空調系統中必須能耗的節能潛力分析

趙振波

(大連冷凍機股份有限公司，遼寧大連 116033)

隨著我國經濟的發展，能源供需矛盾越來越明顯。建筑運行能耗約占全國總能耗的20%，而空調又是建筑的耗能大戶。因此，空調系統能源的有效利用對于我國節能減排工作具有重要的意義。

正常運行的一般空調系統能耗主要有兩個方面:一方面是為了供給空氣處理設備冷量和熱量的冷(熱)源耗能，主要受室外氣象參數、室內設計標準、維護結構特性，室內人、設備、照明等熱、濕負荷，以及新回風比等因素影響;另一方面是輸送空氣和水的風機和水泵克服流動阻力的耗電，即動力耗能，主要受輸送空氣量、水量的大小和風系統、水系統的阻力損失的影響。

在這些能耗中，空調房間冷負荷和新風冷負荷以及風機、水泵的耗電等是空調系統必須消耗的能量。然而，在必須的能耗中也仍有節能潛力可挖。

1 空調系統能耗的特點

首先，低品位能源即可滿足一般舒適性空調的要求，空調系統所用的冷源一般為4～10℃的冷水，甚至13、14℃的冷水也是可以滿足要求的?？照{系統熱源一般為45～75℃的熱水或0.2～0.3 MPa(表壓)的蒸汽。由于所需能源的品位低，所以太陽能、風能、水能、地熱能等等都是可以在空調系統中加以利用的。

其次，由于空調系統存在同時需要冷(熱)量和放出冷(熱)量的過程，所以對整個空調系統進行有效的熱回收，可以大大提高能源有效利用率。

再有就是空調系統的許多能耗是由不合理的設計以及運行所帶來的。比如，定風量空調系統室內負荷減少時，本應減少風量，繼而減少風機能耗，而該方案卻風量不變，用加大再熱量的辦法來解決，顯然能耗增加。所以，不合理的系統設計及運行方案會帶來大量的無效能耗。

2 合理降低室內溫濕度標準

夏季室內溫度、相對濕度越低，空調系統設備能耗就越大。如果在空調設計中盲目追求舒適性，降低空調設計溫度，則會增加能耗。因此，有必要合理確定空調設計溫度，在符合規范要求并且滿足舒適性要求的前提下盡可能減小能耗。表1是某辦公樓在不同的室內設計溫度、濕度與空調系統夏季負荷的關系。

表1 不同工況下的夏季空調冷負荷Table 1 Summer cooling load under different conditions

本辦公樓空調設定溫度為25℃，相對濕度50%，如果改為26℃、60%仍在舒適性范圍內，但是冷負荷減少了12.7%。而在實測中發現室內平均溫度為23℃，大部分房間溫度過低，因此采用該措施節能潛力很大。

3 空調負荷應該嚴格按照規范強制條文規定進行計算

在暖通空調設計中，濫用單位冷負荷指標進行夏季冷負荷估算的現象十分普遍。根據經驗來看，估算的結果往往偏大。比如某些辦公樓夏季空調設計冷負荷指標可以達到150 W/m2，甚至200 W/m2?！度珖裼媒ㄖこ淘O計技術措施(暖通空調·動力)》(2003版)第1.3.2條提供了各類建筑總建筑面積空調冷負荷指標，其中辦公樓為85～100 W/m2。

估算結果偏大即總負荷偏大，導致了主機選擇過大，整個輸送系統設計過大，末端設備選擇過大，從而帶來的能耗過大問題便是顯而易見的了。在這樣的不合理設計基礎上，不管再采用多少節能新技術都會顯得舍本逐末。

《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》(2012版)第7.2.1條強制性規定“除在方案設計或初步設計階段可使用熱、冷負荷指標進行必要的估算外，施工圖設計階段應對空調區的冬季熱負荷和夏季逐時冷負荷進行計算。”第7.2.10條強制規定“空調區的夏季冷負荷，應按空調區各項逐時冷負荷的綜合最大值確定。而《全國民用建筑工程設計技術措施(暖通空調·動力)》(2009版)，也已經將采暖、通風、空氣調節方案設計估算指標這一章節刪去。所以，暖通空調設計人員應從節能減排的大局出發，嚴格執行規范強制性條文，認真詳細地進行空調負荷計算，為整個系統設計的經濟合理性打下良好的基礎。

4 合理的新風控制以及正確利用室外新風免費供冷

控制新風和正確利用室外新風是空調系統最有效的節能措施之一?？照{系統冬夏取用的最小新風量是根據人體衛生條件要求，用來沖淡有害物、補償局部排風、保證空調房間一定正壓值而制定的。過去，空調系統室外新風量取30 m3/(h·人)，該值是根據室內二氧化碳氣體允許濃度值(0.1% ～0.15%)，綜合考慮溫濕度及粉塵、氣味的影響制定的。在當前能源緊張的情況下，很多國家降低最小新風量標準的呼聲很強烈，并且有些已經付諸實施。

日本規定20 m3/(h·人);美國節能指南中提出，一般建筑(小住宅除外)最小新風量為8.5 m3/(h·人);而我國在《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》(2012版)中根據房間用途不同，提出了新的合理的數值。

為了控制新風量，可以采用二氧化碳濃度控制裝置。根據室內人數變動(二氧化碳濃度變動)自動控制新風量，并控制回風、排風閥門動作，以保持風平衡，可以有效避免人員密度變化大所造成的能量浪費。

以某建筑面積約3萬m2的百貨大樓為例，分別選擇三種空調運行調節方案:一是把新風閥門固定在設計新風量開度上;另一種是平日手動半開新風閥門，假日手動全開;還有一種是根據客流大小用二氧化碳濃度傳感器控制新風閥門開度，使室內二氧化碳氣體濃度保持在0.08% ～0.1%。三種方案能耗情況比較見表2。

表2 不同新風調節方式所消耗的能量比較(GJ/季)Table 2 Comparison of different energy consumed fresh air conditioning mode

可見，自動控制新風閥門比固定新風閥門最熱月系統冷負荷減少近1/4，最冷月系統冷負荷減少近68%，這一數字是相當可觀的。

另外，當室外空氣焓值低于室內空氣焓值，而室內冷負荷又為正時(通常在過渡季)或冬季內區發熱量較大的建筑(如大的商場、會堂、劇場等)需要供冷時，空調系統可以利用室外新風所具有的供冷能力代替人工制冷向建筑供應冷量，推遲人工冷源使用時間，節約人工冷源的能耗。

5 合理減少輸送系統的能耗

好多空調系統運行時，水系統(或風系統)存在大流量小溫差的問題。比如，有些項目，夏季冷水系統的供回水溫差僅為1～2℃，最好的也只有3℃。水流量卻達到設計流量的1.3倍;而水輸送系統的能耗在整個空調能耗中的比例是可觀的。由此可見輸送系統的節能潛力也是很大的。

采用變流量技術，不改變管路特性，改善水泵運行工況使其保持在最高效率點運行，以達到節能的目的。由于流量的變化與功率的變化比為三次方關系，因此對于該空調系統，減小水流量就能保證水系統設備能耗明顯降低。

6 結束語

近年來，一些新的節能技術已在實際工程中大規模推廣應用，但有很大一部分項目并沒有取得很好的節能效果，很多采用了節能新技術的樣板工程，其空調能耗指標卻遠高于普通的非節能建筑。原因是好多項目為了貼上節能、綠色、環保的標簽，不顧實際情況和適用條件，盲目跟風、追求“亮點”，由此便出現了“節能建筑不節能”怪現象。另一方面，在新的建筑空調節能技術層出不窮的同時，一些簡單又行之有效的節能措施因沒有“亮點”而得不到足夠的重視。

應該指出，建筑的節能設計應充分考慮其實際情況，因為在采用某種節能措施的同時，往往伴隨著某些設備、材料等投入，應該通過綜合技術經濟性比較，合理選擇空調技術方案，而不能盲目照抄照搬。

［1］陸亞俊，馬最良，姚楊.空調工程中的制冷技術［M］.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社，2007.

［2］住房和城鄉建設部工程質量安全監管司.全國民用建筑工程設計技術措施(暖通空調·動力)［M］.北京:中國計劃出版社，2009.

［3］李兆堅，江億.我國廣義建筑能耗狀況的分析與思考［J］.建筑學報，2006(7):30-33.

［4］張恩祥，李春旺，陳淑琴，等.辦公建筑空調系統能耗評價及節能潛力分析［J］.節能技術，2008，26(4):295-320.