中央空调系统的节能技术研究

2011-05-24袁有杰

中国新技术新产品 2011年12期

袁有杰

（广东广州 510000）

近年我国来能源短缺，所以节能问题被提到一个重要的位置上来。我国的建筑能耗约占总能耗的25%，居能耗之首，而建筑能耗的大部分又被建筑内部的采暖和空调系统所消耗。采暖空调系统的节能问题已经迫在眉睫，节能是指加强用能的管理，采取可行技术、合理经济的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，充分有效的利用能源。

1.中央空调系统节能评价

通常供给中央空调系统的能量由热源和冷源、经水系统传递给风系统，再由风系统将

能量传递给被调节的房间，以达到所要求的室内温、湿度参数。能量有效利用的评价指数可由单位能耗指数、空调耗能系数（CEC）来评定。

1.1 建筑物热特性评价指数

建筑物围护结构的保温性能直接决定了空调房间的冷（热）负荷，若要节约中央空调系统的能耗，就必须改善围护结构的保温性能。现在许多国家提出了各种改善建筑保温性能的措施，并规定了围护结构最大传热系数。一些国家采用限制年负荷系数（PAL）

1.2 空调耗能系数（CEC）

由（2）可知，CEC即为全年系统冷、热源耗能量与全年系统泵与风机耗能量之和，除以全年系统供热负荷、供冷负荷、新风冷负荷、新风热负荷之和。当采取节能措施，降低系统能耗时，CEC的值可判断中央空调系统的节能性。对不同规模（大、中、小）、不同地区（寒、温、热）的标准办公楼所做的设计以及利用计算机模拟求得CEC数值表明：基准型中央空调系统的CEC约在1.6左右；节能型中央空调系统的CEC可接近1.1。

2 影响中央空调的节能的几个方面

2.1 中央空调的操作和管理人员缺乏专业知识

许多中央空调的操作和管理人员缺乏一般的热力学知识和制冷空调理论知识，整个班组没有暖通空调方面的技术人员，有一两个从事过制冷空调的老工人以属不易。许多操作人员对运行期间进行怎样调节，不甚了解。

2.2 对水泵、风机的节能普遍重视不够

水泵、风机的耗能占中央空调系统能耗的30%左右，这方面的节能潜力大有可挖。然而普遍重视不够，能源浪费严重。

2.3 过渡季节不懂得利用室外空气降温

过渡季节利用室外空气降温可节省相当多的能源，然而运行管理中许多操作人员依然按照夏季空调方案运行，浪费了许多能源。由于过渡季节时间不短，如能掌握空调原理，根据室外温度予以适当的调节，加装回风系统、增大新风阀、空调区域妥善分区等。

2.4 冷却塔质量差，导致制冷主机耗电增加许多单位设计时选择冷却塔是足够大的，且有富余量。由于冷却塔制造、安装质量差，所以实际冷却能力比标识的冷却能力偏小了不少，导致冷却水温偏高，冷冷却塔进出口温差过小，直接导致冷水机组冷凝温度提高制冷系数降低，耗电量增加。有的单位将就着运行，其结果是浪费了大量的电能(冷凝温度提高一度，冷水机组运行电流约增加4%)。有的单位甚至因冷却水温过高而自动停机或卸载来维持运行，最终不得不增加冷却塔的台数来解决这个问题。

3 中央空调系统具体节能措施

中央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从规划设计到施工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。

3.1 精心设计暖通空调系统，使其在高效经济的状况下运行

中央空调系统是一个庞大复杂的系统，系统设计的优劣将直接影响到系统的使用性能。例如系统往往都是按最大负荷设计的，而实际运行基本上是在部分负荷下运行，如果系统各部分的设计不能满足部分负荷运行的要求，那系统的能耗是很大的。又如新风系统的设计，系统应该能随着室外气象参数的变化改变新风量，以最大限度地缩短主机的开启时间。可以说空调系统的设计对系统的节能起着重要的作用。

3.2 改善围护结构的保温性能

我们知道对于中央空调系统而言，通过维护结构的空调负荷占有很大比例，而维护结构的保温性能决定维护结构综合传热系数的大小，亦即决定通过维护结构的空调负荷的大小。所以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，可降低中央空调的设计负荷。运行过程中可大大降低外界对室内环境的影响。降低中央空调系统全年的运行费用。

3.3 提高系统控制水平，合理确定室内温、湿度参数

以夏季中央空调制冷系统为例，假设室外计算参数为定值时，空调系统室内空气计算温度和湿度越低，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，合理设定室内空气温度和湿度设计参数可以收到明显的节能效果。

温湿度变化对热舒适度的影响。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。室内设计温度改变对空调系统能耗的影响。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℃，中央空调系统将减少能耗约6%。

相对湿度的改变对空调系统能耗的影响。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，室内设计相对湿度每提高5%，中央空调系统减少能耗约10%。

采用新型节能舒适健康的空调方式。不同的温湿度参数组合可以得到相同的舒适性效果，但不同的温湿度参数组合中央空调系统的能耗是不相同的。例如在冬季，如果我们采用传统的空调方式，把整个室内的空气加热，通过空气实现人体与环境的热湿交换，就需要较高的环境空气温度，此时通过维护结构的热损失和加热新风的热损失都比较大。如果我们根据研究成果，改变传统的空调方式，增加辐射热（如低温地板辐射采暖），此时所需要的空气温度将会显著下降，一般可达到12～14度（传统方式一般在18～20度）。显然后者比前者具有显著的节能效果。

减少输送系统的能耗。中央空调系统中，空气与水通常是能量载体。输送过程中的能耗包括：通过输送管道传热的能量损失和输送过程中的流动阻力损失。对于输送能量的空气或水管路系统，减少输送过程传热对系统能量的损失和减少流动阻力对系统能量的损失也是达到节能效果的至关重要的两点。

开展冷热回收利用的研究运用工作，实现能源的最大限度利用。目前许多中央空调系统冷、热回收利用研究正在蓬勃发展，如中央空调风系统的全热回收机组，将新风和排风进行最大呈度的热交换，由此大大降低了冷却、加热新风所需的能量，节能效果明显。夏季利用冷凝热的生活热水供应等，都是对中央空调系统冷热的回收利用，显著提高了中央空调系统能源利用率。