中央空調系統能效評估研究現狀綜述

摘 要：中央空調系統能效評估是公共建筑能量管理的重要模塊。本文首先闡述了中央空調用電的現狀，然后介紹了中央空調的運行特點。在保證室內環境舒適性的前提下，以空調系統整體能效比最優為最終目標，對冷熱源系統、輸配系統、風機管盤系統等分系統的相關指標評估研究現狀進行了介紹。

關鍵詞：中央空調 能效評估 建筑能量管理能效比

中圖分類號：TU831 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（c）-0110-02

提高建筑物的能源利用效率，就是用有限的資源和最小的能源代價取得最大的經濟和社會效益，滿足人們日益增長的需求，走可持續發展的道路。在建筑能耗中，采暖空調節能是重點，占建筑總能耗的50%～70%。我國目前城鎮民用建筑運行能耗占我國總發電量的22%～24%，北方地區城鎮供暖消耗的燃煤占我國非發電用媒量的15%～18%（建筑能耗占全國商品能耗的2l%～24%）。夏季空調所耗電量在中大城市占夏季用電高峰負荷的30%～40%，大城市特大城市甚至占高峰用電負荷的50～60%。空調用電給電力供應增加了極大的負擔。在夏季，全國大部分城市采用拉閘限電，給經濟發展和人民的生活帶來了巨大的影響。提高中央空調系統的總體能效水平，在滿足室內環境舒適性的前提下有效的降低建筑能耗，是暖通空調行業的當務之急[2～4]。

1 中央空調工作原理[1～4]

中央空調系統由冷熱源系統和空氣調節系統組成。制冷系統為空氣調節系統提供所需冷量，用以抵消室內環境的冷負荷；制熱系統為空氣調節系統提供用以抵消室內環境熱負荷的熱量。制冷系統是中央空調系統至關重要的部分，其采用種類、運行方式、結構形式等直接影響了中央空調系統在運行中的經濟性、高效性、合理性。

1.1 中央空調制冷原理

液體汽化制冷是利用液體汽化時的吸熱、冷凝時的放熱效應來實現制冷的。液體汽化形成蒸汽。當液體（制冷工質）處在密閉的容器中時，此容器中除了液體及液體本身所產生的蒸汽外，不存在其他任何氣體，液體和蒸汽將在某一壓力下達到平衡，此時的汽體稱為飽和蒸汽，壓力稱為飽和壓力，溫度稱為飽和溫度。平衡時液體不再汽化，這時如果將一部分蒸汽從容器中抽走，液體必然要繼續汽化產生一部分蒸汽來維持這一平衡。液體汽化時要吸收熱量，此熱量稱為汽化潛熱。汽化潛熱來自被冷卻對象，使被冷卻對象變冷。為了使這一過程連續進行，就必須從容器中不斷地抽走蒸汽，并使其凝結成液體后再回到容器中去。從容器中抽出的蒸汽如直接冷凝成蒸汽，則所需冷卻介質的溫度比液體的蒸發溫度還要低，我們希望蒸汽的冷凝是在常溫下進行，因此需要將蒸汽的壓力提高到常溫下的飽和壓力。

1.2 水系統工作原理

水冷中央空調包含四大部件，壓縮機、冷凝器、節流裝置、蒸發器，制冷劑依次在上述四大部件循環，壓縮機出來的冷媒（制冷劑）高溫高壓的氣體，流經冷凝器，降溫降壓，冷凝器通過冷卻水系統將熱量帶到冷卻塔排出，冷媒繼續流動經過節流裝置，成低溫低壓液體，流經蒸發器，吸熱，再經壓縮。在蒸發器的兩端接有冷凍水循環系統，制冷劑在此次吸的熱量將冷凍水溫度降低，使低溫的水流到用戶端，再經過見機盤管進行熱交換，將冷風吹出。

1.3 風系統工作原理

新風的傳輸方式采用置換式，而非空調氣體的內循環原理和新舊氣體混合的不健康做法，戶外的新穎空氣經過負壓方式會自動吸入室內，經過安裝在臥室、室廳或起居室窗戶上的新風口進入室內時，會自動除塵和過濾。同時，再由對應的室內管路與數個功用房間內的排風口相連，構成的循環系統將帶走室內廢氣，集中在排風口“呼出”，而排出的廢氣不再做循環運用，新舊風形良好的循環。

1.4 末端系統工作原理

風機盤管空調系統的工作原理，就是借助風機盤管機組不斷地循環室內空氣，使之通過盤管而被冷卻或加熱，以保持房間要求的溫度和一定的相對濕度。盤管使用的冷水或熱水，由集中冷源和熱源供應。與此同時，由新風空調機房集中處理后的新風，通過專門的新風管道分別送人各空調房間，以滿足空調房間的衛生要求。

2 中央空調能效模型及指標體系

2.1 單位面積空調能耗模型

輸入建筑空調系統的電、冷、熱、燃油、燃氣等能源均應計入該指標。單位面積空調能耗（ECA）的計算見式（1）：

式中：為單位面積空調能耗，單位為千瓦時每平方米（kWh/m2）；為能源i按能源品位折算成等效電的系數；為能源i的消耗量；A為空調面積，單位為平方米（m2）。式（2）可將單位面積空調電耗由等效電單位轉化為標準煤單位[1]。

式中：為單位面積空調能耗，單位為千克標準煤每平方米（kgce/m2）；為 電折算成標準煤的系數，單位為千克標準煤每千瓦時[kgce/（kWh）]，的取值應按社會平均發電效率選取。

2.2 空調系統能效比模型

當輸入空調系統的能源全部為電能時，該指標適用。

式中：為空調系統能效比；為空調系統設備（包括冷水機組、冷卻水泵、冷卻塔、空調系統末端設備等）的年電耗，單位為千瓦時（kwh）。該指標用于評價空調系統的整體運行效率[1]。

2.3 制冷系統能效比模型

當采用電驅動冷水機組時，該指標適用。

式中：為制冷系統能效比；為制冷系統主要設備（對采用蒸發冷卻的水冷冷水機組而言，制冷系統包括冷水機組、冷卻水泵、冷卻塔；對風冷冷水機組而言，制冷系統僅包括制冷主機）的年電耗，單位為千瓦時（kWh）。

當系統采用水冷冷水機組，并采用蒸發式冷卻塔冷卻時，應采用式（5）計算：

式中：、、為冷水機組、冷卻水泵、冷卻塔能耗，單位為千瓦時（kwh）[1]。

2.4 冷凍水輸送系數模型

式中：為冷凍水輸送系數；為冷凍水泵總能耗，單位為千瓦時（kWh）。

該指標用于評價空調系統中冷凍水系統的經濟運行情況。用于全年累計工況的評價，該指標的限值WTFchLV為30。用于典型工況的評價，該指標的限值WTFchLV為35[1]。

2.5 冷卻水輸送系數模型

式中：為冷卻水輸送系數；為冷卻水輸送的熱量，單位為千瓦時（kWh）；為冷卻水泵能耗，單位為千瓦時（kWh）。該指標用于評價空調系統中冷卻水系統的經濟運行情況。用于全年累計工況的評價，該指標的限值WTFcwLV為25；用于典型工況的評價，該指標的限值WTFcwLV為30[1]。

2.6 空調末端能效比模型及指標體系

式中：為 空調末端能效比；為各類空調末端（包括各類空調機組、新風機組、排風機組、風機盤管等）的年電耗，單位為千瓦時（kWh）。

該指標受空調末端類型影響較大，對不同的空調末端類型，該指標的限值如表1所示。

該指標用于評價空調系統中空調末端的經濟運行情況。

3 結語

當系統冷源不同時，部分指標不適用，如表2所示。

空調系統經濟運行評價綜合指標體系結構如圖1所示。

該指標體系完全適用于采用電驅動水冷式冷水機組的空調系統。

本指標體系分別給出了全年累計工況和典型工況的基準值，分別適用于節能評估（全年工況測評）和節能檢測（單點工況測試）。導致冷凍水輸送系數偏低的原因主要有三：冷凍水供回水溫差較小、冷凍水泵揚程過大和冷凍水泵效率過低。導致冷卻水輸送系數過低的原因主要有三：冷卻水供回溫差過小、冷卻水泵揚程過高、冷卻水泵效率低[1]。

由于建筑類型多樣、氣象參數多變、空調系統類型多樣，ECA和CCA兩個指標無法給出統一的限值；但它們都是反映空調系統經濟運行水平的重要指標，可在統計數據的基礎上進行橫向比較，也可用于運行管理人員自查，與歷史運行情況進行縱向比較。

在實際應用可根據需要，選擇部分指標進行檢測和評估，一般來說，圖1中上層的指標反映系統的整體特性，下層的指標體現具體問題。

參考文獻

[1]GB/T 17981—2007，空氣調節系統經濟運行[S].

[2]http：//wenku.baidu.com/view/b9a7cae49b89680203d82544.html.

[3]http：//wenku.baidu.com/view/d204cc24a5e9856a5612603a.html.

[4]http：//wenku.baidu.com/view/2144b5a8dd3383c4bb4cd228.html.