空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

田鵬

大連先鋒建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司 遼寧大連 116000

節(jié)能，應(yīng)該是空調(diào)設(shè)計(jì)人員工作中的一種自覺(jué)的習(xí)慣和理念。在空調(diào)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的前提下，應(yīng)充分考慮空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的節(jié)能。

1 合理選用冷熱源

建筑空調(diào)系統(tǒng)，最重要的的組成部分就是冷熱源。資料顯示，在我國(guó)，建筑能耗占能源總消費(fèi)的比例達(dá)27.6%，而在建筑耗能當(dāng)中，暖通空調(diào)系統(tǒng)和生活熱水系統(tǒng)耗能將近60%，而冷熱源自身消耗的能源占空調(diào)系統(tǒng)總耗能量的40%以上。因此在空調(diào)設(shè)計(jì)當(dāng)中，合理選用和確定冷熱源就是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵。一般來(lái)說(shuō)，建筑空調(diào)冷熱源設(shè)備裝置的形式是由建筑所在地的驅(qū)動(dòng)能源形式?jīng)Q定的，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)所在地的能源結(jié)構(gòu)、能源價(jià)格、能源裝置的投資和運(yùn)行費(fèi)用等因素，結(jié)合建筑的性質(zhì)、規(guī)模和應(yīng)用要求及本專業(yè)技術(shù)要求來(lái)選定冷熱源。冷熱源的選擇一般遵循以下原則：

1.1 “變廢為寶，節(jié)約能耗”

能源利用的基本原則就是不浪費(fèi)現(xiàn)有的資源，而不是為了節(jié)能去花大代價(jià)創(chuàng)造新能源。當(dāng)建筑所在地周圍有較高溫度的廢熱或工廠余熱且經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證合理時(shí)，建筑夏季空調(diào)系統(tǒng)的冷源裝置，宜采取吸收式冷水機(jī)組，冬季建筑供暖時(shí)，也可利用此廢熱余熱。顯然此時(shí)廢熱和余熱實(shí)現(xiàn)了更大的利用效率，有較好的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然，不能盲目的認(rèn)為只要有熱電廠，就一定要選用廢熱余熱作為冷熱源驅(qū)動(dòng)，考慮熱源品質(zhì)的同時(shí)，還要兼顧熱源位置和具體實(shí)施技術(shù)措施的經(jīng)濟(jì)性[1]。

1.2 “小心用電，從高到低”

能源的利用應(yīng)該根據(jù)能源品質(zhì)的高低有所區(qū)分。電屬于高位能源，在我國(guó)，80%以上的電能都是通過(guò)礦物燃料的熱能轉(zhuǎn)化的，目前從發(fā)電、到用電地點(diǎn)的一次能源利用率大約是30%-35%。如果把電能直接用于加熱，相當(dāng)于把花費(fèi)了巨大代價(jià)由低品位能源轉(zhuǎn)化而來(lái)的高品質(zhì)能源再還原為低品質(zhì)使用，造成巨大浪費(fèi)。因此，在規(guī)范當(dāng)中，明確限制了采用電直接加熱設(shè)備作為空調(diào)系統(tǒng)供暖熱源和空氣加濕器的條件，我們?cè)谶x擇冷、熱源及空調(diào)相關(guān)附件的時(shí)候，要“小心用電”。

另外，可再生能源在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用也是低位能源應(yīng)用的主要方式。在經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理的情況下，冷熱源可以利用淺層地能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源。應(yīng)當(dāng)注意的是，由于可再生能源供應(yīng)量不一定能充分保障，應(yīng)在保證一定的可再生能源全年貢獻(xiàn)率的基礎(chǔ)上，設(shè)置其他輔助冷、熱源來(lái)保障建筑的全年使用需求。

同時(shí)，在選擇冷源的時(shí)候，要考慮一次能源利用率，應(yīng)按一次能源利用率“從高到低”選擇。通常情況下，在制冷額定工況下（不計(jì)冷卻系統(tǒng)能耗）各制冷機(jī)的一次能效率如下：離心式冷水機(jī)組＞螺桿式冷水機(jī)組＞直燃型吸收式機(jī)組＞渦旋風(fēng)冷熱泵機(jī)組＞蒸汽雙效溴化鋰吸收式冷水機(jī)組＞活塞或螺桿式風(fēng)冷熱泵機(jī)組[2]。

1.3 “因地制宜，就地索取”

因建筑地點(diǎn)不同的原因，建筑空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源形式的選擇也是多樣化的?？筛鶕?jù)建筑所在地的環(huán)境特點(diǎn)，充分利用周邊的能源，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)能甚至“免費(fèi)”。例如，夏季室外空氣設(shè)計(jì)露點(diǎn)溫度較低的地區(qū)，可通過(guò)蒸發(fā)冷卻的方式直接提供用于空調(diào)系統(tǒng)的冷水；有天然地表水等資源可供利用、或者有可利用的淺層地下水且能保證100%回灌時(shí)，可采用地表水供冷。這種方式減少了人工制冷的能耗，在滿足條件的地區(qū)應(yīng)優(yōu)先推廣使用。

2 合理選用配套設(shè)備

在選擇冷、熱源相應(yīng)的配套設(shè)備，如冷水泵、冷卻水泵等時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們通常會(huì)按照規(guī)范等資料要求，對(duì)所選水泵進(jìn)行各種附加，導(dǎo)致實(shí)際工程中水泵超配，這無(wú)疑會(huì)造成能源的浪費(fèi)。例如，某空調(diào)系統(tǒng)，水系統(tǒng)阻力30m，冷負(fù)荷300kW，供回水溫差5℃，工況點(diǎn)效率按75%考慮，如只考慮一臺(tái)水泵，按照要求，選取水泵的時(shí)候，水泵流量和揚(yáng)程均增加5%-10%，取5%。故按照計(jì)算結(jié)果，考慮電機(jī)安全系數(shù)K，選K=1.25，則選擇電機(jī)功率為6.195×1.25=7.74（kW）。但查看樣本我們發(fā)現(xiàn)，水泵的規(guī)格并不是連續(xù)的，因此為了保證工程使用情況，選取的電機(jī)規(guī)格是11kW（見(jiàn)表1）。

表1 水泵電機(jī)容量安全系數(shù)及電機(jī)規(guī)格

這與我們不考慮安全系數(shù)的計(jì)算值6.195kW相差較大。由公式可以看出，影響計(jì)算結(jié)果的因素主要有兩方面：一是負(fù)荷和揚(yáng)程的大小，二是各種系數(shù)的附加。這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)中：

（1）合理選擇室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)。室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)在符合規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定前提下，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用要求，不應(yīng)隨意提高標(biāo)準(zhǔn)。資料顯示，在夏季，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度每升高1℃，將減少約10%的空調(diào)供冷能耗。因此負(fù)荷計(jì)算時(shí)，應(yīng)合理選擇室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，逐時(shí)、逐項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，而不能為了方便和保險(xiǎn)直接選取較大的冷負(fù)荷指標(biāo)進(jìn)行估算，造成負(fù)荷過(guò)大，導(dǎo)致計(jì)算選取的水泵配電機(jī)功率過(guò)大，造成空調(diào)系統(tǒng)不必要的浪費(fèi)[3]。

（2）避免不必要的附加。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的層層放大即流量揚(yáng)程附加、安全系數(shù)放大、選取電機(jī)規(guī)格時(shí)又進(jìn)一步放大，最終導(dǎo)致了水泵選配電機(jī)功率過(guò)大，低效率運(yùn)行，浪費(fèi)能源。當(dāng)然，相應(yīng)的部分附加是規(guī)范要求，也是為了滿足實(shí)際需要，但我們?cè)谠O(shè)計(jì)選擇過(guò)程中，應(yīng)該注意這方面的問(wèn)題，在滿足規(guī)范要求的前提下，不能盲目求大、求保險(xiǎn)而無(wú)原則增加所謂“安全系數(shù)”和富余量，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際，進(jìn)行合理的設(shè)備選型計(jì)算，合理選取配套設(shè)備。

3 結(jié)語(yǔ)

合理確定空調(diào)系統(tǒng)的冷、熱源及其配套設(shè)備是節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的客觀要求，也是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該遵從的基本原則。盡管建筑物空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源形式是多種多樣的，但是多樣化并不意味著隨意化，要合理確定冷、熱源及其配套設(shè)備，進(jìn)行優(yōu)化選擇，達(dá)到空調(diào)系統(tǒng)的合理節(jié)能設(shè)計(jì)的目的。