空調系統節能技術的探討

李司秀,胡嘉慶

(1.廣東省建筑設計研究院,廣東廣州510010;

2.華森建筑與工程設計顧問有限公司廣州分公司,廣東廣州510010)

1 引言

未來我國的能源需求,尤其是優質能源的需求量也將持續上升;而隨著人們對因能源使用而導致的局部地區乃至地球環境問題認識程度的逐漸加深,我國面臨的環境壓力也越來越大。《節能法》規定 “國家制定節能政策,編制節能計劃,并納入國民經濟和社會發展計劃,保障能源的合理利用,并與經濟發展。環境保護相協調。”因而制定和實施節能規劃也是節能工作依法行政的內容之一。

我國節能規劃的目標既不是少用能源,也不僅僅是依靠節能來彌補能源開發的不足,而是提高主要耗能產品的能源利用率和提高單位能源消耗所創造的經濟效益,而且后者將越來越重要。同時,減輕大氣污染,減少溫室氣體排放也是促進資源永續利用的根本方法。

建筑節能是節能規劃里的重要部分,建筑節能是指在建筑物的規劃、設計、建造和使用過程中,執行建筑節能標準和施工驗收規程,合理設計建筑圍護結構的熱工性能,采用低能耗建筑材料,提高采暖、制冷、照明、給排水和通風系統的運行效率,加強建筑物用能設備的運行管理,以及利用可再生能源,在保證建筑物使用功能和室內熱環境質量的前提下,降低建筑能源消耗,合理、有效地利用能源。而在公共建筑中,如在商業、服務業領域,中央空調是主要的耗能設備。按某些城市的統計,一般中央空調的能耗約占整個建筑總能耗的50%左右,所以中央空調的能效問題越來越受到重視。下面簡述與中央空調有關的圍護結構和中央空調系統本身的節能措施:

2 與空調有關的圍護結構節能措施

2.1 與建筑等其他工種設計配合

必須把節能思想意識逐漸引入到建筑結構等各專業中,提高建筑圍護結構的保溫隔熱性能,建筑物在規劃、布局、形狀、色彩、方位及材料等方面為空調節能創造條件,減少空調運行時的冷熱損失。

2.2 圍護結構方面

除墻體和屋面一般建筑物外,門窗與空調系統關系很密切,其節能措施有:

(1)控制窗墻比通過外窗的耗熱量占地筑物總耗熱量的35%～45%。在保證室內采光的前提下;合理確定窗墻比十分重要。此外,窗的構造應能起控制日光照射的作用并要限制窗戶墻體的面積比,對于窗戶面積比較大的建筑物,由于通過玻璃的太陽輻射較大,例如廣州在早上 9點和中午13點(見表1),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。在過渡季節或室外溫度較低的時候,可以直接利用自然空氣作為能源,所以窗的構造應能開啟。

表1 透過標準窗玻璃的太陽輻射照度(W/m2)

(2)提高門窗氣密性,可降低建筑物的耗冷量,因此設計中應采用密閉性良好的門窗。

加設密閉條是提高門窗氣密性的重要手段。密閉條應采用彈性良好、鑲接牢固嚴密、經久耐用的產品。根據門窗的具體情況,分別采用不同的密封條。如橡膠條、塑料條或橡塑結合的密封條,其形狀可為條形或沖形。可用粘貼、擠緊或釘結方法固定。

3 中央空調系統的節能措施

3.1 合理設定空調參數

3.1.1 空調室內空氣參數選擇

“我、我……”他結巴著，想告訴她，他打算體驗一下“兩個脈”，然而對方會相信嗎？而且，他清楚地覺得，在自己的手掌下落的那個瞬間，自己腦中所想的，早已與“兩個脈”無關。

空調室外計算參數為定值時,夏季空調室內空氣計算溫度和濕度越低,房間的計算冷負荷就越大,系統耗能也越大。在滿足舒適要求的條件下,要盡量提高夏季的室內設計溫度和相對濕度,盡量降低冬季的室內設計溫度和相對濕度,不要盲目追求夏季室內空氣溫度過低、過干,冬季室內設計溫度過高。

3.1.2 空調冷負荷的計算

目前我國的現狀造成很多設計都依靠估算。盡管各種估算的方法都有一定的理論或經驗依據,但是估算本身的實質就是將各項冷負荷峰值與圍護結構冷負荷峰值簡單相加,從而使計算結果過于偏大。因此,建筑物冷負荷的最大值應為每個房間逐時負荷疊加的最大值,而不是簡單地將每個房間的最大冷負荷進行疊加,還應考慮同時使用系數,以減少主機的設計容量,防止主機長期在低負荷、低效率下運行的 “大馬拉小車”現象,達到減少運行能耗的目的。同時使用系數應按實際情況定,設計者可根據工程規模、用途等特點,應給出較詳細的冷、熱負荷計算說明和節能技術措施說明。兩種新的冷負荷計算方法:諧波反應法和冷負荷系數法,都合理地考慮了顯熱得熱中輻射成分轉化為冷負荷時的幅度衰減和時間延遲作用,這對于正確計算空調設計負荷,從而節能降耗具有重要意義。

3.2 空調冷熱源效率控制

(1)冷源采用大小機組相結合的配置,調節性能好,能有效地適應負荷變化的要求,防止了“大馬拉小車”的浪費現象。

(2)降低冷卻水溫度,由于冷卻水溫度越低,冷機的制冷系數就越高。冷卻水的供水溫度每上升1℃,冷機的COP下降近4%。降低冷卻水溫度就需要加強冷卻塔的運行管理。首先,對于停止運行的冷卻塔,其進出水管的閥門應該關閉。否則,因為來自停開的冷卻塔的水溫度較高,混合后的冷卻水水溫就會提高,冷機的制冷系數就減低了。其次,冷卻塔使用一段時間后,應及時檢修,否則冷卻塔的效率會下降,不能充分地為冷卻水降溫。(3)提高冷凍水溫度,由于冷凍水溫度越高,冷機的制冷效率就越高。冷凍水供水溫度提高1℃,冷機的制冷系數可提高3%,所以在日常運行中不要盲目降低冷凍水溫度。首先,不要設置過低的冷機冷凍水設定溫度。其次,一定要關閉停止運行的冷機的水閥,防止部分冷凍水走旁通管路,否則,經過運行中的冷機的水量就會減少,導致冷凍水的溫度被冷機降到過低的水平。

3.3 水系統節能

3.3.1 采用大溫差

如果系統中輸送冷熱能用的水 (或空氣)的供回水 (或送回風)溫差采用較大值,那么當它與原有溫差的比值為m,從流量計算公式知道,采用大溫差時的流量降為原來流量的 (1/m)3。這時,水泵或風機要求的功率將減小到原來的 (1/m)3。可見,加大溫差的節能效果是明顯的。在滿足中央空調精度、人員舒適和工藝要求的前提下,在支管不算多,大部分末端是全空氣系統的條件下應盡可能加大送風溫差。目前采用供、回水的溫度差為8℃工況時,從主機到末端設備的匹配都已成熟。

因為水泵和風機要求的功耗大致與管路系統中的流速成正比關系,因此,要取得節能的運行效果,在設計和運行時不要采用高流速。此外,干管中采用低流速還有利于系統的水力工況穩定性。例如:改變風機的轉速可以改變風機的性能參數,風機的功率與轉速成三次方的關系,而流量與轉速成一次方的關系,降低轉速以降低流量的同時可以大幅度降低能耗。當流量減少1/3時,能耗可減少約70.4%,當流量減少 1/2時,能耗可減少約87.5%,且風機的效率基本不變,仍可穩定高效地工作。

3.3.3 變流量控制

冷凍水和熱水循環系統采用變流量控制,并且對二次循環水泵采用變頻調速和臺數控制。冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、電動水閥一一對應聯鎖運行,冷源系統根據冷量 (用自動監測流量、溫度等參數計算出冷量,自動發出信號)控制冷水機組的啟停數量及其對應水泵、冷卻塔的啟停臺數。風機盤管采用電動溫控閥和三擋風速結合的控制方式等。

3.3.4 水系統設計

設計人員應重視水系統設計,認真進行水系統各環路的設計計算,并采取相應措施保證各環路水力平衡。認真核對和計算空調水系統相關系數,切實落實節能設計標準的要求值。

3.3.5 風管和水管的絕熱材料和厚度

風管和水管的絕熱材料和厚度要符合節能規范的要求,絕熱材料盡可能選擇傳熱系數小,氣密性好的材料;空調供冷水管與風管設置隔汽層與保護層以進一步達到絕熱效果。

3.4 風系統節能

3.4.1 空調末端

末端設備,要選用重量輕,單位風機功率供冷(熱)量大,噪聲低的設備。風機盤管采用電動溫控閥和三擋風速結合的控制方式。如采用定風量全空氣空調系統,采用變新風比焓值控制方式,新風量可按不同季節作調整,甚至全新風運行,以節省運行費用。如有可能采用變風量系統,從而系統的總設計風量可以減少。這樣,空調設備的容量也可以減小,既可節省設備費的投資,也進一步降低了系統的運行能耗。另外,空調和通風風機采用變頻調速控制,也降低了運行能耗。

3.4.2 熱回收技術

采用熱回收技術,利用排風對新風進行預熱(或預冷),節約空調能耗。

3.4.3 新風利用

過渡季節盡量利用新風,可進行全新風運行,減少空調的運行。冬季內區的消除余熱,可采用室外新風,減少能源的浪費。

3.4.4 分層空調和置換通風

在大空間采用分層空調和置換通風,盡量減少無效空間區域的能量消耗,只滿足有效區域的舒適度。

3.5 中央空調的管理

(1)采用一定的計量方法:在總用冷 (熱)量,進行冷 (熱)量計量;當是不同區域或不同使用方時,對用戶側進行冷 (熱)量計量。提高節能意識,減少無效冷 (熱)量損失,便于用冷 (熱)量收費和管理,計量已是成熟的技術,集中空調實行計量收費,是建筑節能的一項基本措施。

(2)所有空調設備采用中央自動控制技術,根據設定的溫度控制、濕度控制、壓差控制、流量控制來使設備達到最佳的匹配運行效果,使設備在最高效區域運行,以利于能源的綜合利用,最大化地實現節能。

(3)加強對空調操作人員的培訓,提高管理人員素質。各項調節和節能措施的實施,都與操作人員的技術資質直接相關;操作人員要具備必要的制冷空調知識,要懂得根據室外參數的變化進行調節,要懂得怎樣調節才會節能。

4 結論

總而言之,中國能源問題已經日趨嚴峻,節能減排、重視建筑節能勢在必行。未來,中央空調系統的應用會越來越多,只有更好地在系統中多方面進行節能措施,才能既滿足人們對舒適生活與工作環境的追求,又保護好人類生存的大環境。

[1] 彥啟森.空氣調節用制冷技術 [M].北京:中國建筑工業出版社.1981

[2] 錢以明.高層建筑空調與節能 [M].上海:同濟大學出版社.1990

[3] 采暖通風與空氣調節規范GB50019-2003[S]

[4] 民用建筑熱工設計規范GB50176-93[S]

[5] 公共建筑節能設計標準GB50189-2005[S]

[6] 吳正業.制冷原理及設備 (第二版).西安:西安交通大學出版社,1997,4