建筑中央空調(diào)能耗現(xiàn)狀及節(jié)能措施研究

李浩

武漢工程大學(xué) 湖北 武漢 430205

前言

中央空調(diào)系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)冷熱源系統(tǒng)和多個(gè)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)通過(guò)集中處理空氣達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。部分中央空調(diào)采用液體氣化制冷的原理，為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供所需冷量，用以抵消室內(nèi)環(huán)境的冷負(fù)荷；制熱系統(tǒng)為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供所需熱量，用以抵消室內(nèi)環(huán)境熱負(fù)荷。中央空調(diào)的大量使用顯著增加了建筑能耗，分析其能耗現(xiàn)狀及節(jié)能措施具有較為突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 建筑中央空調(diào)能耗現(xiàn)狀

1.1 建筑中央空調(diào)能耗占比

建筑中央空調(diào)能耗，屬于建筑能耗的一種，建筑能耗包括建筑生命周期內(nèi)各方面的消耗，涵蓋建筑建設(shè)、維護(hù)等各環(huán)節(jié)，包括采暖、降溫（這兩類作業(yè)借助空調(diào)實(shí)現(xiàn)）、通風(fēng)、水電供應(yīng)、公共消耗（比如電梯）等各類作業(yè)。2017年的調(diào)查資料顯示，我國(guó)建筑能耗占據(jù)社會(huì)總能耗大約四分之一，而采暖、降溫、照明、水電供應(yīng)四大類能耗則占據(jù)建筑總能耗的70%-80%。另一組統(tǒng)計(jì)資料顯示，目前發(fā)達(dá)國(guó)家建筑能耗占據(jù)社會(huì)總能耗的比例普遍在15%左右，采暖、降溫、照明、水電供應(yīng)四大類能耗占據(jù)建筑總能耗的大約60%-65%。此外，我國(guó)中央空調(diào)單位面積能耗情況也不夠理想，研究人員在針對(duì)上海市、江蘇省、浙江省等省市的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，我國(guó)中央空調(diào)單位能耗超過(guò)德國(guó)2.8倍，相當(dāng)于日本的2.7倍、美國(guó)的2.5倍，這也為后續(xù)節(jié)能工作提出了較高要求[1]。

1.2 建筑中央空調(diào)能耗增長(zhǎng)情況

現(xiàn)代建筑在追求基本功能的同時(shí)，也在尋求附加功能的提升，這使建筑中央空調(diào)得到了大范圍的應(yīng)用，其能耗增長(zhǎng)情況也因此較為明顯。研究人員收集了我國(guó)近15年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)果上看，以采暖、降溫為核心的空調(diào)作業(yè)能耗增長(zhǎng)率約在10%左右，該速率相當(dāng)于德國(guó)的1.4倍、美國(guó)的1.37倍、日本的1.43倍，且仍存在進(jìn)一步增加的趨勢(shì)，一方面反映了我國(guó)居民生活水平的提高，另一方面也對(duì)節(jié)能作業(yè)提出了新的工作要求。此外，研究人員就部分商業(yè)用途的中央空調(diào)能耗情況進(jìn)行了深入分析，結(jié)果上看，我國(guó)商場(chǎng)、寫字樓中央空調(diào)能耗情況和增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)并不樂(lè)觀。如上海市某地寫字樓，一層內(nèi)有辦公室8間，但實(shí)際進(jìn)行辦工作業(yè)的只有兩間，中央空調(diào)卻需要完全開放，造成了不必要的電能浪費(fèi)。這一問(wèn)題也應(yīng)給予重視和處理。總體來(lái)看，商用空調(diào)占據(jù)建筑能耗比例一般在50%-65%左右，其增長(zhǎng)率則超過(guò)17%[2]。

2 建筑中央空調(diào)節(jié)能措施

2016年4月，遼寧省大連市某地進(jìn)行商民兩用建筑建設(shè)，在進(jìn)行空調(diào)安裝時(shí)，設(shè)計(jì)人員從建筑節(jié)能、空調(diào)節(jié)能角度出發(fā)，提出了新的思路和方案如下：

2.1 冷負(fù)荷的合理確定

大連地區(qū)濱海，屬于典型的溫帶季風(fēng)氣候，冬季集中進(jìn)行供暖，因此建筑中央空調(diào)主要用于夏季室內(nèi)降溫。在此前的工作中，大部分建筑中央空調(diào)取模式化建設(shè)方案，不對(duì)工作細(xì)節(jié)做針對(duì)性調(diào)整，冷負(fù)荷的選取也不夠理想，容易造成工作參數(shù)不合理、能耗多的問(wèn)題。本次空調(diào)施工方案的擬定過(guò)程中，設(shè)計(jì)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(duì)冷負(fù)荷的基本要求進(jìn)行了分析，共收集樣本71件，在此基礎(chǔ)上，獲取建筑平均制冷溫度為20.1℃，最低18℃、最高24℃，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合大連地區(qū)氣候特點(diǎn)，擬定中央空調(diào)工作溫度參數(shù)為20℃，并進(jìn)行了制冷機(jī)、循環(huán)泵、風(fēng)機(jī)盤管等型號(hào)，使中央空調(diào)的冷負(fù)荷和實(shí)際工作要求高度匹配，實(shí)現(xiàn)節(jié)能大約9.1%（較平均值）。

2.2 優(yōu)化水輸送系統(tǒng)

水輸送系統(tǒng)在中央空調(diào)的工作中價(jià)值突出，此前大連地區(qū)多采用開式冷卻水系統(tǒng)，水需要克服流通阻力，冷卻水流動(dòng)的水位差也進(jìn)一步增加了空調(diào)能耗。本次工程中，設(shè)計(jì)人員采用將水管與冷卻水泵直接連接的方式，水泵作業(yè)產(chǎn)生的機(jī)械能為水流提供了動(dòng)力，也有助于克服水位差，空調(diào)的能耗得以降低大約4.2%。此外，設(shè)計(jì)人員額外進(jìn)行了閥門和過(guò)濾器的應(yīng)用分析，一般商民兩用建筑的中央空調(diào)會(huì)設(shè)置較多閥門和過(guò)濾器，以實(shí)現(xiàn)不同用戶對(duì)空調(diào)機(jī)的使用控制、過(guò)濾沉淀物，但閥門和過(guò)濾器的存在增加了空調(diào)能耗，包括水阻力增加、支路水流量補(bǔ)充消耗等，設(shè)計(jì)人員在此基礎(chǔ)上減少了閥門和過(guò)濾器數(shù)目，應(yīng)用較多的弧線管道設(shè)計(jì)降低系統(tǒng)對(duì)閥門的需要，水過(guò)濾則在注水環(huán)節(jié)給予處理，實(shí)現(xiàn)能耗降低2.8%。

2.3 閉路水循環(huán)輔助降溫

閉路水循環(huán)降溫系統(tǒng)是指在原有空調(diào)基礎(chǔ)上，額外加設(shè)管道，將管道布置在每個(gè)樓層的天花板處，管道內(nèi)注入清水，提供少許動(dòng)力使水流在封閉管道內(nèi)流通，通過(guò)水冷卻的方式輔助進(jìn)行室內(nèi)降溫。該設(shè)計(jì)理念下，技術(shù)人員選取了長(zhǎng)35m、內(nèi)徑8cm的管道，注入相當(dāng)于管道容積60%的清水，將管道動(dòng)力泵與空調(diào)機(jī)工作系統(tǒng)連接在一起，空調(diào)啟動(dòng)的同時(shí)，動(dòng)力泵通過(guò)小型螺旋槳向管道內(nèi)水流提供少許動(dòng)力，3-4min后，水流開始循環(huán)流動(dòng)，去除管道動(dòng)力泵的能耗后，可額外降低制冷能耗大約2.9%。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上，包括我國(guó)在內(nèi)，目前世界各國(guó)建筑中央空調(diào)能耗總量均較大，增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)上，我國(guó)則比較突出，年空調(diào)能耗增長(zhǎng)率在10%以上，占據(jù)建筑總能耗的27%，要求設(shè)法實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)節(jié)能。結(jié)合當(dāng)前一般性工作資料，可行方式包括合理確定冷負(fù)荷、優(yōu)化水輸送系統(tǒng)等，結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用成果來(lái)看，閉路水循環(huán)輔助降溫也具有一定的可行性，可以作為后續(xù)中央空調(diào)節(jié)能的舉措之一加以推行。