淺談空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施

董錦寶　李　江

摘要:空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能是一個(gè)系統(tǒng)工程,要求在能源利用的各個(gè)環(huán)節(jié)和系統(tǒng)從規(guī)劃到運(yùn)轉(zhuǎn)的全過程中貫徹節(jié)能的觀點(diǎn),才可能達(dá)到節(jié)能的效果,如果在某個(gè)環(huán)節(jié)上造成了能源的浪費(fèi),整個(gè)系統(tǒng)也不能說是節(jié)能的。本文對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施進(jìn)行了詳盡的論述。

關(guān)鍵詞:空調(diào)系統(tǒng);節(jié)能;溫度;濕度

1 改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能

建筑物冬季的熱負(fù)荷和夏季的冷負(fù)荷有一部分來自建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。從建筑體形來說,同樣面積的建筑物,接近立方體的外表面積最小,可以節(jié)能。對(duì)于長方形的建筑物,朝向?qū)照{(diào)負(fù)荷有相當(dāng)?shù)拇蟮挠绊?長邊(主要面)朝向西或東的比朝向南或北的大,最大設(shè)計(jì)冷負(fù)荷約大25%左右。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能在建筑的節(jié)能中起著很重要的作用。一些研究表明,增大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能,年空調(diào)冷負(fù)荷反而有所增加,其原因是在室外氣溫高的月份和時(shí)刻,保溫性能好,可以節(jié)省空調(diào)冷量,但在非最熱月或一天中的夜間,氣溫低時(shí),不利于建筑散熱,反而增加了冷負(fù)荷。當(dāng)然,圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能好,空調(diào)的設(shè)計(jì)冷負(fù)荷會(huì)小些。

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中,外窗對(duì)空調(diào)冷負(fù)荷有明顯的影響。透過玻璃的日射得熱冷負(fù)荷約占空調(diào)冷負(fù)荷的20%～30%,所以減少窗墻比——窗戶面積與墻面積(包括窗面積)之比——可以減少熱負(fù)荷和冷負(fù)荷,但減少到一定值時(shí),會(huì)增加照明負(fù)荷,而反過來又增加了冷負(fù)荷。有些國家規(guī)定窗墻比<0.4,以及空調(diào)房間采用鍍膜反射玻璃,可反射約30%的太陽輻射熱,或采用中空玻璃,晚間采用保溫窗簾。玻璃的品種的選擇還應(yīng)取決于地區(qū)和節(jié)能的主要目標(biāo)。

2 合理確定室內(nèi)溫、濕度

假設(shè)空調(diào)室外計(jì)算參數(shù)為定值時(shí),夏季空調(diào)室內(nèi)空氣計(jì)算溫度和濕度越低,房間的計(jì)算冷負(fù)荷就越大,系統(tǒng)耗能也越大。通過研究證明,在不降低室內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)的前提下,合理組合室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)可以收到明顯的節(jié)能效果。

2.1 溫濕度變化對(duì)熱舒適度的影響。

假定人所從事的是極輕勞動(dòng)(例如賓館、商場中),穿著一般的夏季服裝,空氣流動(dòng)速度取0.25m/s,壁面溫度和空氣溫度相同。在相對(duì)濕度為50%的條件下,僅使室內(nèi)空氣溫度變化時(shí),統(tǒng)計(jì)不同室內(nèi)溫度下的PPD值和不同相對(duì)濕度下的PPD值。經(jīng)分析以上數(shù)據(jù)可以看出,室內(nèi)空氣溫度改變對(duì)室內(nèi)熱舒適度的影響非常大,而相對(duì)濕度的變化對(duì)人的熱舒適感幾乎沒有影響。

2.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度改變對(duì)空調(diào)能耗的影響。

以辦公樓為例進(jìn)行的分析,采用冷負(fù)荷系數(shù)法計(jì)算出在不同室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度tn下的設(shè)計(jì)空調(diào)冷負(fù)荷、濕負(fù)荷、制冷量以及以室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度25℃為基準(zhǔn)的節(jié)能率。由結(jié)果的變化規(guī)律可以看出隨室內(nèi)溫度的變化,節(jié)能率呈線性規(guī)律變化,室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度每提高1℃,空調(diào)系統(tǒng)將減少能耗約6%。

2.3 相對(duì)濕度的改變對(duì)空調(diào)能耗的影響。

仍以辦公樓為例,當(dāng)設(shè)定室內(nèi)溫度為定值,僅改變室內(nèi)相對(duì)濕度,計(jì)算不同相對(duì)濕度下的節(jié)能率,可以得出:當(dāng)相對(duì)濕度大于50%時(shí),節(jié)能率隨相對(duì)濕度呈線性規(guī)律變化。由于夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)相對(duì)濕度一般不會(huì)低于50%,所以以50%為基準(zhǔn),相對(duì)濕度每增加5%,節(jié)能10%。

2.4 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化組合。

通過以上分析可以很清楚地看到:室內(nèi)空氣溫度對(duì)人的熱舒適感影響很大,但對(duì)空調(diào)能耗的影響則比較小。而相對(duì)濕度對(duì)人的熱舒適感影響很小,但是對(duì)空調(diào)的能耗影響很大。

綜上所述,在確定室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí),為了保證較高的熱舒適度,室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度應(yīng)取低一點(diǎn),而在一定溫度范圍內(nèi),通過提高室內(nèi)設(shè)計(jì)相對(duì)濕度的途徑減少空調(diào)能耗。

3 采用合理的空調(diào)系統(tǒng)及冷源方案

空調(diào)系統(tǒng)的能耗是由風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)的能耗組成的。在風(fēng)系統(tǒng)中,風(fēng)機(jī)的能耗占相當(dāng)大的比例;而水系統(tǒng)中,節(jié)約水泵與冷水機(jī)組的能耗才是節(jié)能中最關(guān)鍵的部分。

3.1 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能分析

在空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)能耗占相當(dāng)大的比例,因變風(fēng)量(VAV)系統(tǒng)能隨時(shí)跟蹤建筑負(fù)荷的變化,及時(shí)調(diào)節(jié)送風(fēng)量,從而可減少風(fēng)機(jī)能耗,達(dá)到節(jié)能的目的;而且變風(fēng)量系統(tǒng)便于分區(qū)調(diào)節(jié),可滿足不同房間的空調(diào)要求,因此,在商務(wù)樓宇的的設(shè)計(jì)中很適合采用。風(fēng)機(jī)送風(fēng)量調(diào)節(jié)方式很多,不同的控制方式節(jié)能效果也各不相同,有的方式節(jié)能效果高達(dá)49.7%。

3.2 冷水機(jī)組的節(jié)能分析

在空調(diào)系統(tǒng)中,一般來說冷水機(jī)組的能耗最大,因此降低冷水機(jī)組的能耗便成為空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗的最大問題。然而,一年之中,由于空調(diào)系統(tǒng)在部分負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間比較多,所以,全年耗能與制冷機(jī)部分負(fù)荷下的工作特性有關(guān)。通常根據(jù)最大負(fù)荷選擇冷水機(jī)組。而實(shí)際使用條件通常都偏離設(shè)計(jì)條件,因此很難保證機(jī)組高效運(yùn)行。因此,改進(jìn)和提高機(jī)組部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的效率就成為空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的重要途徑。而且在選擇冷熱源的方案時(shí),也應(yīng)考慮部分負(fù)荷時(shí)效率的問題。與此同時(shí),還要加強(qiáng)控制,并根據(jù)具體情況制定出節(jié)能的運(yùn)行方案。

4 減少輸送系統(tǒng)的能耗

空調(diào)系統(tǒng)中,空氣與水通常是冷量載體。輸送過程能耗包括:通過傳熱的冷量損失和輸送過程的流動(dòng)阻力損失。對(duì)于輸送冷量的水系統(tǒng)或空氣的管路系統(tǒng),克服流動(dòng)阻力的能量又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃繉?dǎo)致冷量損失。減少輸送過程的能耗主要可以從以下方面著手:

做好輸送冷量的水管、風(fēng)管的保溫。

精心設(shè)計(jì)、正確計(jì)算系統(tǒng)阻力,選擇合適的泵與風(fēng)機(jī)的型號(hào)與規(guī)格,切忌選擇流量、揚(yáng)程或全壓過大的泵與風(fēng)機(jī),避免不必要的能量損失。

5 對(duì)系統(tǒng)加強(qiáng)管理,適當(dāng)調(diào)節(jié)提高節(jié)能效益

5.1 加強(qiáng)日常管理

日常管理是建筑節(jié)能是否實(shí)際有效的關(guān)鍵。一個(gè)設(shè)計(jì)再好的節(jié)能系統(tǒng),如果管理不善,一樣達(dá)不到節(jié)能的目的。日常管理的節(jié)能措施有:

加強(qiáng)日常和定期的對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)地維護(hù)。例如閥門、構(gòu)件等的維護(hù),防止冷、熱水和冷、熱風(fēng)的跑、冒、滴、漏;冷凝器等換熱設(shè)備傳熱表面的定期除垢或除灰;過濾器、除污器等設(shè)備定期清洗;經(jīng)常檢查自控設(shè)備和儀表,保證其正常工作等。

對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測,從不正常的運(yùn)行參數(shù)中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的問題,進(jìn)行合理的改造。經(jīng)常出現(xiàn)的問題有設(shè)備選擇過大,運(yùn)行能耗高等。

不連續(xù)工作的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng),盡可能的縮短預(yù)冷的時(shí)間。并且在預(yù)冷時(shí)采用循環(huán)風(fēng),不引入新風(fēng)。

人員數(shù)量變化比較大的系統(tǒng),最熱月和最冷月的新風(fēng)量應(yīng)該根據(jù)室內(nèi)的CO2濃度檢測器,自動(dòng)控制新風(fēng)入口閥門,調(diào)節(jié)新風(fēng)量。例如商場,往往在剛開店或閉店前、或非節(jié)假日人數(shù)比較少,這時(shí)可減少新風(fēng)量,從而節(jié)省冷量。

當(dāng)過渡季節(jié)中室內(nèi)有冷負(fù)荷時(shí),應(yīng)盡量采用室外新風(fēng)的自然冷卻能力,節(jié)省人工冷源的冷量。

根據(jù)季節(jié)的變換,合理設(shè)置被控制房間的溫度,避免夏季室內(nèi)過冷,冬季室內(nèi)過熱的現(xiàn)象。過冷或過熱不僅使人感到不舒適,而且額外消耗能量。

5.2 合理的對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)

水泵是水系統(tǒng)的動(dòng)力來源,其能耗也是組成總能耗的重要部分。調(diào)查表明,空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)普遍存在大流量小溫差的問題。夏季冷水系統(tǒng)的供回水溫差,較好地為3℃左右,差的只有1～1.5℃。而循環(huán)水量一般為設(shè)計(jì)水量的1.5倍。高層建筑供冷系統(tǒng)一般規(guī)模較大,能耗很大,節(jié)約潛力也很大。一個(gè)節(jié)能的制冷系統(tǒng),不僅要求選擇的設(shè)備性能和臺(tái)數(shù)能與空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的變化相適應(yīng),而且要求在運(yùn)行中整個(gè)系統(tǒng)在各種負(fù)荷下能夠保持能耗最小。

空調(diào)水系統(tǒng)在應(yīng)用變頻調(diào)速裝置進(jìn)行變流量運(yùn)行時(shí),可以不改變管路特性,而靠變化水泵工作點(diǎn)使之沿管路特性曲線移動(dòng),保持水泵在最高效率點(diǎn)運(yùn)行,達(dá)到最大節(jié)能效果。對(duì)于閉式系統(tǒng)來說,在變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí),流量變化比與功率變化比的三次方成正比,當(dāng)流量減少時(shí),其實(shí)耗功率相當(dāng)按三次方的比例降低。這對(duì)于目前空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水量與實(shí)際水量差別很大的情況來說,具有非常明顯的節(jié)能意義。

6 結(jié)語

從許多節(jié)能分析的文章可以看出,目前,我國的很多建筑中的空調(diào)系統(tǒng)都具有節(jié)能的潛力。而且節(jié)能也逐漸地引起了各個(gè)設(shè)計(jì)、施工和管理單位的注意。但是仍然存在著許多浪費(fèi)能源的現(xiàn)象。要想做到空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能,也只有設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)行管理各個(gè)部門的通力合作,才能真正的實(shí)現(xiàn)。