中央空调系统节能方案探讨

朱 立

(武汉商业服务学院，湖北 武汉 430056)

随着国民经济的快速发展与人民生活水平的不断提高，大型中央空调与小型家用空调得到了越来越广泛的使用。空调创造了舒适的环境改善了人们的工作和生活条件。同时在使用过程中能量的大量消耗问题也日益显现突出。统计数据显示，大型商场、体育馆、会展中心，星级酒店等建筑物中中央空调的能耗占总能耗的50%—70%。由此可见，中央空调系统的节能意义是非常重要的。我国目前的能源储存量有现，能源使用过程中的利用率也较低。如果采取节能措施，中央空调系统在运行时，能耗下降2—5个百分点，其节能效果将是非常明显的，尤其在冬、夏两季用电高峰时，它对缓解电力系统的供电压力，改善能源紧张状况都将起到重要作用。

一、影响空调系统耗能的主要因素

正常运行的一般空调系统，其耗能主要有两个方面，一方面是为了供给空气处理设备冷量和热量的冷（热）源耗能（如制冷机耗电，热源要耗煤、油或电等）；另一方面是为了输送空气和水，风机和水泵克服漏洞阻力需耗电，或称动力耗能。

为了更清楚的说明影响以上两方面耗能数量的因素，现将包括空调房间、空气处理室在内的空调系统造作一个热平衡范围（如图所示）。

以夏季为例，系统的热平衡为：

式中:Q0——空调系统的冷负荷

Q1——空调房间的余热负荷

QW——新风负荷

Q2——包括风机温升，再热以及风道系统冷（热）量损失引起冷负荷的增呈。

由上分析可见，空调系统耗能的影响因素有室外气象参数、室内设计标准、围护结构特性、室内人、设备、照明等热、湿负荷以及新回风比例。

另一方面，系统风机、水泵的耗电直接受输送空气量、水量的大小和风系统、水系统的阻力损失的影响。

以上这些因素中，有些是必需消耗的能量如空调房间冷负荷、新风冷负荷以及风机、水泵的耗电等。而有些是可替代的，如设备冷热负荷。

影响空调耗能的因素很多，要想节省能耗就应从方案设计与运行管理两方面入手，使空调系统尽量避免无效能耗，将必需能耗降到最低。

二、降低能耗的方法与措施

（一）方法

1、科学合理的设计方案

在空调系统设计时,由于设计方案不合理,因此,给系统带来大量的无效能耗。如定风量、定水量空调系统由于使用简单方便,因初投资低而在设计中被广泛采用。但该方案在运行中，由于风量不能随室内负荷的变化而变化，故当负荷减少时，为保持室内参数的稳定，另有采用提高再热量增加能耗的办法来解决。这使得系统的风机的能耗不但不能随负荷减小而下降，还增加了再热量。

又如，在定水量运行中，当设备需冷量减少时，本应减少水量、水泵的耗电量，却由于水量不变，因而只能用提高水温的办法来适应负荷的减小。

空调常规的设计方法一般是根据设计条件下的最大负荷选一个定量较大的设备。而实际上由于全年室外气象参数和室内负荷的变化，最大负荷出现的时间较少，这就造成了“大马拉小车”的情况，使得一些大设备工作效率低，且增加了无效能耗。

2、改善建筑物围护结构的保温性能

众所周知,围护结构的保温性能直接影响空调房间的冷(热)负荷,影响到建筑物日常使用能耗。所以,节省空调能耗的首要任务是改善建筑物围护结构的保温性能。为了达到此目的，暖通专业人员在建筑方案制定阶段就应该参与其中，在不对建筑方案造成较大影响的前提下，在建筑构造方面应该充分体现节能的要求、满足节能的需要。

例如：

合理控制窗墙比，通过外窗的耗热量占建筑物总耗热量的35%—45%,在保证室内采光的前提下,合理确定窗墙比十分重要。一般规定各朝向的窗墙比不得大于下列数字:北向25%,东向30%,南向35%。

提高门窗的气密性，有资料表明，房间换气次数由0.8h换1次降到0.5h换1次,建筑物的耗冷量可降低8%左右,因此设计中应采用密闭性良好的门窗。加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段之一。密闭条应采用弹性良好、镶接牢固严密、经久耐用的产品。根据门窗的具体情况,分别采用不同的密封条,如橡胶条、塑料条或橡塑结合的密封条,其形状可为条形或冲形。可用粘贴、挤紧或钉结方法固定。

使用环保、节能型建筑材料，可有效减少通过围护结构的传热这一主要的空调负荷，从而各主要设备的容量，达到显著的节能效果。当然，这可能会在一定程度上增大初期投资，这可通过合理的技术经济比较后确定。

“冷屋顶”节能，“冷屋顶”(cool roof s)指具有高El射反射率的屋顶，通过在普通屋顶表面涂上浅色的、高反射率的屋顶，通过在普通屋顶的日射反射率，减少太阳热量的吸收，从而达到减少空调冷负荷、节约空调能耗的目的。

采用“冷屋顶”节能可使空调负荷减少10%—50%。

（二）措施：

1、提高管理水平

在空调的无效能耗中，有很大一部分是由于管理不善引起的,而其中的原因主要有以下两点。

其一，空调运行管理人员的业务水平不等，缺乏一般的制冷与空调专业的基础理论知识，因而在工作中不知道怎样对整个系统的运行进行调节，使其高效运行。比如，在过渡季节应尽可能利用室外新风，这既可节省能耗又可以改善室内卫生条件。然而实际中许多操作人员依然按夏季空调方案运行，造成了能源的浪费。

其二，我国现在很多的物业大厦中的用户都没有安装独立电表，用电量统一结算。这种用电吃大锅饭的制度对节能的推广是很不利的。因此要提倡节能，要鼓励节能，就必须实行独立核电核算制。据国外调查资料显示，实行中央空调计量收费后，其节能率在5%—8%。

2、充分挖掘必需能耗的节能潜力

选择合适的室内参数。室内设计参数决定了系统设备耗能的大小。室内温度、相对湿度的标准定的越高，能耗越大。从节能角度考虑，在满足人们工作、学习、生活的情况下，适当降低室内温、湿度标准，可以取得明显的节能效果。

如夏季将室温从24℃改为28℃，冷负荷减少36%；冬季室温从22℃改为18℃，负荷减少55%左右。

改变一次空气的露点温度，相当于改变室内相对温度，其省能结果如下：

夏季，从10℃提高到12℃，节省冷量17%。

冬季，从10℃降低到8℃，节省热量5%。

由此可见，为了节能，夏、冬季应适当调整室内温、湿度基数，夏季应尽可能提高，冬季应尽可能降低。

正确利用和控制室外新风量 夏季新风量符合占整个空调负荷约50%，因此控制和正确利用室外新风量是空调系统最有效的节能措施之一。

在夏、冬两季，室内外温差较大。在这种情况下，室外新风应控制到满足卫生要求的最小值。

在过渡季节，对于那些室内周边负荷影响小，而内区发热量较大的建筑，如大的商店、会堂、剧场等，室内需供冷风。这时要充分利用室外新风具有的冷量，可采用全新风，推迟人工冷源使用时间，节约人工冷源的能耗。

减少输送系统的能耗。空气和水在输送过程中应减少局限阻力外，增大逆风温差和供回水温差，可以减少流量，使系统输送能量大大下降。

另外，高压水环路和低压头环路分别设水泵，可防止低层环境消耗多余的压能。降低水和空气流速，减少阻力损失，还可以节约输送能耗。

确保运行管理的自动控制。实现空调系统调节的自动化控制，不仅可以提高调节质量，降低冷、热量的消耗，减少能量，还可以减少运行人员，提高劳动生产和技术管理水平，提高空调系统的经济指标。

根据室外气象台参数的变化，对室外新风进行调节，统计结果表明，自动控制新风阀门比固定新风阀门，在最热风系统冷负荷减少近25%，在最冷风系统热负荷减少近68%。

在风量和水量调节过程中，通过自动控制系统，可避免夏季会出现室内过冷，过干，冬季出现室内过热，过湿现象，造成过多得消耗能量。

如果用计算机控制空调系统自动运行，通过预测室内、外空气的状态参数，以维持室内的舒适环境为约束条件，把最小耗能量作为基本的评价函数，根据空调负荷大、小来判断和确定供冷（热）量多少，指挥冷（热）源机组（或空调机），水泵、风机的运转台数，工作方式及运转周期。据介绍，用电子计算机控制空调系统运行的结果，可节能30—40%。

由以上分析可知，合理的设计方案、科学的运行管理对空调系统的节能起着至关重要的作用。空调节能是一个系统工程，因此有必要在方案设计时，在确保建成的中央空调系统能够正常运行的前提下，对整个工程的节能问题进行全面的考虑，从各个环节着手，对方案进行优化比较，提高能量效率以达到最大限度的节能效果。

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