淺談空調系統(tǒng)的節(jié)能措施

董錦寶　李　江

摘要:空調系統(tǒng)的節(jié)能是一個系統(tǒng)工程,要求在能源利用的各個環(huán)節(jié)和系統(tǒng)從規(guī)劃到運轉的全過程中貫徹節(jié)能的觀點,才可能達到節(jié)能的效果,如果在某個環(huán)節(jié)上造成了能源的浪費,整個系統(tǒng)也不能說是節(jié)能的。本文對空調系統(tǒng)的節(jié)能措施進行了詳盡的論述。

關鍵詞:空調系統(tǒng);節(jié)能;溫度;濕度

1 改善圍護結構的保溫性能

建筑物冬季的熱負荷和夏季的冷負荷有一部分來自建筑物的外圍護結構。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。對于長方形的建筑物,朝向對空調負荷有相當?shù)拇蟮挠绊?長邊(主要面)朝向西或東的比朝向南或北的大,最大設計冷負荷約大25%左右。

圍護結構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,增大圍護結構的保溫性能,年空調冷負荷反而有所增加,其原因是在室外氣溫高的月份和時刻,保溫性能好,可以節(jié)省空調冷量,但在非最熱月或一天中的夜間,氣溫低時,不利于建筑散熱,反而增加了冷負荷。當然,圍護結構保溫性能好,空調的設計冷負荷會小些。

在圍護結構中,外窗對空調冷負荷有明顯的影響。透過玻璃的日射得熱冷負荷約占空調冷負荷的20%～30%,所以減少窗墻比——窗戶面積與墻面積(包括窗面積)之比——可以減少熱負荷和冷負荷,但減少到一定值時,會增加照明負荷,而反過來又增加了冷負荷。有些國家規(guī)定窗墻比<0.4,以及空調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取決于地區(qū)和節(jié)能的主要目標。

2 合理確定室內溫、濕度

假設空調室外計算參數(shù)為定值時,夏季空調室內空氣計算溫度和濕度越低,房間的計算冷負荷就越大,系統(tǒng)耗能也越大。通過研究證明,在不降低室內舒適度標準的前提下,合理組合室內空氣設計參數(shù)可以收到明顯的節(jié)能效果。

2.1 溫濕度變化對熱舒適度的影響。

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

2.2 室內設計溫度改變對空調能耗的影響。

以辦公樓為例進行的分析,采用冷負荷系數(shù)法計算出在不同室內設計溫度tn下的設計空調冷負荷、濕負荷、制冷量以及以室內設計溫度25℃為基準的節(jié)能率。由結果的變化規(guī)律可以看出隨室內溫度的變化,節(jié)能率呈線性規(guī)律變化,室內設計溫度每提高1℃,空調系統(tǒng)將減少能耗約6%。

2.3 相對濕度的改變對空調能耗的影響。

仍以辦公樓為例,當設定室內溫度為定值,僅改變室內相對濕度,計算不同相對濕度下的節(jié)能率,可以得出:當相對濕度大于50%時,節(jié)能率隨相對濕度呈線性規(guī)律變化。由于夏季室內設計相對濕度一般不會低于50%,所以以50%為基準,相對濕度每增加5%,節(jié)能10%。

2.4 室內設計參數(shù)的優(yōu)化組合。

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

綜上所述,在確定室內設計參數(shù)時,為了保證較高的熱舒適度,室內設計溫度應取低一點,而在一定溫度范圍內,通過提高室內設計相對濕度的途徑減少空調能耗。

3 采用合理的空調系統(tǒng)及冷源方案

空調系統(tǒng)的能耗是由風系統(tǒng)和水系統(tǒng)的能耗組成的。在風系統(tǒng)中,風機的能耗占相當大的比例;而水系統(tǒng)中,節(jié)約水泵與冷水機組的能耗才是節(jié)能中最關鍵的部分。

3.1 變風量空調系統(tǒng)節(jié)能分析

在空調系統(tǒng)中風機能耗占相當大的比例,因變風量(VAV)系統(tǒng)能隨時跟蹤建筑負荷的變化,及時調節(jié)送風量,從而可減少風機能耗,達到節(jié)能的目的;而且變風量系統(tǒng)便于分區(qū)調節(jié),可滿足不同房間的空調要求,因此,在商務樓宇的的設計中很適合采用。風機送風量調節(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49.7%。

3.2 冷水機組的節(jié)能分析

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

4 減少輸送系統(tǒng)的能耗

空調系統(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阻力損失。對于輸送冷量的水系統(tǒng)或空氣的管路系統(tǒng),克服流動阻力的能量又轉變?yōu)闊崃繉е吕淞繐p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、風管的保溫。

精心設計、正確計算系統(tǒng)阻力,選擇合適的泵與風機的型號與規(guī)格,切忌選擇流量、揚程或全壓過大的泵與風機,避免不必要的能量損失。

5 對系統(tǒng)加強管理,適當調節(jié)提高節(jié)能效益

5.1 加強日常管理

日常管理是建筑節(jié)能是否實際有效的關鍵。一個設計再好的節(jié)能系統(tǒng),如果管理不善,一樣達不到節(jié)能的目的。日常管理的節(jié)能措施有:

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

對系統(tǒng)的運行參數(shù)進行監(jiān)測,從不正常的運行參數(shù)中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的問題,進行合理的改造。經(jīng)常出現(xiàn)的問題有設備選擇過大,運行能耗高等。

不連續(xù)工作的空調通風系統(tǒng),盡可能的縮短預冷的時間。并且在預冷時采用循環(huán)風,不引入新風。

人員數(shù)量變化比較大的系統(tǒng),最熱月和最冷月的新風量應該根據(jù)室內的CO2濃度檢測器,自動控制新風入口閥門,調節(jié)新風量。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,這時可減少新風量,從而節(jié)省冷量。

當過渡季節(jié)中室內有冷負荷時,應盡量采用室外新風的自然冷卻能力,節(jié)省人工冷源的冷量。

根據(jù)季節(jié)的變換,合理設置被控制房間的溫度,避免夏季室內過冷,冬季室內過熱的現(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 合理的對設備進行調節(jié)

水泵是水系統(tǒng)的動力來源,其能耗也是組成總能耗的重要部分。調查表明,空調水系統(tǒng)運行時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)水量一般為設計水量的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。一個節(jié)能的制冷系統(tǒng),不僅要求選擇的設備性能和臺數(shù)能與空調系統(tǒng)負荷的變化相適應,而且要求在運行中整個系統(tǒng)在各種負荷下能夠保持能耗最小。

空調水系統(tǒng)在應用變頻調速裝置進行變流量運行時,可以不改變管路特性,而靠變化水泵工作點使之沿管路特性曲線移動,保持水泵在最高效率點運行,達到最大節(jié)能效果。對于閉式系統(tǒng)來說,在變頻調速運行時,流量變化比與功率變化比的三次方成正比,當流量減少時,其實耗功率相當按三次方的比例降低。這對于目前空調水系統(tǒng)的設計水量與實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設計、施工和管理單位的注意。但是仍然存在著許多浪費能源的現(xiàn)象。要想做到空調系統(tǒng)的節(jié)能,也只有設計、施工到運行管理各個部門的通力合作,才能真正的實現(xiàn)。