基于能耗數據和指標的空調系統節能診斷方法及應用

【摘 要】隨著人們生活水平的不斷提高，空調設施的應用也越來越廣泛，使得電力系統總能耗量迅速增長。提倡空調節能一方面可有效減少空調的運行成本，更為重要的是可有效節能減排，保護環境。進一步深入研究并改善建筑空調系統對于節能減排、保護環境具有重要的戰略性意義。本文提出了基于能耗數據和指標的空調系統節能的一種診斷方法，并舉出了采用這一診斷方法進行節能診斷的實例。

【關鍵詞】能耗數據；空調系統；節能診斷

隨著人們生活水平的不斷提高，空調設施的應用也越來越廣泛，使得電力系統總能耗量迅速增長。在非可再生資源日顯緊缺的情況下，人們對環境的保護意識不斷增強，為此我國也提出了節能減排任務，在此背景下，人們對空調的能耗要求也越來越高[1]。盡管各國專家已將各種空調系統的額定能耗做了系統的統計和分析，并提出了相應的節能方案，但因空調系統能耗受建筑物特點及氣候條件等因素的影響，對于功能、結構及地域不同的建筑物，符合某一國家或地域節能降耗的有效措施未必適用于其他的國家或地域。因此，在對一個地域的新建筑或已有建筑的空調系統進行節能分析及改造前，應充分考慮當地的能耗現狀及降耗潛力。目前，雖然大部分空調系統在設計過程中都做了很大系統及性能的優化，但在現有的空調系統運行過程中，依然存在諸多缺陷。可見，進一步深入研究并改善建筑空調系統對于節能減排、保護環境具有重要的戰略性意義[2]。下面筆者將重點探討基于能耗數據和指標的空調系統節能診斷方法，并舉以實例。

1、現有空調系統的能耗數據和指標

空調系統的能耗量與建筑的能源需求量有著直接關系，即建筑空調的負荷，主要在于處理熱、污染物及濕三大方面因素。熱負荷的對象為太陽透過窗戶的熱輻射量、外界環境通過墻體的熱傳導量及室內人體和各種電器設備等熱源的發熱量。對污染物的處理通常是指通風換氣，若建筑室內的空氣中不含有大量有毒有害氣體，空氣質量控制在國家安全標準以內，則對污染物處理的對象主要為人體呼出的CO2氣體[3]。與濕負荷相對應的則是人體向室內空氣中排出的水分及在冬季的加溫處理。我們可以將空調的能耗需求分為兩種，一種已被確定的、較為恒定的負荷，如電器設備的發熱量、建筑墻體的導熱量等；還有一種是未確定的負荷，該類負荷的隨機性較大，多與人類活動有關，如人體的排熱量、排濕量及排出CO2的量等。通過采用高性能材料或產品及先進措施可有效的降低已確定的負荷，如采用高透光率低輻射玻璃、墻體保溫材料，安裝節能燈，采取遮陽措施等；而對于未確定的負荷則需要由空調系統自我調節以適應和滿足負荷要求，如空調系統的自動測控功能等。

1.1 圍護結構節能性評價指標

國內針對墻體保溫制定了一系列的標準法規，比如《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》，標準是對圍護結構各部件的強制性具體數值規定，比如墻體的保溫性能、門窗的密閉性等[4]。國外針對外圍護結構保溫、遮陽性能的評價指標，有PAL和OTTV，PAL是指建筑物周邊單位面積的全年熱負荷，OTTV是綜合考慮所有外墻、外窗傳熱和外窗太陽輻射平均到單位面積外圍護結構的平均值。2003年建設部頒發的《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》和即將頒布的《公共建筑節能設計標準》為滿足建筑外形多變求新的需求，對圍護結構節能采用了性能性方法。這一方法是通過構造一個與建筑師設計方案形狀完全相同的參照建筑，參照建筑圍護結構各部件均滿足強制性的具體數值規定，之后給定參照建筑和設計建筑相同的內擾及空調系統，分別計算二者全年的空調系統總能耗，如果設計建筑的總能耗低于參照建筑，則認為設計建筑的圍護結構方案滿足節能要求。

1.2 總能耗評價指標

在空調系統的實際運行過程中，不確定的負荷往往會對實際能耗造成較大的影響，評定標準主要為實際能耗量除以總面積。在設計過程中，采用模擬分析軟件對各數據進行計算，人員的密度及其活動內容均為假想的給定條件[5]。許多國家根據本國特點均進行了該類模擬軟件的開發，目前有很多，影響廣泛且代表性較強的有：DeST、EnergyPlus、DOE-2等，而現行的總能耗標準也比較多，如日本現行的空調系統能耗系數（CEC），CEC作為空調系統節能評定的一種標準，通過計算空調系統全年的模擬負荷總量，并將結果與空調全年運行的實際總能耗量相比較，從而以此來評價空調對能源的有效利用率及建筑物的實際節能情況。

2、采用能耗數據及指標的節能診斷實例

某建筑所采用的制冷機平均每年的制熱能效比（COP）為4.4，而國際標準限值為4.8，低于國際標準。該制冷機系統設計包含四臺離心式制冷機，其中三臺大功率制冷機，額定冷量為2813KW，一臺小功率制冷機，額定冷量為924KW，該系統在工作過程中可根據實際負荷來選擇啟動一臺小制冷機還是一臺大制冷機，而同時啟動兩臺制冷機情況極少。

如圖1所示，為某一制冷系統中制冷機COP及供冷量的相互關系，通過該圖我們不難發現，該制冷系統在設計過程中對制冷機的選型并不合理，使得大制冷機常工作在低于其負載率（<50%）的環境中，而小制冷機的性能、功率及控制系統等均有缺陷，大大降低了其工作效率。

3 結論

空調系統是人們生活和居住不可缺少的設施，由于空調系統的能耗相對較大，與之相應的能耗浪費也比較大，節能及高效的空調系統對于推行節能減排具有重要意義。要想提高空調系統的工作效率，首先就必須制定出一套符合現行情況的能耗指標衡量標準。文中介紹了現有空調系統的能耗數據和指標，這一指標能夠全面、客觀地評價空調系統實際工作中的能耗情況，并列舉了采用能耗數據及指標進行節能診斷的實例。該空調系統節能診斷方法的應用可準確掌握空調系統的能耗及節能情況，有助于在系統設計時進行系統優化，提高空調系統的整體性能。

參考文獻：

[1]李君峰.試論空調系統節能優化的問題與對策[J]. 才智. 2011（09）.

[2]侯夢超.中央空調系統節能探討[J]. 河北企業. 2009（08）.

[3]張利娜.淺析暖通空調系統的節能措施[J]. 中小企業管理與科技（下旬刊）. 2010（06）.

[4]朱立.中央空調系統節能方案探討[J]. 武漢商業服務學院學報. 2010（01）.

[5]鄺小磊.一種新型空調系統優化指標的計算模型[J]. 中山大學學報（自然科學版）. 2008（S1）.

作者簡介：

孫國良（1971年），本科，工程師。