中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)研究

李志勇

摘要：隨著我國(guó)居民生活水平的提高和住房條件的改善，中央空調(diào)越來越普及，隨之產(chǎn)生的能耗問題也引起人們關(guān)注。因此，如何高效利用中央空調(diào)系統(tǒng)的能源和節(jié)能就成為迫切需要解決的問題，本文通過分析中央空調(diào)的耗能現(xiàn)狀和工作原理，重點(diǎn)研究了中央空調(diào)的節(jié)能技術(shù)，希望可以為緩解我國(guó)的能源壓力做出一定貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；節(jié)能技術(shù)

1. 中央空調(diào)的耗能現(xiàn)狀

1.1 輕視能耗指標(biāo)計(jì)算，重視投資成本核算

中央空調(diào)的投資主要包括初期投資、年運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用等方面。通常情況下，運(yùn)行費(fèi)用低、節(jié)能環(huán)保的中央空調(diào)設(shè)計(jì)方案需要較大的初期投資。投資者或用戶重視投資成本核算，對(duì)中央空調(diào)的性能指標(biāo)，特別是對(duì)運(yùn)行費(fèi)用和初期投資的綜合經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)缺乏專業(yè)認(rèn)識(shí)，難以從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度計(jì)算綜合投資收益。所以在選擇設(shè)計(jì)方案時(shí)，不重視中央空調(diào)運(yùn)行過程中的耗能多少，側(cè)重于初期投資成本和產(chǎn)品價(jià)格的高低，嚴(yán)重影響工程建設(shè)方設(shè)計(jì)高效率節(jié)能方案的積極性。工程建設(shè)方為了贏得工程項(xiàng)目，只能采用低投資、低成本的設(shè)計(jì)方案吸引投資方。。

1.2 缺乏全局性和系統(tǒng)性能效指標(biāo)

我國(guó)已經(jīng)發(fā)布了三項(xiàng)能效國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了冷水機(jī)組、單元式空氣調(diào)節(jié)機(jī)和房間空氣調(diào)節(jié)器的能效等級(jí)和能源效率限定值，以此來緩解使用空調(diào)造成的環(huán)境問題和能源問題。但是，中央空調(diào)比較復(fù)雜，不能通過單純的評(píng)價(jià)機(jī)器設(shè)備來評(píng)價(jià)中央空調(diào)的能源利用率，應(yīng)該側(cè)重于評(píng)價(jià)整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能狀況，中央空調(diào)的節(jié)能不僅與空調(diào)設(shè)備有關(guān)，還與運(yùn)行管理水平、建筑物熱特性、設(shè)計(jì)思想、各部分的匹配狀況、管網(wǎng)設(shè)計(jì)和施工優(yōu)劣等因素有關(guān)，所以要制定全局性和系統(tǒng)性能效指標(biāo)，并在發(fā)展過程中不斷的改進(jìn)和完善。

1.3 缺乏有效的節(jié)能監(jiān)控

由于建設(shè)中央空調(diào)系統(tǒng)需要大量的投資，重復(fù)性造作不現(xiàn)實(shí)，實(shí)際操作中，只能從理論角度比較不同方案之間的經(jīng)濟(jì)性，不可能進(jìn)行實(shí)物對(duì)比。中央空調(diào)系統(tǒng)的專業(yè)性和復(fù)雜程度較高，絕大多數(shù)投資方難以通過自身生活經(jīng)驗(yàn)辨別評(píng)價(jià)水平，即便是建設(shè)方給出運(yùn)行方案和投資的綜合經(jīng)濟(jì)分析，投資者也很難判斷經(jīng)濟(jì)分析報(bào)告的準(zhǔn)確性和正確性。現(xiàn)在，我國(guó)對(duì)于中央空調(diào)工程市場(chǎng)缺乏有效的節(jié)能監(jiān)控，各種含有虛假成分的經(jīng)濟(jì)性分析報(bào)告很多。由于建設(shè)方是從自身利益出發(fā)做出經(jīng)濟(jì)分析報(bào)告的，所以這些報(bào)告對(duì)于投資者做出正確的節(jié)能選擇的幫助不大，因此，有必要建立有效的節(jié)能監(jiān)控體系，幫助投資方選擇科學(xué)合理的節(jié)能方案。

2. 中央空調(diào)的工作原理

中央空調(diào)包括熱水系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)等幾部分。中央空調(diào)的作用是先對(duì)室外新鮮空氣進(jìn)行處理，經(jīng)由送風(fēng)管道把這些氣體送進(jìn)室內(nèi)，使室內(nèi)的濕度和溫度控制在適宜的狀態(tài)。絕大多數(shù)中央空調(diào)采用全空氣式系統(tǒng)，根據(jù)處理空氣的來源，將中央空調(diào)分為三類：回風(fēng)式系統(tǒng)、封閉式系統(tǒng)和直流式系統(tǒng)。回風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)混合次數(shù)的不同又可分為一次回風(fēng)系統(tǒng)和二次回風(fēng)系統(tǒng)，中央空調(diào)大多數(shù)都是采用全空氣式一次回風(fēng)系統(tǒng)，因?yàn)槎位仫L(fēng)系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，而且機(jī)器露點(diǎn)偏低。

3. 中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能評(píng)價(jià)

通常熱源和冷源是供給中央空調(diào)系統(tǒng)的兩種能量源，它們經(jīng)由水系統(tǒng)傳遞給風(fēng)系統(tǒng)，再由風(fēng)系統(tǒng)將能量傳輸給需要調(diào)節(jié)溫度的房間，使其濕度和內(nèi)溫參數(shù)達(dá)到要求的數(shù)值。可以通過空調(diào)耗能系數(shù)（CEC）、單位能耗指數(shù)來評(píng)價(jià)對(duì)能量的有效利用程度。

3.1 空調(diào)耗能系數(shù)

由公式（1）可知，通過科學(xué)合理的節(jié)能措施降低提供能耗，通過空調(diào)耗能系數(shù)可以判斷中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性。對(duì)于不同地區(qū)、不同規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)辦公樓所做的設(shè)計(jì)，以計(jì)算機(jī)為工具模擬求出空調(diào)耗能系數(shù)的結(jié)果表明：節(jié)能型中央空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)耗能系數(shù)在1.1左右；基準(zhǔn)型中央空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)耗能系數(shù)在1.6左右。

3.2 建筑物熱特性評(píng)價(jià)指數(shù)

空調(diào)房間的冷（熱）負(fù)荷可由建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能直接決定，所以改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，可以節(jié)約中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗。現(xiàn)在一些國(guó)家已經(jīng)提出了很多改善建筑保溫性能的方法，并制定出圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大傳熱系數(shù)。還有很多國(guó)家采用限制年負(fù)荷系數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)：

4. 中央空調(diào)的節(jié)能技術(shù)

中央空調(diào)的節(jié)能要從整個(gè)系統(tǒng)考慮，中央空調(diào)只有在規(guī)劃到運(yùn)轉(zhuǎn)的所有過程中和能源利用的各個(gè)環(huán)節(jié)中實(shí)施節(jié)能的觀點(diǎn)，才可能使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)能源浪費(fèi)，都會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能效果。

4.1 選用合理的中央空調(diào)系統(tǒng)

水系統(tǒng)的能耗和風(fēng)系統(tǒng)的能耗組成了中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗。在水系統(tǒng)中，節(jié)能中最關(guān)鍵的部分是冷水機(jī)組的能耗和節(jié)約水泵的能耗；風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)的能耗占有的比重比較大。所以，在選擇中央空調(diào)設(shè)備的過程中要認(rèn)真考慮其主要能耗機(jī)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 改善圍護(hù)的保溫性能

建筑物夏季的冷負(fù)荷和冬季的熱負(fù)荷有些來自建筑物的外圍結(jié)構(gòu)。考慮建筑物的外形設(shè)計(jì)，如果建筑物的外表面積最小，節(jié)能效果比較好。改善建筑物圍護(hù)的保溫性能對(duì)建筑物節(jié)能影響很大。一些專家通過研究得出結(jié)論，強(qiáng)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，會(huì)相應(yīng)增加年空調(diào)冷負(fù)荷，這是因?yàn)樵谑彝鈿鉁馗叩臅r(shí)候，由于圍護(hù)的保溫性能好，可以節(jié)省空調(diào)冷量；在室外氣溫降低時(shí)，反而增加了冷負(fù)荷。如果圍護(hù)的保溫性能好，可以降低中央空調(diào)的設(shè)計(jì)冷負(fù)荷。

4.3 確定合理的室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)

假設(shè)空調(diào)室外計(jì)算參數(shù)是定值，空調(diào)所在房間的空氣計(jì)算濕度和溫度越低，房間計(jì)算冷負(fù)荷就越大，中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗也越大。大量研究證明,在滿足房間舒適度的前提下，如果能確定合理的室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)，會(huì)大大提高中央空調(diào)的節(jié)能效果。

4.3.1 室內(nèi)溫度和濕度變化對(duì)房間舒適度的影響

實(shí)驗(yàn)表明，室內(nèi)相對(duì)濕度的變化對(duì)人的熱舒適度影響很小；室內(nèi)溫度變化對(duì)室內(nèi)熱舒適度的影響很大。

4.3.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度變化對(duì)中央空調(diào)能耗的影響

利用冷負(fù)荷系數(shù)法，以室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為25℃為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出在不同室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度下空調(diào)的制冷量、濕負(fù)荷和冷負(fù)荷，計(jì)算節(jié)能率。分析計(jì)算結(jié)果，可以看出隨室內(nèi)溫度變化，節(jié)能率以線性規(guī)律變化，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度每提高1℃，中央空調(diào)節(jié)約6%的能耗。

4.3.3 室內(nèi)相對(duì)濕度的變化對(duì)中央空調(diào)能耗的影響

如果相對(duì)濕度在50%以上，濕度和空調(diào)節(jié)能率以線性規(guī)律變化。以相對(duì)濕度50%為基準(zhǔn)，當(dāng)相對(duì)濕度每增加5%，中央空調(diào)節(jié)約10%的能耗。

4.4 減少輸送系統(tǒng)的能耗

水和空氣在中央空調(diào)系統(tǒng)中通常是冷量載體。輸送過程中的能耗包括：輸送過程的流動(dòng)阻力損失和通過傳熱的冷量損失。對(duì)于輸送空氣的管路系統(tǒng)和輸送冷量的水系統(tǒng)，克服流動(dòng)阻力的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚@種熱量又會(huì)導(dǎo)致冷量損失。所以，減少輸送系統(tǒng)的能耗可以有效降低中央空調(diào)的能耗。

5. 總結(jié)

隨著全球資源日益緊缺，節(jié)約能源越來越受到人們的關(guān)注。本文主要介紹了幾種中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)，設(shè)計(jì)部門可以根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇合適的方法，最大限度的節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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