中央空調系統節能技術

張江濤

中石化石油工程設計有限公司，山東東營 257026

0 引言

中央空調已經被越來越廣泛地應用于建筑，工程及天氣寒冷千千瓦很常見。空調系統需要消耗大量的能源（主要是電力），其能源建筑能耗占全國1/3以上的消費。空氣調節設備廣泛使用，雖然房間，公共場所等提供了更舒適的環境，也給城市供電的巨大壓力。因此，研究如何提高空調系統能源的有效利用率，如何節約空調制冷能耗、降低電力峰值負荷、推廣新技術,具有非常重要的現實意義。

1 空調系統的合理設計

1.1 采用合理的系統分區與系統形式

暖通空調系統設計的多功能綜合建筑，應根據功能，使用房間的特性（如商場，餐廳每天都使用，辦公用房只在白天，會議室是可利用的，迪斯科舞廳和夜用等）來劃分系統。特性應在指定的同一系統不同的房間中使用，以避免使用一些房間和整個系統打開的情況下。集中使用了大面積的房間（如商場，餐廳，歌舞廳，大型會議室等）的，應集中供應系統內的設計；小面積的多個單獨的房間（如房間，辦公室，會議室等），對于使用的方便性和節省能源，該系統應設計為風機盤管;單源遠離寒冷的房間，為了節省系統管理和易用性，應專為窗式，分體或機柜等地方的空氣調節。

1.2 變風量系統

空氣流量定風量系統是基于房間的最大負荷，負荷大多數房間小于該值的實際操作的設計。當室內負荷減小時，要求以確保該室的溫度，它必須被加熱到空氣中。這種浪費的冷卻能力，而且還消耗的卡路里量。如果負載降低時，室時無需加熱和空氣通過減少所需的量的方法，確保了房間的溫度，這樣可以節省風和熱的浪費在空氣中給定數量的冷卻系統中的那部分空氣加熱。另外，由于風量降低時，風扇的能量消耗也降低了。因此，變風量空調系統的節能潛力是相當大的，大量的實際工程運行表明變風量空調系統比定風量系統節能30 %至60% ，而商場，酒樓，歌舞廳，會議室等相對濕度要求不高的場合是理想的。采用電機變速調節方式，可獲得較好的節能效果。

1.3 采用變水量系統

當室內負荷減少通過減少水的量以調整的方式，該系統可避免能量損失冷污損和節省泵的能量。

1.4 冷卻水系統節能

設計冷卻水系統時，常常在系統中設計一個循環水池。為減小循環水泵的振動和冷卻水池對結構的荷載，一般都將冷卻水循環泵及循環水池設在建筑物的底層或地下室，冷卻塔則設在建筑物的頂部，此時冷卻水循環泵所需的壓頭即為系統管路及設備的阻力損失往往很大，消耗大量的電能。如果取消循環水池，則減少了循環水泵的靜水壓頭，在冷卻塔位置較高時，節省的這部分能量非常可觀。

1.5 采用封閉循環水系統

通過流體力學的流動理論認為：一個封閉的水循環系統循環泵壓頭，只有克服阻力損失環路和環路不用克服了靜水壓頭。因此，閉環節省開環水循環系統，以克服水的靜壓頭的能量消耗，這是能量損失的一部分的部分通常是大于循環，尤其是高層建筑物的電阻。

1.6 合理的形狀，構造

設備應設計成裝入空調系統的配置，但大部分在一個運行大于設計負載，增加的能量消耗降低無效的時間，因此，選擇與合理的容量幾個不同的設備在不同載荷下，使在高效率的工作面積，降低能耗是無效的。目前，長制冷機在空調系統中變得越來越無菌凝視，模塊化冷水機科學會分解為模塊結構，可根據自動增加或減少工作的模塊化單元的數目，其單位步進的方式來解決運行空調負荷的變化其他單位解決不了的問題，即從最小的到的情況下，最大的變化的負載，這兩個單元的輸出可以保持與負載的最佳匹配，節能效果顯著。

2 降低新風負荷

中央空調系統中，新風負荷大約要占到總能耗的20%—30%，對高級賓館和辦公室等建筑可能更高，如何降低新風能耗，回收空調排風中的能量，是中央空調節能技術的重要內容之—。

2.1 合理補給新風

在滿足衛生、補償排風、保持正壓等要求的前提下，根據各類空調對象的不同要求，合理確定不同的新風量，同時應更重視新風入口周圍環境衛生條件，重視新風采氣質量和室內污染源的控制。

2.2 熱回收

為了滿足空調房間的衛生要求，需要對空調系統不斷地補充室外空氣和排出室內空氣來稀釋室內空氣濃度有害物質的含量。夏季氣溫，水分容量，所需的冷卻除濕，濕度低的冬季新風，小的水分含量，溫度加濕需求。由于室內空氣被排出室內空氣的溫度，需要避免能源浪費，應對其復蘇，尤其是在新鮮的空氣需要的大型宴會廳，餐館，劇院，商場，這部分能量的濕度是非常可觀的。

3 室內參數的合理設定

根據不同的標準，不同的參數有空調的房間，空調節能是非常有利的。對室內空氣的參數，允許的場合有一定波動，夏季應增加室內參數，溫度，在天花板設置的濕度值;冬季，由于較低的室內參數，溫度，設定在下限濕度值。由于夏季溫度從26℃提高到28℃，冬季從20℃降低到18℃，每年可節約冷空調負荷大約是20%，節電30%左右的熱量。

4 計算機管理系統中的應用

隨著計算機技術的飛速發展，基于計算機集中監控系統檢測到能源管理技術已經被廣泛應用。用于空調系統和最優控制的集中管理的計算機管理系統，能源，包括冷熱的控制，啟動和停止時間和運行方式的新鮮空氣控制，設備控制，設定溫度和濕度控制，送風溫度控制，自動顯示，存儲和記錄，以確定所需的熱量來提供冷量，那種熱源經營單位，空調，風機，水泵，工作秩序和運行時間和運行的各個方面空調系統的操作模式，以實現最佳運行效果。

5 應用蓄冷技術

中央空調的負荷是隨著季節、時間、室內條件和使用要求的不同而變化的，高峰、低谷的負荷差異很大。傳統的中央空調制冷系統中冷水機組等設備是按高峰負荷設計選擇的，這些設備只有在短時間的峰值負荷時才能充分發揮其效益。而在大部分時間內均非在設計工作點上運行。這勢必造成初投資大、設備利用率低等情況，且造成運行期間峰谷用電量極不平衡。在空調系統中應用蓄冷技術是解決上述問題的重要措施之一，空調蓄冷技術是轉移用電負荷，其基本概念是在夜間低谷負荷時工作，將冷量儲存起來，供白天空調負荷高峰時取冷使用，轉移制冷設備的運行時間，減少冷水主機及其輔助設備(如水泵、冷卻塔、變壓器等)裝機容量達30%～70%，使制冷設備滿負荷高效率運行，并可均衡電網負荷。

空調常用的蓄冷系統有水蓄冷和冰蓄冷兩種。

4.1 水蓄冷

在空調蓄冷系統中，水因其來源豐富、熱容量大、且宜儲存，是最合適的蓄能介質。水蓄冷是一種顯熱蓄能，一般蓄冷溫度由12℃降至7℃，溫差為5℃，而每公斤水溫度下降1℃可蓄冷4.19kJ(1大卡)。水蓄冷系統原理比較簡單，當夜間用電低谷時，運轉冷水主機，將蓄水池中12℃冷水降溫至7℃；在白天用電尖峰時間將所儲的冷水送至空調器供冷，蓄水池中水溫回升至12℃，如此利用水的溫差蓄冷而達到轉移尖峰負荷的目的。

4.2 冰蓄冷

冰蓄冷是80年代發展起來的新技術，利用顯熱與潛熱同時蓄能。如果在前述顯熱水蓄冷基礎上，利用水的相變(結冰)蓄能，即構成冰蓄冷系統；冰蓄冷充分利用了相變潛熱的蓄冷量，蓄冷能力大大增強，故蓄存同樣冷量所需蓄冷體積較小。

冰蓄冷時，先將冷水由12℃降溫至0℃，每公斤冷水儲存顯熱50kJ(12大卡)，再繼續使0℃水結成0℃的冰，以獲得334kJ(80大卡)的相變潛熱，合計每公斤大約可儲存384kJ(92大卡)的冷量，約為水蓄冷方式儲冷量的17倍。冰蓄冷空調系統種類較多，較常用的有冰盤管式、完全凍結式、機械制冰式、冰球式和冰晶兩相式等。

5 利用天然冷源

天然冷源是最廉價的空調能源，在有條件的地區應優先考慮利用天然冷源供冷空調。

5.1 利用地下水、水庫深水供冷空調

如果地下水、水庫深水的水質、水量和水的參數能夠滿足空調工程要求，在進行可行性分析和經濟性比較的基礎上應優先采用。對于以深井水為冷源的空調系統，為避免地下水位下降，甚至地面沉降，應采用人工補給地下水的回灌技術，一般在冬季利用環境溫度低的特點，向地下灌入冷水，到夏季時從地下抽出作為空調的冷源。但是這種回灌技術將增加水系統在非空調運行期的能耗，所以必須在合理的條件下使用。

5.2 利用室外新風供冷

利用新風供冷是過渡季節空調節能的一種方法。春秋季節，室內的氣溫高，而室外的空氣已相當適宜，此時的室外新風可作為空調的一種輔助冷源。根據當時氣候特點，空調可考慮采用部分新風或全部新風。在室外空氣溫度下降到送風溫度時，就可不開主機，利用新風供冷，當新風溫度符合送風溫度要求時采用全新風空調，當新風溫度低于所需送風溫度時，使新風和室內空氣混合，使之達到要求后送人室內。

6 結論

我國的空調系統節能潛力巨大，應大力提倡空調設計人員在設備中采用最節省能源的設計方法；同時，條件適宜的地區應盡量采用蓄冷等新技術。

[1]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1993.

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