵型機組的使用可以大大降低能耗，其中風冷熱泵冷熱水機組在中央空調中使用的較多。這種機組一機兩用，夏季制冷，冬季供熱。夏季制冷時采用風冷冷卻制冷系統(tǒng)的冷凝器，省去了水冷機組的水系統(tǒng)，特別適用于缺水地區(qū)。

    (3)另一種冷熱源為濱化鋰吸收式機組，這類機組分為外燃式和直燃式機組，外燃式機組制冷動力為熱能，可利用廢熱或余熱。對于有廢余熱的地方，使用外燃式漠化銼機組，既利用了廢熱、余熱，又達到了制冷的目的，是非常合適的；對于缺電而無廢熱或余熱的地區(qū)可考慮使用直燃式機組。

    (4)蓄冷空調系統(tǒng)：隨著電力供應的緊張，夏季電力供需矛盾突出，空調用電負荷呈現(xiàn)“爆發(fā)性”增長，供需矛盾表現(xiàn)為用電總量和高峰用電負荷兩個方面，特別是高峰用電的供需矛盾。蓄冷空調在電網(wǎng)負荷很低的夜間用電低谷期，采用電動制冷機制冷．采用水蓄冷或相變材料蓄冷，在電力負荷較高的白天，把儲存的冷量釋放出來，以滿足建筑物空調或生產(chǎn)工藝的需要。可見，蓄冷空調能起到“移峰填谷”平衡電網(wǎng)負荷的作用。同時，由于在夜間電力低谷段電價便宜，所以與常規(guī)空調白天制冷相比，蓄冷空調夜間制冷能夠節(jié)約運行費用，能夠帶來顯著的經(jīng)濟效益。

    1.3空調機組和末端設備

國產(chǎn)風機盤管從總體水平看，與國外同類產(chǎn)品相比差不多，但與國外先進水平比較，主要差距是耗電量、盤管重量和噪聲方面。因此設計中一定要注意選用重量輕、單位風機功率供冷(熱)量大的機組。空調機組應該選用機組風機風量、風壓匹配合理，漏風量少，空氣輸送系數(shù)大的機組川。

    1.4空調水系統(tǒng)

    一般空調水系統(tǒng)的輸配用電，在冬季供暖期間約占整個建筑動力用電的20％一25％，夏季供冷期間占12％～24％．因此水系統(tǒng)節(jié)能具有重要意義。目前，空調水系統(tǒng)在設計上存在著一些問題：(1)選擇水泵是按設計值查找水泵樣本銘牌參數(shù)確定，而不是按水泵的特性曲線選定水泵型號；(2)未對每個水環(huán)路進行水力平衡計算，對壓差相差懸殊的回路也未采取有效措施，因此水力、熱力失調現(xiàn)象嚴重；(3)大流量、小溫差現(xiàn)象普遍存在，設計中供、回水溫差一般取5℃，但經(jīng)實測，夏季冷凍水回水溫差較好的為3.5℃，較差的只有15—2.0℃，造成實際水流比設計水量大l.5倍以上，使水泵電耗增加。因此，空調水系統(tǒng)節(jié)能應從如下方面著手考慮：(1)設計人員應重視水系統(tǒng)設計，認真進行水系統(tǒng)整個環(huán)路的計算并采取相應措施保證各環(huán)路水力平衡；(2)認真核對計算空調水系統(tǒng)相關系數(shù)，切實落實節(jié)能設計標準的要求值，積極推廣變頻調速水泵，冬、夏兩用雙速水泵等節(jié)能措施；(3)制冷系統(tǒng)冷卻水進水溫度的高低對主機耗電量有著重要影響。一般推算，在水量一定情況下，進水溫度高l℃，溴化鋰冷水機組能耗高6％。

    對于中央空調水系統(tǒng)，采用變流量系統(tǒng)優(yōu)于定流量系統(tǒng)。變流量系統(tǒng)中各種單獨的流量調節(jié)方式各有優(yōu)缺點．臺數(shù)調節(jié)和變頻器調節(jié)結合的調節(jié)方式能兼收臺數(shù)調節(jié)和變頻器調節(jié)的優(yōu)點，能最大限度地滿足負荷需求，獲得最好的節(jié)能效果。

    1.5設備和管道的保溫

    空調設備和管道的保溫，對于節(jié)省能量消耗、降低運行費用也是相當重要的。如果保溫效果不好或在維修后保溫層修復不好，不但過多消耗冷量，也會由于所供冷水溫度的過大溫升以致空調系統(tǒng)在對空氣的處理過程中因無法保證其機器露點而使空調房間相對濕度超標。

    1.6空調系統(tǒng)的運行節(jié)能

    (1)新風量的調節(jié)。新風負荷一般要占整個空調負荷的20％～40％，甚至更大。在滿足室內衛(wèi)生要求的前提下，減少新風量，有顯著的節(jié)能效果。

    (2)合理確定開停機及新風供應時間。對于空調，應根據(jù)圍護結構熱工性能、氣候變化、房間使用功能進行預測控制，確定最適合的啟動和停機時間，在保證舒適的條件下節(jié)約空調能耗。如果設備容量已經(jīng)確定，則應按其額定出力考慮預冷或預熱時間，可以提高冷、熱源的運行效率，又可以縮短預冷或預熱的時間。

    (3)過渡季節(jié)取用室外空氣作為自然冷源。在空調運行時間內保證衛(wèi)生條件的基礎上,只有在夏季室外空氣熱焓大于室內空氣熱焓時，或冬季室外空氣熱焓小于室內空氣熱焓時，適當減少新風量有節(jié)能意義。當供冷期間出現(xiàn)室外熱焓小于室內空氣熱焓時(過渡季節(jié))，應該采用全新風運行，這不僅可縮短制冷機的運行時間，減少新風耗能量，同時可以改善室內環(huán)境的空氣質量。

    (4)自動控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)可以對空調系統(tǒng)進行集中管理和最佳控制。包括冷熱源的能量控制，空調系統(tǒng)的焓值控制、新風來控制、設備的啟、停時間和運行方式控制、溫濕度設定控制、送風溫度控制等。可通過預測室內、室外空氣狀態(tài)參數(shù)：溫度、濕度、熱焓、C02 濃度等，以維持室內舒適環(huán)境為約束條件，把最小能耗作為評價函數(shù)，來判斷和確定所需提供的冷熱量和空調機、風機、水泵的運行臺數(shù)，和運行時間及空調系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的運行方式，以達到最佳節(jié)能運行效果。

    1.7加強中央空調的管理

    加強對空調操作人員的培訓，提高管理人員素質。實行空調操作人員操作證制度。加強日常和定期的對設備和系統(tǒng)的維護。這些維護包括閥門、構件等的維護，防止冷、熱水的跑、冒、滴、漏；冷凝器等換熱設備傳熱表面的定期除垢或積灰；過濾器、除污器等設備定期清洗；經(jīng)常檢查自控設備與儀表，保證其正常工作。

2.結束語

    隨著科技的進步和技術的發(fā)展，越來越多的技術將應用到空調節(jié)能中來，從而更有效的提高空調系統(tǒng)的能源利用效率，更好的實現(xiàn)國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和能源發(fā)展戰(zhàn)略。從可持續(xù)發(fā)展理論出發(fā)，中央空調節(jié)能的關鍵在于提高能量效率。無論是制訂中央空調節(jié)能標準，還是從事具體工程項目的設計，都應把提高能量效率作為建筑節(jié)能的著眼點。

參考文獻：

[1]聶玉強，夏熱冬暖地區(qū)室內空調品質改善與節(jié)能[J]潔凈與空調技術,2000(2)

[2]林其標,建筑防熱[M]廣州：華南理工大學出版社,1998

[3]高明遠，建筑設備技術[M]北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998：192—195

[4]孫一堅，空調系統(tǒng)變流量控制[J]暖通空調，2001(6)

[5]劉艷梅，劉鑫根中央空調水系統(tǒng)流量調節(jié)技術及節(jié)能應用[J]通用機械,2004(6)

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網(wǎng)絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

上一篇： 住宅采暖分戶熱計量設計經(jīng)驗與體會

下一篇： 中環(huán)大廈2號樓暖通設計的幾點體會