中央空調系統的節能設計方案比較分析

【摘 要】中央空調系統在現代建筑中是極其重要的。尤其在現代智能建筑中，中央空調系統是不可少的組成部分。因此，研究中央空調系統能耗的意義，就尤其重要。對空調系統能耗的研究要實現的目標，是如何在創造良好室內小環境的前提下利用能源，達到對外部大環境的最小破壞，以實現可持續發展的長遠目標。

【關鍵字】建筑能耗；中央空調；節能設計

近年來，隨著城市建設的高速發展，電力供應日趨緊缺，建筑能耗逐年大幅度上升，已成為中國能源消費的主體之一，建筑節能越來越受到國家及社會的重視。高層樓宇中的中央空調在建筑能耗中占有很大的比例，因此空調系統的節能潛力很大，如何降低中央空調能耗，成為各方關注的焦點。在中央空調系統中，能耗最大的冷凍水循環設備，約占空調總能耗的60％～70％。因此，對已存在的中央空調水循環系統的節能改造尤為迫切。

一、中央空調系統的構成

1、冷凍機組

這是中央空調的“制冷源”，通往各個房間的循環水由冷凍機組進行“內部熱交換”，降溫為“冷凍水”。

2、冷凍水循環系統

由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，在各房間內進行熱交換，帶走房間熱量，使房間內的溫度下降。

從冷凍機組流出、進入房間的冷凍水簡稱為“出水”，流經所有的房間后回到冷凍機組的冷凍水簡稱為“回水”。

3、冷卻水循環系統

由冷凍泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機組進行熱交換，使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓人冷卻塔，使之在冷卻塔與大氣進行熱交換，然后在將降了溫的冷卻水，送回到冷卻機組。如此不斷循環，帶走了冷凍機組釋放的熱量。

流進冷凍機組的冷卻水簡稱為“進水”，從冷凍機組流回冷卻塔的冷卻水簡稱為“回水”。

4、冷卻風機

冷卻塔風機用于降低冷卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發到大氣中去。可以看出，中央空調系統是工作過程室一個不斷地進行熱交換的能量轉換過程。在這里，冷凍水和冷卻水循環系統是能量的主要傳遞者。冷卻水溫度過高、過低都會影響冷凍機組使用壽命，因為溫度過低影響機組潤滑，但溫度過高將導致制冷劑高壓過高。因此，對冷卻風機的控制便是中央空調控制系統的重要組成部份。變頻控制冷卻風機的轉速使冷卻水出水溫度保持在28～30℃之間，既節能又延長冷凍機組使用壽命。

二、中央空調系統的節能設計方案比較

根據現代公共建筑特點及使用功能情況分析，中央空調設計方案主要有風冷模塊機組、水冷螺桿機組、一體化智能空調機組、水源熱泵機組4種，現在對4種方案進行分析。

1、方案一：風冷模塊機組

風冷冷（熱）水機組是以空氣為冷（熱）源，以水為供冷（熱）介質，采用電驅動制冷和制熱，作為冷熱兼用型的一體化設備，是可實現全年性氣候運行的一種機型。它是一種能夠獨立提供冷熱源的機組。風冷模塊式冷熱水機組適用于既無供熱鍋爐，又無供熱管網或其它穩定可靠熱源，卻又要求全年空調運行的暖通空調工程。此機組的特點及優勢明顯。

（1）可在制冷時向空調系統提供冷水，在采暖時向空調系統提供熱水，是理想的空調冷熱源。

（2）因為機組制冷制熱均使用電這一清潔能源，制熱時的熱量直接取自于室外空氣，既可節省能量，又避免了燃煤、燃油燃氣等帶來的污染問題，也無冷卻塔的噪音和飛水污染，是典型的“環境友好”型產品。

（3）冬季供熱節電，冬季采用風冷冷熱水機組供熱比用電直接供熱省電2/3左右。

（4）該機組集制冷、制熱功能干一體，既可在夏季供冷實現室內降溫，又可在冬季供熱，實現采曖，一機多用。

風冷模塊機組采用模塊組合方式，主機可以由多臺模塊機任意組合成一個大型機組，并設定一臺主模塊機控制機組，模塊機組能自動根據室內空調冷凍水溫度全自動啟動或關閉，電腦全自動調節輸出冷量。風冷模塊機組雖然可以由多個模塊組合而成，但是其能效比只有3.0左右，這樣在大部分上班時間（滿負荷）運行的情況下，未必達到節能效果。整個建筑所需冷量大約4440kW，所需電量：4440kW·h÷3.0=1480kW·h，此耗電量暫時未考慮水泵耗電量，如果加上水泵耗電量，則整體耗電量將增加更多。如果為了用戶加班而采用該系統，則水泵也得采用變頻方式，整體工程造價高，而且節能效果不明顯。總之，風冷熱泵機組通常適用于既無供熱鍋爐、又無供熱熱網或其它穩定可靠熱源卻又要求全年進行空氣調節的暖通空調工程。

2、方案二：水冷螺桿機組

水冷螺桿機組是行業目前公認的能效比較高，可以達到4.8以上，在使用時間比較集中的情況下，節能效果非常明顯。但是這款空調需要建很大的制冷機房，需要增加土建費用及管理成本，再加上該辦公樓出租，在分層獨立控制方面比較麻煩，在晚上用戶加班時系統低負荷運行，壓縮機能效很低（四級調節，最低25％）節能效果不明顯。考慮到該項目實際情況，采用水冷螺桿機組顯然不合適。

3、方案三：地源、水源熱泵機組

這是制冷空調行業的熱門，也是能源形式利用的一場大變革。人們已經學會利用空氣熱源，太陽能熱源，這些都是可再生的，取之不盡、用之不竭的環保熱源，還有一個更大的熱源，這就是地熱能源。

地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（也稱地熱能，包括地下水、土壤或地表水等）既可供熱又可制冷的高效節能空調系統。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現低溫位熱能向高溫位熱能轉移。地熱能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調的熱匯，即在冬季，把地熱能中的熱量“取”出來，提高溫度后供給室內采暖；夏季，把室內的熱量取出來，釋放到地下。通常地源熱泵消耗1kW能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量與鍋爐（電、燃料）供熱系統相比，鍋爐供熱只能將90％以上的電能或70％～90％的燃料內能轉化為熱量，供用戶使用，因此地源熱泵要比電鍋爐供熱節省2/3以上的電能，比燃料鍋爐節省約1/2的能量；由于地源熱泵的熱源溫度全年較為穩定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數可達3.5～4.4，與傳統空氣源熱泵相比，要高出40％左右，其運行費用為普通中央空調的50％～60％。

三、結束語

中央空調系統是大型公共建筑中能耗最大的系統，也是建筑節能的關鍵環節，合理的基準能耗及能效水平是節能的基本前提。合理的、操作性及適用性強的節能評價體系至關重要，然而由于中央空調系統的復雜性，其評價體系也不盡相同，隨著中央空調系統節能的進一步開展，評價標準也需更加完善，以進一步降低中央空調系統能耗、減少能源浪費。

參考文獻：

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