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中央空調(diào)節(jié)能方法研究

楊向東  左帥贏

(中鐵二十一局一公司鐵誠(chéng)建筑分公司  新疆烏魯木齊831001)

    能源是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要因素。空調(diào)能耗在建筑能耗中比例日益上升，空調(diào)節(jié)能問(wèn)題受到人們的普遍關(guān)注。在公共和民用建筑中，中央空調(diào)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(hù)。我國(guó)是能源短缺的國(guó)家，節(jié)約能源不僅是工業(yè)領(lǐng)域的重要任務(wù)，也是暖通空調(diào)界的一項(xiàng)重要研究課題，所以空調(diào)節(jié)能應(yīng)該是有潛力可挖的。本文從建筑，工程設(shè)計(jì)，和運(yùn)行管理等方面探討了中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的措施和方法。

1.空調(diào)節(jié)能措施

    1.1建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能措施

    公共和民用建筑空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷主要來(lái)自圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱(包括太陽(yáng)輻射)和新風(fēng)負(fù)荷。通過(guò)改善建筑物的熱工性能，在不對(duì)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(hù)墻體的面積比。由于窗的傳熱系數(shù)高，隔熱能力差，同時(shí)考慮到太陽(yáng)穿過(guò)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(guò)窗縫隙滲透人室內(nèi)，使玻璃窗得熱量占整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱量40％以上。從節(jié)能的角度出發(fā)，必須合理設(shè)計(jì)窗的構(gòu)造，并在保證室內(nèi)采光良好的前提下，合理確定窗戶(hù)墻體的面積比，并要限制窗戶(hù)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(duì)于窗戶(hù)面積比較大的建筑物，應(yīng)考慮采用吸熱玻璃、熱反射玻璃或遮陽(yáng)措施，如遮陽(yáng)板、屋檐、挑檐、挑陽(yáng)臺(tái)、百葉板、窗簾等。通過(guò)改進(jìn)窗子遮陽(yáng)特性，能較大幅度地降低空調(diào)負(fù)荷，特別是運(yùn)行負(fù)荷，約能降低l6％一29％。

    (2)提高門(mén)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(shè)計(jì)中應(yīng)采用密閉性良好的門(mén)窗，而加設(shè)密閉條是提高門(mén)窗氣密性的重要手段。

    (3)對(duì)墻體屋頂圍護(hù)結(jié)構(gòu)，要增大外墻體熱阻，對(duì)屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須采取良好隔熱措施，才能減輕通過(guò)屋面對(duì)室內(nèi)的大量傳熱。常用隔熱效果明顯的措施有：通風(fēng)屋面、夾心隔熱保溫及生態(tài)型建筑屋面隔熱技術(shù)(綠色建筑)。生態(tài)型隔熱技術(shù)利用水的蒸發(fā)和植被對(duì)太陽(yáng)能的吸收、轉(zhuǎn)化作用而降溫，能將照射到屋頂?shù)奶��?yáng)輻射熱進(jìn)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(nèi)傳熱。生態(tài)型隔熱技術(shù)符合國(guó)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(shù)。

    1.2空調(diào)的冷熱源

    空調(diào)系統(tǒng)在建筑中是能耗大戶(hù)，而空調(diào)冷熱源機(jī)組的能耗又占整個(gè)空調(diào)的大部分。當(dāng)前各種機(jī)組、設(shè)備品種繁多，電制冷機(jī)組、溴化鋰吸收式機(jī)組及蓄冷設(shè)備等各具特色。但采用這些機(jī)組和設(shè)備時(shí)都受到能源、環(huán)境、工程狀況、使用時(shí)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(duì)冷源方案進(jìn)行分析比較后合理確定。具有天然水資源可供利用時(shí)，易采用水源熱泵供冷技術(shù)。

    中央空調(diào)常見(jiàn)的冷熱源配置為：水冷冷水機(jī)組+鍋爐、熱泵型機(jī)組、嗅化銼吸收式機(jī)組、蓄冷空調(diào)。

    (1)水冷冷水機(jī)組+鍋爐這種配置，夏季用水冷冷水機(jī)組制冷，冬季用鍋爐供熱。用水冷冷水機(jī)組制冷時(shí)消耗電能。在設(shè)計(jì)工況的能效比(制冷量／耗電量)較高。水冷冷水機(jī)組要有一個(gè)冷卻水系統(tǒng)，包括冷卻塔和水泵等，機(jī)組運(yùn)行時(shí)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(jī)組比較合適。國(guó)內(nèi)外均有使用冷卻塔造成“軍團(tuán)菌”感染的情況，冷卻塔不能置于新風(fēng)進(jìn)口和臨近窗處，以免成為“軍團(tuán)菌”的感染源。冬季的供熱鍋爐有燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t和電鍋爐，其中燃煤鍋爐為多。我國(guó)雖然煤的儲(chǔ)量較大，但燃煤鍋爐運(yùn)行產(chǎn)生的S02等有害氣體對(duì)環(huán)境有較為嚴(yán)重的影響，且大量排放的C02 氣體對(duì)地球會(huì)產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。與燃煤相比，燃油、燃?xì)鈱?duì)環(huán)境的影響較小。但使用燃油鍋爐要考慮儲(chǔ)油罐安放處的安全問(wèn)題。對(duì)于天然氣豐富的地區(qū)可適當(dāng)使用燃?xì)忮仩t。根據(jù)我國(guó)目前的電力供應(yīng)狀況，不應(yīng)提倡使用電鍋爐。

    (2)熱泵型機(jī)組的使用可以大大降低能耗，其中風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組在中央空調(diào)中使用的較多。這種機(jī)組一機(jī)兩用，夏季制冷，冬季供熱。夏季制冷時(shí)采用風(fēng)冷冷卻制冷系統(tǒng)的冷凝器，省去了水冷機(jī)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(jī)組，這類(lèi)機(jī)組分為外燃式和直燃式機(jī)組，外燃式機(jī)組制冷動(dòng)力為熱能，可利用廢熱或余熱。對(duì)于有廢余熱的地方，使用外燃式漠化銼機(jī)組，既利用了廢熱、余熱，又達(dá)到了制冷的目的，是非常合適的；對(duì)于缺電而無(wú)廢熱或余熱的地區(qū)可考慮使用直燃式機(jī)組。

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

    1.3空調(diào)機(jī)組和末端設(shè)備

國(guó)產(chǎn)風(fēng)機(jī)盤(pán)管從總體水平看，與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比差不多，但與國(guó)外先進(jìn)水平比較，主要差距是耗電量、盤(pán)管重量和噪聲方面。因此設(shè)計(jì)中一定要注意選用重量輕、單位風(fēng)機(jī)功率供冷(熱)量大的機(jī)組。空調(diào)機(jī)組應(yīng)該選用機(jī)組風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓匹配合理，漏風(fēng)量少，空氣輸送系數(shù)大的機(jī)組川。

    1.4空調(diào)水系統(tǒng)

    一般空調(diào)水系統(tǒng)的輸配用電，在冬季供暖期間約占整個(gè)建筑動(dòng)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(diào)水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上存在著一些問(wèn)題：(1)選擇水泵是按設(shè)計(jì)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(hào)；(2)未對(duì)每個(gè)水環(huán)路進(jìn)行水力平衡計(jì)算，對(duì)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(diào)現(xiàn)象嚴(yán)重；(3)大流量、小溫差現(xiàn)象普遍存在，設(shè)計(jì)中供、回水溫差一般取5℃，但經(jīng)實(shí)測(cè)，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(shí)際水流比設(shè)計(jì)水量大l.5倍以上，使水泵電耗增加。因此，空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能應(yīng)從如下方面著手考慮：(1)設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，認(rèn)真進(jìn)行水系統(tǒng)整個(gè)環(huán)路的計(jì)算并采取相應(yīng)措施保證各環(huán)路水力平衡；(2)認(rèn)真核對(duì)計(jì)算空調(diào)水系統(tǒng)相關(guān)系數(shù)，切實(shí)落實(shí)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求值，積極推廣變頻調(diào)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(jìn)水溫度的高低對(duì)主機(jī)耗電量有著重要影響。一般推算，在水量一定情況下，進(jìn)水溫度高l℃，溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組能耗高6％。

    對(duì)于中央空調(diào)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(dú)的流量調(diào)節(jié)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)．臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)和變頻器調(diào)節(jié)結(jié)合的調(diào)節(jié)方式能兼收臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)和變頻器調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，能最大限度地滿足負(fù)荷需求，獲得最好的節(jié)能效果。

    1.5設(shè)備和管道的保溫

    空調(diào)設(shè)備和管道的保溫，對(duì)于節(jié)省能量消耗、降低運(yùn)行費(fèi)用也是相當(dāng)重要的。如果保溫效果不好或在維修后保溫層修復(fù)不好，不但過(guò)多消耗冷量，也會(huì)由于所供冷水溫度的過(guò)大溫升以致空調(diào)系統(tǒng)在對(duì)空氣的處理過(guò)程中因無(wú)法保證其機(jī)器露點(diǎn)而使空調(diào)房間相對(duì)濕度超標(biāo)。

    1.6空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行節(jié)能

    (1)新風(fēng)量的調(diào)節(jié)。新風(fēng)負(fù)荷一般要占整個(gè)空調(diào)負(fù)荷的20％～40％，甚至更大。在滿足室內(nèi)衛(wèi)生要求的前提下，減少新風(fēng)量，有顯著的節(jié)能效果。

    (2)合理確定開(kāi)停機(jī)及新風(fēng)供應(yīng)時(shí)間。對(duì)于空調(diào)，應(yīng)根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、氣候變化、房間使用功能進(jìn)行預(yù)測(cè)控制，確定最適合的啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)間，在保證舒適的條件下節(jié)約空調(diào)能耗。如果設(shè)備容量已經(jīng)確定，則應(yīng)按其額定出力考慮預(yù)冷或預(yù)熱時(shí)間，可以提高冷、熱源的運(yùn)行效率，又可以縮短預(yù)冷或預(yù)熱的時(shí)間。

    (3)過(guò)渡季節(jié)取用室外空氣作為自然冷源。在空調(diào)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)保證衛(wèi)生條件的基礎(chǔ)上,只有在夏季室外空氣熱焓大于室內(nèi)空氣熱焓時(shí)，或冬季室外空氣熱焓小于室內(nèi)空氣熱焓時(shí)，適當(dāng)減少新風(fēng)量有節(jié)能意義。當(dāng)供冷期間出現(xiàn)室外熱焓小于室內(nèi)空氣熱焓時(shí)(過(guò)渡季節(jié))，應(yīng)該采用全新風(fēng)運(yùn)行，這不僅可縮短制冷機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，減少新風(fēng)耗能量，同時(shí)可以改善室內(nèi)環(huán)境的空氣質(zhì)量。

    (4)自動(dòng)控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)可以對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和最佳控制。包括冷熱源的能量控制，空調(diào)系統(tǒng)的焓值控制、新風(fēng)來(lái)控制、設(shè)備的啟、停時(shí)間和運(yùn)行方式控制、溫濕度設(shè)定控制、送風(fēng)溫度控制等。可通過(guò)預(yù)測(cè)室內(nèi)、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(nèi)舒適環(huán)境為約束條件，把最小能耗作為評(píng)價(jià)函數(shù)，來(lái)判斷和確定所需提供的冷熱量和空調(diào)機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，和運(yùn)行時(shí)間及空調(diào)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的運(yùn)行方式，以達(dá)到最佳節(jié)能運(yùn)行效果。

    1.7加強(qiáng)中央空調(diào)的管理

    加強(qiáng)對(duì)空調(diào)操作人員的培訓(xùn)，提高管理人員素質(zhì)。實(shí)行空調(diào)操作人員操作證制度。加強(qiáng)日常和定期的對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)的維護(hù)。這些維護(hù)包括閥門(mén)、構(gòu)件等的維護(hù)，防止冷、熱水的跑、冒、滴、漏；冷凝器等換熱設(shè)備傳熱表面的定期除垢或積灰；過(guò)濾器、除污器等設(shè)備定期清洗；經(jīng)常檢查自控設(shè)備與儀表，保證其正常工作。

2.結(jié)束語(yǔ)

    隨著科技的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的技術(shù)將應(yīng)用到空調(diào)節(jié)能中來(lái)，從而更有效的提高空調(diào)系統(tǒng)的能源利用效率，更好的實(shí)現(xiàn)國(guó)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(diào)節(jié)能的關(guān)鍵在于提高能量效率。無(wú)論是制訂中央空調(diào)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，還是從事具體工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，都應(yīng)把提高能量效率作為建筑節(jié)能的著眼點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)