空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的探討

李司秀,胡嘉慶

(1.廣東省建筑設(shè)計研究院,廣東廣州510010;

2.華森建筑與工程設(shè)計顧問有限公司廣州分公司,廣東廣州510010)

1 引言

未來我國的能源需求,尤其是優(yōu)質(zhì)能源的需求量也將持續(xù)上升;而隨著人們對因能源使用而導(dǎo)致的局部地區(qū)乃至地球環(huán)境問題認(rèn)識程度的逐漸加深,我國面臨的環(huán)境壓力也越來越大?！豆?jié)能法》規(guī)定 “國家制定節(jié)能政策,編制節(jié)能計劃,并納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃,保障能源的合理利用,并與經(jīng)濟發(fā)展。環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)?！币蚨贫ê蛯嵤┕?jié)能規(guī)劃也是節(jié)能工作依法行政的內(nèi)容之一。

我國節(jié)能規(guī)劃的目標(biāo)既不是少用能源,也不僅僅是依靠節(jié)能來彌補能源開發(fā)的不足,而是提高主要耗能產(chǎn)品的能源利用率和提高單位能源消耗所創(chuàng)造的經(jīng)濟效益,而且后者將越來越重要。同時,減輕大氣污染,減少溫室氣體排放也是促進(jìn)資源永續(xù)利用的根本方法。

建筑節(jié)能是節(jié)能規(guī)劃里的重要部分,建筑節(jié)能是指在建筑物的規(guī)劃、設(shè)計、建造和使用過程中,執(zhí)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和施工驗收規(guī)程,合理設(shè)計建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,采用低能耗建筑材料,提高采暖、制冷、照明、給排水和通風(fēng)系統(tǒng)的運行效率,加強建筑物用能設(shè)備的運行管理,以及利用可再生能源,在保證建筑物使用功能和室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的前提下,降低建筑能源消耗,合理、有效地利用能源。而在公共建筑中,如在商業(yè)、服務(wù)業(yè)領(lǐng)域,中央空調(diào)是主要的耗能設(shè)備。按某些城市的統(tǒng)計,一般中央空調(diào)的能耗約占整個建筑總能耗的50%左右,所以中央空調(diào)的能效問題越來越受到重視。下面簡述與中央空調(diào)有關(guān)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和中央空調(diào)系統(tǒng)本身的節(jié)能措施:

2 與空調(diào)有關(guān)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能措施

2.1 與建筑等其他工種設(shè)計配合

必須把節(jié)能思想意識逐漸引入到建筑結(jié)構(gòu)等各專業(yè)中,提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能,建筑物在規(guī)劃、布局、形狀、色彩、方位及材料等方面為空調(diào)節(jié)能創(chuàng)造條件,減少空調(diào)運行時的冷熱損失。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面

除墻體和屋面一般建筑物外,門窗與空調(diào)系統(tǒng)關(guān)系很密切,其節(jié)能措施有:

(1)控制窗墻比通過外窗的耗熱量占地筑物總耗熱量的35%～45%。在保證室內(nèi)采光的前提下;合理確定窗墻比十分重要。此外,窗的構(gòu)造應(yīng)能起控制日光照射的作用并要限制窗戶墻體的面積比,對于窗戶面積比較大的建筑物,由于通過玻璃的太陽輻射較大,例如廣州在早上 9點和中午13點(見表1),應(yīng)考慮采用吸熱玻璃、熱反射玻璃或遮陽措施,如遮陽板、屋檐、挑檐、挑陽臺、百葉板、窗簾等。在過渡季節(jié)或室外溫度較低的時候,可以直接利用自然空氣作為能源,所以窗的構(gòu)造應(yīng)能開啟。

表1 透過標(biāo)準(zhǔn)窗玻璃的太陽輻射照度(W/m2)

(2)提高門窗氣密性,可降低建筑物的耗冷量,因此設(shè)計中應(yīng)采用密閉性良好的門窗。

加設(shè)密閉條是提高門窗氣密性的重要手段。密閉條應(yīng)采用彈性良好、鑲接牢固嚴(yán)密、經(jīng)久耐用的產(chǎn)品。根據(jù)門窗的具體情況,分別采用不同的密封條。如橡膠條、塑料條或橡塑結(jié)合的密封條,其形狀可為條形或沖形。可用粘貼、擠緊或釘結(jié)方法固定。

3 中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施

3.1 合理設(shè)定空調(diào)參數(shù)

3.1.1 空調(diào)室內(nèi)空氣參數(shù)選擇

“我、我……”他結(jié)巴著，想告訴她，他打算體驗一下“兩個脈”，然而對方會相信嗎？而且，他清楚地覺得，在自己的手掌下落的那個瞬間，自己腦中所想的，早已與“兩個脈”無關(guān)。

空調(diào)室外計算參數(shù)為定值時,夏季空調(diào)室內(nèi)空氣計算溫度和濕度越低,房間的計算冷負(fù)荷就越大,系統(tǒng)耗能也越大。在滿足舒適要求的條件下,要盡量提高夏季的室內(nèi)設(shè)計溫度和相對濕度,盡量降低冬季的室內(nèi)設(shè)計溫度和相對濕度,不要盲目追求夏季室內(nèi)空氣溫度過低、過干,冬季室內(nèi)設(shè)計溫度過高。

3.1.2 空調(diào)冷負(fù)荷的計算

目前我國的現(xiàn)狀造成很多設(shè)計都依靠估算。盡管各種估算的方法都有一定的理論或經(jīng)驗依據(jù),但是估算本身的實質(zhì)就是將各項冷負(fù)荷峰值與圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷峰值簡單相加,從而使計算結(jié)果過于偏大。因此,建筑物冷負(fù)荷的最大值應(yīng)為每個房間逐時負(fù)荷疊加的最大值,而不是簡單地將每個房間的最大冷負(fù)荷進(jìn)行疊加,還應(yīng)考慮同時使用系數(shù),以減少主機的設(shè)計容量,防止主機長期在低負(fù)荷、低效率下運行的 “大馬拉小車”現(xiàn)象,達(dá)到減少運行能耗的目的。同時使用系數(shù)應(yīng)按實際情況定,設(shè)計者可根據(jù)工程規(guī)模、用途等特點,應(yīng)給出較詳細(xì)的冷、熱負(fù)荷計算說明和節(jié)能技術(shù)措施說明。兩種新的冷負(fù)荷計算方法:諧波反應(yīng)法和冷負(fù)荷系數(shù)法,都合理地考慮了顯熱得熱中輻射成分轉(zhuǎn)化為冷負(fù)荷時的幅度衰減和時間延遲作用,這對于正確計算空調(diào)設(shè)計負(fù)荷,從而節(jié)能降耗具有重要意義。

3.2 空調(diào)冷熱源效率控制

(1)冷源采用大小機組相結(jié)合的配置,調(diào)節(jié)性能好,能有效地適應(yīng)負(fù)荷變化的要求,防止了“大馬拉小車”的浪費現(xiàn)象。

(2)降低冷卻水溫度,由于冷卻水溫度越低,冷機的制冷系數(shù)就越高。冷卻水的供水溫度每上升1℃,冷機的COP下降近4%。降低冷卻水溫度就需要加強冷卻塔的運行管理。首先,對于停止運行的冷卻塔,其進(jìn)出水管的閥門應(yīng)該關(guān)閉。否則,因為來自停開的冷卻塔的水溫度較高,混合后的冷卻水水溫就會提高,冷機的制冷系數(shù)就減低了。其次,冷卻塔使用一段時間后,應(yīng)及時檢修,否則冷卻塔的效率會下降,不能充分地為冷卻水降溫。(3)提高冷凍水溫度,由于冷凍水溫度越高,冷機的制冷效率就越高。冷凍水供水溫度提高1℃,冷機的制冷系數(shù)可提高3%,所以在日常運行中不要盲目降低冷凍水溫度。首先,不要設(shè)置過低的冷機冷凍水設(shè)定溫度。其次,一定要關(guān)閉停止運行的冷機的水閥,防止部分冷凍水走旁通管路,否則,經(jīng)過運行中的冷機的水量就會減少,導(dǎo)致冷凍水的溫度被冷機降到過低的水平。

3.3 水系統(tǒng)節(jié)能

3.3.1 采用大溫差

如果系統(tǒng)中輸送冷熱能用的水 (或空氣)的供回水 (或送回風(fēng))溫差采用較大值,那么當(dāng)它與原有溫差的比值為m,從流量計算公式知道,采用大溫差時的流量降為原來流量的 (1/m)3。這時,水泵或風(fēng)機要求的功率將減小到原來的 (1/m)3。可見,加大溫差的節(jié)能效果是明顯的。在滿足中央空調(diào)精度、人員舒適和工藝要求的前提下,在支管不算多,大部分末端是全空氣系統(tǒng)的條件下應(yīng)盡可能加大送風(fēng)溫差。目前采用供、回水的溫度差為8℃工況時,從主機到末端設(shè)備的匹配都已成熟。

因為水泵和風(fēng)機要求的功耗大致與管路系統(tǒng)中的流速成正比關(guān)系,因此,要取得節(jié)能的運行效果,在設(shè)計和運行時不要采用高流速。此外,干管中采用低流速還有利于系統(tǒng)的水力工況穩(wěn)定性。例如:改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速可以改變風(fēng)機的性能參數(shù),風(fēng)機的功率與轉(zhuǎn)速成三次方的關(guān)系,而流量與轉(zhuǎn)速成一次方的關(guān)系,降低轉(zhuǎn)速以降低流量的同時可以大幅度降低能耗。當(dāng)流量減少1/3時,能耗可減少約70.4%,當(dāng)流量減少 1/2時,能耗可減少約87.5%,且風(fēng)機的效率基本不變,仍可穩(wěn)定高效地工作。

3.3.3 變流量控制

冷凍水和熱水循環(huán)系統(tǒng)采用變流量控制,并且對二次循環(huán)水泵采用變頻調(diào)速和臺數(shù)控制。冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、電動水閥一一對應(yīng)聯(lián)鎖運行,冷源系統(tǒng)根據(jù)冷量 (用自動監(jiān)測流量、溫度等參數(shù)計算出冷量,自動發(fā)出信號)控制冷水機組的啟停數(shù)量及其對應(yīng)水泵、冷卻塔的啟停臺數(shù)。風(fēng)機盤管采用電動溫控閥和三擋風(fēng)速結(jié)合的控制方式等。

3.3.4 水系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計人員應(yīng)重視水系統(tǒng)設(shè)計,認(rèn)真進(jìn)行水系統(tǒng)各環(huán)路的設(shè)計計算,并采取相應(yīng)措施保證各環(huán)路水力平衡。認(rèn)真核對和計算空調(diào)水系統(tǒng)相關(guān)系數(shù),切實落實節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求值。

3.3.5 風(fēng)管和水管的絕熱材料和厚度

風(fēng)管和水管的絕熱材料和厚度要符合節(jié)能規(guī)范的要求,絕熱材料盡可能選擇傳熱系數(shù)小,氣密性好的材料;空調(diào)供冷水管與風(fēng)管設(shè)置隔汽層與保護(hù)層以進(jìn)一步達(dá)到絕熱效果。

3.4 風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能

3.4.1 空調(diào)末端

末端設(shè)備,要選用重量輕,單位風(fēng)機功率供冷(熱)量大,噪聲低的設(shè)備。風(fēng)機盤管采用電動溫控閥和三擋風(fēng)速結(jié)合的控制方式。如采用定風(fēng)量全空氣空調(diào)系統(tǒng),采用變新風(fēng)比焓值控制方式,新風(fēng)量可按不同季節(jié)作調(diào)整,甚至全新風(fēng)運行,以節(jié)省運行費用。如有可能采用變風(fēng)量系統(tǒng),從而系統(tǒng)的總設(shè)計風(fēng)量可以減少。這樣,空調(diào)設(shè)備的容量也可以減小,既可節(jié)省設(shè)備費的投資,也進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的運行能耗。另外,空調(diào)和通風(fēng)風(fēng)機采用變頻調(diào)速控制,也降低了運行能耗。

3.4.2 熱回收技術(shù)

采用熱回收技術(shù),利用排風(fēng)對新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱(或預(yù)冷),節(jié)約空調(diào)能耗。

3.4.3 新風(fēng)利用

過渡季節(jié)盡量利用新風(fēng),可進(jìn)行全新風(fēng)運行,減少空調(diào)的運行。冬季內(nèi)區(qū)的消除余熱,可采用室外新風(fēng),減少能源的浪費。

3.4.4 分層空調(diào)和置換通風(fēng)

在大空間采用分層空調(diào)和置換通風(fēng),盡量減少無效空間區(qū)域的能量消耗,只滿足有效區(qū)域的舒適度。

3.5 中央空調(diào)的管理

(1)采用一定的計量方法:在總用冷 (熱)量,進(jìn)行冷 (熱)量計量;當(dāng)是不同區(qū)域或不同使用方時,對用戶側(cè)進(jìn)行冷 (熱)量計量。提高節(jié)能意識,減少無效冷 (熱)量損失,便于用冷 (熱)量收費和管理,計量已是成熟的技術(shù),集中空調(diào)實行計量收費,是建筑節(jié)能的一項基本措施。

(2)所有空調(diào)設(shè)備采用中央自動控制技術(shù),根據(jù)設(shè)定的溫度控制、濕度控制、壓差控制、流量控制來使設(shè)備達(dá)到最佳的匹配運行效果,使設(shè)備在最高效區(qū)域運行,以利于能源的綜合利用,最大化地實現(xiàn)節(jié)能。

(3)加強對空調(diào)操作人員的培訓(xùn),提高管理人員素質(zhì)。各項調(diào)節(jié)和節(jié)能措施的實施,都與操作人員的技術(shù)資質(zhì)直接相關(guān);操作人員要具備必要的制冷空調(diào)知識,要懂得根據(jù)室外參數(shù)的變化進(jìn)行調(diào)節(jié),要懂得怎樣調(diào)節(jié)才會節(jié)能。

4 結(jié)論

總而言之,中國能源問題已經(jīng)日趨嚴(yán)峻,節(jié)能減排、重視建筑節(jié)能勢在必行。未來,中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用會越來越多,只有更好地在系統(tǒng)中多方面進(jìn)行節(jié)能措施,才能既滿足人們對舒適生活與工作環(huán)境的追求,又保護(hù)好人類生存的大環(huán)境。

[1] 彥啟森.空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù) [M].北京:中國建筑工業(yè)出版社.1981

[2] 錢以明.高層建筑空調(diào)與節(jié)能 [M].上海:同濟大學(xué)出版社.1990

[3] 采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)規(guī)范GB50019-2003[S]

[4] 民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范GB50176-93[S]

[5] 公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB50189-2005[S]

[6] 吳正業(yè).制冷原理及設(shè)備 (第二版).西安:西安交通大學(xué)出版社,1997,4