空調系統的節能設計

田鵬

大連先鋒建筑設計咨詢有限公司 遼寧大連 116000

節能，應該是空調設計人員工作中的一種自覺的習慣和理念。在空調系統工程設計當中，滿足相應的標準和規范的前提下，應充分考慮空調系統設計的節能。

1 合理選用冷熱源

建筑空調系統，最重要的的組成部分就是冷熱源。資料顯示，在我國，建筑能耗占能源總消費的比例達27.6%，而在建筑耗能當中，暖通空調系統和生活熱水系統耗能將近60%，而冷熱源自身消耗的能源占空調系統總耗能量的40%以上。因此在空調設計當中，合理選用和確定冷熱源就是空調系統節能的關鍵。一般來說，建筑空調冷熱源設備裝置的形式是由建筑所在地的驅動能源形式決定的，設計人員要根據所在地的能源結構、能源價格、能源裝置的投資和運行費用等因素，結合建筑的性質、規模和應用要求及本專業技術要求來選定冷熱源。冷熱源的選擇一般遵循以下原則：

1.1 “變廢為寶，節約能耗”

能源利用的基本原則就是不浪費現有的資源，而不是為了節能去花大代價創造新能源。當建筑所在地周圍有較高溫度的廢熱或工廠余熱且經技術經濟論證合理時，建筑夏季空調系統的冷源裝置，宜采取吸收式冷水機組，冬季建筑供暖時，也可利用此廢熱余熱。顯然此時廢熱和余熱實現了更大的利用效率，有較好的經濟性。當然，不能盲目的認為只要有熱電廠，就一定要選用廢熱余熱作為冷熱源驅動，考慮熱源品質的同時，還要兼顧熱源位置和具體實施技術措施的經濟性[1]。

1.2 “小心用電，從高到低”

能源的利用應該根據能源品質的高低有所區分。電屬于高位能源，在我國，80%以上的電能都是通過礦物燃料的熱能轉化的，目前從發電、到用電地點的一次能源利用率大約是30%-35%。如果把電能直接用于加熱，相當于把花費了巨大代價由低品位能源轉化而來的高品質能源再還原為低品質使用，造成巨大浪費。因此，在規范當中，明確限制了采用電直接加熱設備作為空調系統供暖熱源和空氣加濕器的條件，我們在選擇冷、熱源及空調相關附件的時候，要“小心用電”。

另外，可再生能源在空調系統中的應用也是低位能源應用的主要方式。在經濟技術合理的情況下，冷熱源可以利用淺層地能、太陽能、風能等可再生能源。應當注意的是，由于可再生能源供應量不一定能充分保障，應在保證一定的可再生能源全年貢獻率的基礎上，設置其他輔助冷、熱源來保障建筑的全年使用需求。

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

1.3 “因地制宜，就地索取”

因建筑地點不同的原因，建筑空調系統的冷熱源形式的選擇也是多樣化的。可根據建筑所在地的環境特點，充分利用周邊的能源，實現能源的節能甚至“免費”。例如，夏季室外空氣設計露點溫度較低的地區，可通過蒸發冷卻的方式直接提供用于空調系統的冷水；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，可采用地表水供冷。這種方式減少了人工制冷的能耗，在滿足條件的地區應優先推廣使用。

2 合理選用配套設備

在選擇冷、熱源相應的配套設備，如冷水泵、冷卻水泵等時，設計過程中，我們通常會按照規范等資料要求，對所選水泵進行各種附加，導致實際工程中水泵超配，這無疑會造成能源的浪費。例如，某空調系統，水系統阻力30m，冷負荷300kW，供回水溫差5℃，工況點效率按75%考慮，如只考慮一臺水泵，按照要求，選取水泵的時候，水泵流量和揚程均增加5%-10%，取5%。故按照計算結果，考慮電機安全系數K，選K=1.25，則選擇電機功率為6.195×1.25=7.74（kW）。但查看樣本我們發現，水泵的規格并不是連續的，因此為了保證工程使用情況，選取的電機規格是11kW（見表1）。

表1 水泵電機容量安全系數及電機規格

這與我們不考慮安全系數的計算值6.195kW相差較大。由公式可以看出，影響計算結果的因素主要有兩方面：一是負荷和揚程的大小，二是各種系數的附加。這就要求我們在設計中：

（1）合理選擇室內設計參數。室內設計參數在符合規范、標準的有關規定前提下，應根據實際使用要求，不應隨意提高標準。資料顯示，在夏季，室內設計溫度每升高1℃，將減少約10%的空調供冷能耗。因此負荷計算時，應合理選擇室內設計參數，逐時、逐項進行詳細計算，而不能為了方便和保險直接選取較大的冷負荷指標進行估算，造成負荷過大，導致計算選取的水泵配電機功率過大，造成空調系統不必要的浪費[3]。

（2）避免不必要的附加。設計計算時的層層放大即流量揚程附加、安全系數放大、選取電機規格時又進一步放大，最終導致了水泵選配電機功率過大，低效率運行，浪費能源。當然，相應的部分附加是規范要求，也是為了滿足實際需要，但我們在設計選擇過程中，應該注意這方面的問題，在滿足規范要求的前提下，不能盲目求大、求保險而無原則增加所謂“安全系數”和富余量，應根據工程實際，進行合理的設備選型計算，合理選取配套設備。

3 結語

合理確定空調系統的冷、熱源及其配套設備是節能環保和可持續發展的客觀要求，也是暖通空調設計人員應該遵從的基本原則。盡管建筑物空調系統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、熱源及其配套設備，進行優化選擇，達到空調系統的合理節能設計的目的。