基于能耗數(shù)據(jù)和指標(biāo)的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能診斷方法及應(yīng)用

【摘 要】隨著人們生活水平的不斷提高，空調(diào)設(shè)施的應(yīng)用也越來越廣泛，使得電力系統(tǒng)總能耗量迅速增長(zhǎng)。提倡空調(diào)節(jié)能一方面可有效減少空調(diào)的運(yùn)行成本，更為重要的是可有效節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境。進(jìn)一步深入研究并改善建筑空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境具有重要的戰(zhàn)略性意義。本文提出了基于能耗數(shù)據(jù)和指標(biāo)的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的一種診斷方法，并舉出了采用這一診斷方法進(jìn)行節(jié)能診斷的實(shí)例。

【關(guān)鍵詞】能耗數(shù)據(jù)；空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能診斷

隨著人們生活水平的不斷提高，空調(diào)設(shè)施的應(yīng)用也越來越廣泛，使得電力系統(tǒng)總能耗量迅速增長(zhǎng)。在非可再生資源日顯緊缺的情況下，人們對(duì)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)，為此我國(guó)也提出了節(jié)能減排任務(wù)，在此背景下，人們對(duì)空調(diào)的能耗要求也越來越高[1]。盡管各國(guó)專家已將各種空調(diào)系統(tǒng)的額定能耗做了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)和分析，并提出了相應(yīng)的節(jié)能方案，但因空調(diào)系統(tǒng)能耗受建筑物特點(diǎn)及氣候條件等因素的影響，對(duì)于功能、結(jié)構(gòu)及地域不同的建筑物，符合某一國(guó)家或地域節(jié)能降耗的有效措施未必適用于其他的國(guó)家或地域。因此，在對(duì)一個(gè)地域的新建筑或已有建筑的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能分析及改造前，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐哪芎默F(xiàn)狀及降耗潛力。目前，雖然大部分空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中都做了很大系統(tǒng)及性能的優(yōu)化，但在現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，依然存在諸多缺陷?？梢?，進(jìn)一步深入研究并改善建筑空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境具有重要的戰(zhàn)略性意義[2]。下面筆者將重點(diǎn)探討基于能耗數(shù)據(jù)和指標(biāo)的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能診斷方法，并舉以實(shí)例。

1、現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)和指標(biāo)

空調(diào)系統(tǒng)的能耗量與建筑的能源需求量有著直接關(guān)系，即建筑空調(diào)的負(fù)荷，主要在于處理熱、污染物及濕三大方面因素。熱負(fù)荷的對(duì)象為太陽(yáng)透過窗戶的熱輻射量、外界環(huán)境通過墻體的熱傳導(dǎo)量及室內(nèi)人體和各種電器設(shè)備等熱源的發(fā)熱量。對(duì)污染物的處理通常是指通風(fēng)換氣，若建筑室內(nèi)的空氣中不含有大量有毒有害氣體，空氣質(zhì)量控制在國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，則對(duì)污染物處理的對(duì)象主要為人體呼出的CO2氣體[3]。與濕負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的則是人體向室內(nèi)空氣中排出的水分及在冬季的加溫處理。我們可以將空調(diào)的能耗需求分為兩種，一種已被確定的、較為恒定的負(fù)荷，如電器設(shè)備的發(fā)熱量、建筑墻體的導(dǎo)熱量等；還有一種是未確定的負(fù)荷，該類負(fù)荷的隨機(jī)性較大，多與人類活動(dòng)有關(guān)，如人體的排熱量、排濕量及排出CO2的量等。通過采用高性能材料或產(chǎn)品及先進(jìn)措施可有效的降低已確定的負(fù)荷，如采用高透光率低輻射玻璃、墻體保溫材料，安裝節(jié)能燈，采取遮陽(yáng)措施等；而對(duì)于未確定的負(fù)荷則需要由空調(diào)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)以適應(yīng)和滿足負(fù)荷要求，如空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)控功能等。

1.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能性評(píng)價(jià)指標(biāo)

國(guó)內(nèi)針對(duì)墻體保溫制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，比如《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分）》《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部件的強(qiáng)制性具體數(shù)值規(guī)定，比如墻體的保溫性能、門窗的密閉性等[4]。國(guó)外針對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、遮陽(yáng)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，有PAL和OTTV，PAL是指建筑物周邊單位面積的全年熱負(fù)荷，OTTV是綜合考慮所有外墻、外窗傳熱和外窗太陽(yáng)輻射平均到單位面積外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的平均值。2003年建設(shè)部頒發(fā)的《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和即將頒布的《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》為滿足建筑外形多變求新的需求，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能采用了性能性方法。這一方法是通過構(gòu)造一個(gè)與建筑師設(shè)計(jì)方案形狀完全相同的參照建筑，參照建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部件均滿足強(qiáng)制性的具體數(shù)值規(guī)定，之后給定參照建筑和設(shè)計(jì)建筑相同的內(nèi)擾及空調(diào)系統(tǒng)，分別計(jì)算二者全年的空調(diào)系統(tǒng)總能耗，如果設(shè)計(jì)建筑的總能耗低于參照建筑，則認(rèn)為設(shè)計(jì)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案滿足節(jié)能要求。

1.2 總能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)

在空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，不確定的負(fù)荷往往會(huì)對(duì)實(shí)際能耗造成較大的影響，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)主要為實(shí)際能耗量除以總面積。在設(shè)計(jì)過程中，采用模擬分析軟件對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，人員的密度及其活動(dòng)內(nèi)容均為假想的給定條件[5]。許多國(guó)家根據(jù)本國(guó)特點(diǎn)均進(jìn)行了該類模擬軟件的開發(fā)，目前有很多，影響廣泛且代表性較強(qiáng)的有：DeST、EnergyPlus、DOE-2等，而現(xiàn)行的總能耗標(biāo)準(zhǔn)也比較多，如日本現(xiàn)行的空調(diào)系統(tǒng)能耗系數(shù)（CEC），CEC作為空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能評(píng)定的一種標(biāo)準(zhǔn)，通過計(jì)算空調(diào)系統(tǒng)全年的模擬負(fù)荷總量，并將結(jié)果與空調(diào)全年運(yùn)行的實(shí)際總能耗量相比較，從而以此來評(píng)價(jià)空調(diào)對(duì)能源的有效利用率及建筑物的實(shí)際節(jié)能情況。

2、采用能耗數(shù)據(jù)及指標(biāo)的節(jié)能診斷實(shí)例

某建筑所采用的制冷機(jī)平均每年的制熱能效比（COP）為4.4，而國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)限值為4.8，低于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該制冷機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含四臺(tái)離心式制冷機(jī)，其中三臺(tái)大功率制冷機(jī)，額定冷量為2813KW，一臺(tái)小功率制冷機(jī)，額定冷量為924KW，該系統(tǒng)在工作過程中可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷來選擇啟動(dòng)一臺(tái)小制冷機(jī)還是一臺(tái)大制冷機(jī)，而同時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)制冷機(jī)情況極少。

如圖1所示，為某一制冷系統(tǒng)中制冷機(jī)COP及供冷量的相互關(guān)系，通過該圖我們不難發(fā)現(xiàn)，該制冷系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中對(duì)制冷機(jī)的選型并不合理，使得大制冷機(jī)常工作在低于其負(fù)載率（<50%）的環(huán)境中，而小制冷機(jī)的性能、功率及控制系統(tǒng)等均有缺陷，大大降低了其工作效率。

3 結(jié)論

空調(diào)系統(tǒng)是人們生活和居住不可缺少的設(shè)施，由于空調(diào)系統(tǒng)的能耗相對(duì)較大，與之相應(yīng)的能耗浪費(fèi)也比較大，節(jié)能及高效的空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于推行節(jié)能減排具有重要意義。要想提高空調(diào)系統(tǒng)的工作效率，首先就必須制定出一套符合現(xiàn)行情況的能耗指標(biāo)衡量標(biāo)準(zhǔn)。文中介紹了現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)和指標(biāo)，這一指標(biāo)能夠全面、客觀地評(píng)價(jià)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際工作中的能耗情況，并列舉了采用能耗數(shù)據(jù)及指標(biāo)進(jìn)行節(jié)能診斷的實(shí)例。該空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能診斷方法的應(yīng)用可準(zhǔn)確掌握空調(diào)系統(tǒng)的能耗及節(jié)能情況，有助于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，提高空調(diào)系統(tǒng)的整體性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]李君峰.試論空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的問題與對(duì)策[J]. 才智. 2011（09）.

[2]侯夢(mèng)超.中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能探討[J]. 河北企業(yè). 2009（08）.

[3]張利娜.淺析暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施[J]. 中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）. 2010（06）.

[4]朱立.中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案探討[J]. 武漢商業(yè)服務(wù)學(xué)院學(xué)報(bào). 2010（01）.

[5]鄺小磊.一種新型空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化指標(biāo)的計(jì)算模型[J]. 中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）. 2008（S1）.

作者簡(jiǎn)介：

孫國(guó)良（1971年），本科，工程師。