淺談中央空調系統形式的選擇及節能措施

劉行瑞

[關鍵詞]中央空調系統;選擇;節能;措施

隨著我國人民生活水平的提高,城市建設得以迅猛發展,高層建筑逐漸增多,為空調市場帶來了大量的商機。同時,對空調形式及其節能也提出了新的要求。

一、空調形式的選擇

(一)不同建筑空調形式的選擇

1.高層建筑空調方式應根據不同的建筑形式,建筑物使用功能、時間,以及空調負荷的特點等來選擇。比如,辦公樓建筑,分為常規建筑和現代化辦公樓,常規辦公樓屬于舒適性空調,現代化辦公樓夏季冷負荷為常規辦公樓的1.3~1.4倍。

2.旅館建筑,目前國內外旅館客房空調用的最多的是風機盤管加獨立新風系統。

3.商業建筑,在商業大樓中,廣泛采用集中新風系統和各層機組相結合的空調方式,對于大型商場,為了適應商場內部區客流量的波動,而周邊區全天負荷變化不大的特點,國內也有內區采用VAV,周邊區采用風機盤管或定風量單風道的空調方式。

(二)同一建筑空調形式的選擇

同一座高層建筑物內平面和豎向房間的負荷差別很大,各房間用途、使用時間和空調設備承壓能力等均不盡相同,而且整個建筑物的空調容量很大,為使空調系統既能保持室內要求參數,又能經濟實用,就需要將系統分區。系統分區主要考慮室內設計參數、負荷特性、建筑高度、房間使用功能和使用時間、空調設備的容量和節能管理方便等因素。

二、空調節能的方法

空調負荷主要包括:由于室內外溫差通過圍護結構傳熱引起的負荷,日射得熱引起的負荷,室內設備及人員散熱引起的負荷,新風引起的負荷,物料散熱量及散濕過程的潛熱量等。

在目前的空調工程設計中,冷負荷設計值過大的問題非常普遍。據調查數據顯示,許多空調建筑即使在最熱的季節,仍有1/3的冷水機組是不運行的,有的甚至高達1/2。設計冷負荷是選擇設備的主要依據,所以正確地計算建筑冷負荷對整個系統的設計十分重要。然而,目前國內的空調設計造成大量的設備閑置,設計中冷負荷取值過大是其中主要原因。

建筑物內主要冷、熱負荷由冷凍機和鍋爐提供的冷凍水和熱水來承擔。因此,空調水系統就變得龐大和復雜,不僅管路和設備投資較高,而且水泵耗能也較大。在空調系統中,水泵的能耗占據相當的比重,其節能潛力較大。

目前,有些工程冬、夏季使用同一循環水泵,但是空調系統的水流量隨空調負荷的增大而增大,隨供、回水溫差的增大而減小。我國夏熱冬冷地區,一般夏季空調冷負荷大于冬季熱負荷,而夏季空調供、回水溫差為5℃,冬季空調供、回水溫差為10℃(除直燃式機組、熱泵機組外),因此夏季空調水流量比冬季大得多(至少大1倍)。所以水系統的布置、系統運行工況、管路和設備的選用應從節能、安全性和維護管理等方面綜合平衡后進行合理的考慮和安排。

在空調工程水系統設計中,首先優選同程式系統,它不僅確保設計質量和方便管理,而且對于今后由于大樓局部使用功能發生變化為空調系統改造帶來很大的方便;關于異程式水系統,在空調工程設計中應采取謹慎的態度,首先該系統必須是小系統或者是局部異程系統,其次還需要對系統作仔細的水力計算,對一些支管上還需增加一些平衡閥來調節壓差,以實現水力平衡。在冷凍水、冷卻水系統中,不論大小系統應盡量優先考慮機、泵一對一系統,它不僅有利于冷水機組的穩定運行,而且對系統的管理、節能、自控都會帶來很大的好處。我們知道,在空調設備運行中,水泵的能耗一般均占系統總能耗的15%~20%,如果在系統負荷發生變化時停掉一臺冷水機組,同時其相應的水泵也停掉1臺,其節能效益是非常可觀的。對于水泵與冷凝器不對應的來說,應該在每臺冷凝器及冷卻塔的供水管上裝電動蝶閥并與其冷水機組聯鎖控制,否則這種系統不宜采用。

高層建筑空調負荷大,冷熱源設備初投資大,且空調能耗在高層建筑的總能耗中占有很大的比例,故冷熱源設備的選用須按技術先進性、經濟性和安全可靠性等原則進行比較后確定。空調冷熱源方案的優選實際是一個多目標決策問題,運用層次分析方法,建立適合冷熱源方案選擇的評價指標體系,將定量和定性指標統一在一個模型中,形成一個多層次的分析結構模型,對方案進行優序排列,得出優選方案。根據工程所在地點的氣候條件、能源結構、系統的冷熱負荷和本項目的特點,依據冷熱源選擇的基本原則,排除明顯不合理的方案后,得到以下4種冷熱源備選方案:

①螺桿式冷水機組+燃油鍋爐。

②螺桿式冷水機組+蒸汽換熱器。

③蒸汽雙效溴化鋰吸收式冷水機組+蒸汽換熱器。

④燃油直燃式溴化鋰吸收式冷熱水兩用機組。

另外,作為水源熱泵的一種,城市污水冷熱源熱泵近兩年得到了長足發展。城市原生污水數量巨大,遍布城市市區內,城市污水冷熱源熱泵同時還涉及污水資源再生利用問題,因此得到廣泛認可,發展迅速,是一個很好的應用方向。城市污水源熱泵作為一項新技術,在國外已應用幾十年,國內近兩年才開始應用。該技術能否得到推廣使用,主要涉及初投資、運行費及其發展潛力等問題,而發展潛力又包括能源利用率、對環境的破壞性及實際的應用規模。在不需供熱或電力供應相對充裕的地區,冷源需求大、日負荷變化大等場合,大功率電驅動制冷機如螺桿式、離心式壓縮機組具有明顯的優勢;而在電力供應缺乏的地區,如果需要同時制冷和供熱,選擇性能相對穩定的吸收式制冷機組則較為合適;在某些寸土寸金的城市,選用水源熱泵式機組能節約設備用房,更能適應不斷變化的建筑間隔,尤其適合出租辦公樓工程采用。

因此,中央空調形式的選擇在實際工程中要因地制宜,既要考慮方案的經濟性,又要考慮噪聲、污染及維護管理等技術性能;既要考慮當前的投資利益,又要考慮長遠利益,從而合理地選擇冷熱源方案。□

(編輯/丹桔)