浅谈空调系统的节能措施

董锦宝　李　江

摘要:空调系统的节能是一个系统工程,要求在能源利用的各个环节和系统从规划到运转的全过程中贯彻节能的观点,才可能达到节能的效果,如果在某个环节上造成了能源的浪费,整个系统也不能说是节能的。本文对空调系统的节能措施进行了详尽的论述。

关键词:空调系统;节能;温度;湿度

1 改善围护结构的保温性能

建筑物冬季的热负荷和夏季的冷负荷有一部分来自建筑物的外围护结构。从建筑体形来说,同样面积的建筑物,接近立方体的外表面积最小,可以节能。对于长方形的建筑物,朝向对空调负荷有相当的大的影响,长边(主要面)朝向西或东的比朝向南或北的大,最大设计冷负荷约大25%左右。

围护结构保温性能在建筑的节能中起着很重要的作用。一些研究表明,增大围护结构的保温性能,年空调冷负荷反而有所增加,其原因是在室外气温高的月份和时刻,保温性能好,可以节省空调冷量,但在非最热月或一天中的夜间,气温低时,不利于建筑散热,反而增加了冷负荷。当然,围护结构保温性能好,空调的设计冷负荷会小些。

在围护结构中,外窗对空调冷负荷有明显的影响。透过玻璃的日射得热冷负荷约占空调冷负荷的20%～30%,所以减少窗墙比——窗户面积与墙面积(包括窗面积)之比——可以减少热负荷和冷负荷,但减少到一定值时,会增加照明负荷,而反过来又增加了冷负荷。有些国家规定窗墙比<0.4,以及空调房间采用镀膜反射玻璃,可反射约30%的太阳辐射热,或采用中空玻璃,晚间采用保温窗帘。玻璃的品种的选择还应取决于地区和节能的主要目标。

2 合理确定室内温、湿度

假设空调室外计算参数为定值时,夏季空调室内空气计算温度和湿度越低,房间的计算冷负荷就越大,系统耗能也越大。通过研究证明,在不降低室内舒适度标准的前提下,合理组合室内空气设计参数可以收到明显的节能效果。

2.1 温湿度变化对热舒适度的影响。

假定人所从事的是极轻劳动(例如宾馆、商场中),穿着一般的夏季服装,空气流动速度取0.25m/s,壁面温度和空气温度相同。在相对湿度为50%的条件下,仅使室内空气温度变化时,统计不同室内温度下的PPD值和不同相对湿度下的PPD值。经分析以上数据可以看出,室内空气温度改变对室内热舒适度的影响非常大,而相对湿度的变化对人的热舒适感几乎没有影响。

2.2 室内设计温度改变对空调能耗的影响。

以办公楼为例进行的分析,采用冷负荷系数法计算出在不同室内设计温度tn下的设计空调冷负荷、湿负荷、制冷量以及以室内设计温度25℃为基准的节能率。由结果的变化规律可以看出随室内温度的变化,节能率呈线性规律变化,室内设计温度每提高1℃,空调系统将减少能耗约6%。

2.3 相对湿度的改变对空调能耗的影响。

仍以办公楼为例,当设定室内温度为定值,仅改变室内相对湿度,计算不同相对湿度下的节能率,可以得出:当相对湿度大于50%时,节能率随相对湿度呈线性规律变化。由于夏季室内设计相对湿度一般不会低于50%,所以以50%为基准,相对湿度每增加5%,节能10%。

2.4 室内设计参数的优化组合。

通过以上分析可以很清楚地看到:室内空气温度对人的热舒适感影响很大,但对空调能耗的影响则比较小。而相对湿度对人的热舒适感影响很小,但是对空调的能耗影响很大。

综上所述,在确定室内设计参数时,为了保证较高的热舒适度,室内设计温度应取低一点,而在一定温度范围内,通过提高室内设计相对湿度的途径减少空调能耗。

3 采用合理的空调系统及冷源方案

空调系统的能耗是由风系统和水系统的能耗组成的。在风系统中,风机的能耗占相当大的比例;而水系统中,节约水泵与冷水机组的能耗才是节能中最关键的部分。

3.1 变风量空调系统节能分析

在空调系统中风机能耗占相当大的比例,因变风量(VAV)系统能随时跟踪建筑负荷的变化,及时调节送风量,从而可减少风机能耗,达到节能的目的;而且变风量系统便于分区调节,可满足不同房间的空调要求,因此,在商务楼宇的的设计中很适合采用。风机送风量调节方式很多,不同的控制方式节能效果也各不相同,有的方式节能效果高达49.7%。

3.2 冷水机组的节能分析

在空调系统中,一般来说冷水机组的能耗最大,因此降低冷水机组的能耗便成为空调系统节能降耗的最大问题。然而,一年之中,由于空调系统在部分负荷下运行的时间比较多,所以,全年耗能与制冷机部分负荷下的工作特性有关。通常根据最大负荷选择冷水机组。而实际使用条件通常都偏离设计条件,因此很难保证机组高效运行。因此,改进和提高机组部分负荷运行时的效率就成为空调系统节能的重要途径。而且在选择冷热源的方案时,也应考虑部分负荷时效率的问题。与此同时,还要加强控制,并根据具体情况制定出节能的运行方案。

4 减少输送系统的能耗

空调系统中,空气与水通常是冷量载体。输送过程能耗包括:通过传热的冷量损失和输送过程的流动阻力损失。对于输送冷量的水系统或空气的管路系统,克服流动阻力的能量又转变为热量导致冷量损失。减少输送过程的能耗主要可以从以下方面着手:

做好输送冷量的水管、风管的保温。

精心设计、正确计算系统阻力,选择合适的泵与风机的型号与规格,切忌选择流量、扬程或全压过大的泵与风机,避免不必要的能量损失。

5 对系统加强管理,适当调节提高节能效益

5.1 加强日常管理

日常管理是建筑节能是否实际有效的关键。一个设计再好的节能系统,如果管理不善,一样达不到节能的目的。日常管理的节能措施有:

加强日常和定期的对设备和系统地维护。例如阀门、构件等的维护,防止冷、热水和冷、热风的跑、冒、滴、漏;冷凝器等换热设备传热表面的定期除垢或除灰;过滤器、除污器等设备定期清洗;经常检查自控设备和仪表,保证其正常工作等。

对系统的运行参数进行监测,从不正常的运行参数中发现系统的问题,进行合理的改造。经常出现的问题有设备选择过大,运行能耗高等。

不连续工作的空调通风系统,尽可能的缩短预冷的时间。并且在预冷时采用循环风,不引入新风。

人员数量变化比较大的系统,最热月和最冷月的新风量应该根据室内的CO2浓度检测器,自动控制新风入口阀门,调节新风量。例如商场,往往在刚开店或闭店前、或非节假日人数比较少,这时可减少新风量,从而节省冷量。

当过渡季节中室内有冷负荷时,应尽量采用室外新风的自然冷却能力,节省人工冷源的冷量。

根据季节的变换,合理设置被控制房间的温度,避免夏季室内过冷,冬季室内过热的现象。过冷或过热不仅使人感到不舒适,而且额外消耗能量。

5.2 合理的对设备进行调节

水泵是水系统的动力来源,其能耗也是组成总能耗的重要部分。调查表明,空调水系统运行时普遍存在大流量小温差的问题。夏季冷水系统的供回水温差,较好地为3℃左右,差的只有1～1.5℃。而循环水量一般为设计水量的1.5倍。高层建筑供冷系统一般规模较大,能耗很大,节约潜力也很大。一个节能的制冷系统,不仅要求选择的设备性能和台数能与空调系统负荷的变化相适应,而且要求在运行中整个系统在各种负荷下能够保持能耗最小。

空调水系统在应用变频调速装置进行变流量运行时,可以不改变管路特性,而靠变化水泵工作点使之沿管路特性曲线移动,保持水泵在最高效率点运行,达到最大节能效果。对于闭式系统来说,在变频调速运行时,流量变化比与功率变化比的三次方成正比,当流量减少时,其实耗功率相当按三次方的比例降低。这对于目前空调水系统的设计水量与实际水量差别很大的情况来说,具有非常明显的节能意义。

6 结语

从许多节能分析的文章可以看出,目前,我国的很多建筑中的空调系统都具有节能的潜力。而且节能也逐渐地引起了各个设计、施工和管理单位的注意。但是仍然存在着许多浪费能源的现象。要想做到空调系统的节能,也只有设计、施工到运行管理各个部门的通力合作,才能真正的实现。