建筑中央空調能耗現狀及節能措施研究

李浩

武漢工程大學 湖北 武漢 430205

前言

中央空調系統由一個或多個冷熱源系統和多個空氣調節系統組成，該系統通過集中處理空氣達到調節溫度的目的。部分中央空調采用液體氣化制冷的原理，為空氣調節系統提供所需冷量，用以抵消室內環境的冷負荷；制熱系統為空氣調節系統提供所需熱量，用以抵消室內環境熱負荷。中央空調的大量使用顯著增加了建筑能耗，分析其能耗現狀及節能措施具有較為突出的現實意義。

1 建筑中央空調能耗現狀

1.1 建筑中央空調能耗占比

建筑中央空調能耗，屬于建筑能耗的一種，建筑能耗包括建筑生命周期內各方面的消耗，涵蓋建筑建設、維護等各環節，包括采暖、降溫（這兩類作業借助空調實現）、通風、水電供應、公共消耗（比如電梯）等各類作業。2017年的調查資料顯示，我國建筑能耗占據社會總能耗大約四分之一，而采暖、降溫、照明、水電供應四大類能耗則占據建筑總能耗的70%-80%。另一組統計資料顯示，目前發達國家建筑能耗占據社會總能耗的比例普遍在15%左右，采暖、降溫、照明、水電供應四大類能耗占據建筑總能耗的大約60%-65%。此外，我國中央空調單位面積能耗情況也不夠理想，研究人員在針對上海市、江蘇省、浙江省等省市的調查中發現，我國中央空調單位能耗超過德國2.8倍，相當于日本的2.7倍、美國的2.5倍，這也為后續節能工作提出了較高要求[1]。

1.2 建筑中央空調能耗增長情況

現代建筑在追求基本功能的同時，也在尋求附加功能的提升，這使建筑中央空調得到了大范圍的應用，其能耗增長情況也因此較為明顯。研究人員收集了我國近15年的統計數據，結果上看，以采暖、降溫為核心的空調作業能耗增長率約在10%左右，該速率相當于德國的1.4倍、美國的1.37倍、日本的1.43倍，且仍存在進一步增加的趨勢，一方面反映了我國居民生活水平的提高，另一方面也對節能作業提出了新的工作要求。此外，研究人員就部分商業用途的中央空調能耗情況進行了深入分析，結果上看，我國商場、寫字樓中央空調能耗情況和增長態勢并不樂觀。如上海市某地寫字樓，一層內有辦公室8間，但實際進行辦工作業的只有兩間，中央空調卻需要完全開放，造成了不必要的電能浪費。這一問題也應給予重視和處理。總體來看，商用空調占據建筑能耗比例一般在50%-65%左右，其增長率則超過17%[2]。

2 建筑中央空調節能措施

2016年4月，遼寧省大連市某地進行商民兩用建筑建設，在進行空調安裝時，設計人員從建筑節能、空調節能角度出發，提出了新的思路和方案如下：

2.1 冷負荷的合理確定

大連地區濱海，屬于典型的溫帶季風氣候，冬季集中進行供暖，因此建筑中央空調主要用于夏季室內降溫。在此前的工作中，大部分建筑中央空調取模式化建設方案，不對工作細節做針對性調整，冷負荷的選取也不夠理想，容易造成工作參數不合理、能耗多的問題。本次空調施工方案的擬定過程中，設計人員采用了模型匹配法原則，收集了同緯度、同氣候條件、同類建筑（商民兩用建筑）的一般性資料，對冷負荷的基本要求進行了分析，共收集樣本71件，在此基礎上，獲取建筑平均制冷溫度為20.1℃，最低18℃、最高24℃，在此基礎上，結合大連地區氣候特點，擬定中央空調工作溫度參數為20℃，并進行了制冷機、循環泵、風機盤管等型號，使中央空調的冷負荷和實際工作要求高度匹配，實現節能大約9.1%（較平均值）。

2.2 優化水輸送系統

水輸送系統在中央空調的工作中價值突出，此前大連地區多采用開式冷卻水系統，水需要克服流通阻力，冷卻水流動的水位差也進一步增加了空調能耗。本次工程中，設計人員采用將水管與冷卻水泵直接連接的方式，水泵作業產生的機械能為水流提供了動力，也有助于克服水位差，空調的能耗得以降低大約4.2%。此外，設計人員額外進行了閥門和過濾器的應用分析，一般商民兩用建筑的中央空調會設置較多閥門和過濾器，以實現不同用戶對空調機的使用控制、過濾沉淀物，但閥門和過濾器的存在增加了空調能耗，包括水阻力增加、支路水流量補充消耗等，設計人員在此基礎上減少了閥門和過濾器數目，應用較多的弧線管道設計降低系統對閥門的需要，水過濾則在注水環節給予處理，實現能耗降低2.8%。

2.3 閉路水循環輔助降溫

閉路水循環降溫系統是指在原有空調基礎上，額外加設管道，將管道布置在每個樓層的天花板處，管道內注入清水，提供少許動力使水流在封閉管道內流通，通過水冷卻的方式輔助進行室內降溫。該設計理念下，技術人員選取了長35m、內徑8cm的管道，注入相當于管道容積60%的清水，將管道動力泵與空調機工作系統連接在一起，空調啟動的同時，動力泵通過小型螺旋槳向管道內水流提供少許動力，3-4min后，水流開始循環流動，去除管道動力泵的能耗后，可額外降低制冷能耗大約2.9%。

3 結束語

綜上，包括我國在內，目前世界各國建筑中央空調能耗總量均較大，增長態勢上，我國則比較突出，年空調能耗增長率在10%以上，占據建筑總能耗的27%，要求設法實現中央空調節能。結合當前一般性工作資料，可行方式包括合理確定冷負荷、優化水輸送系統等，結合實踐應用成果來看，閉路水循環輔助降溫也具有一定的可行性，可以作為后續中央空調節能的舉措之一加以推行。