空调系统节能技术的探讨

2011-06-19李司秀胡嘉庆

制冷 2011年1期

李司秀,胡嘉庆

(1.广东省建筑设计研究院,广东广州510010;

2.华森建筑与工程设计顾问有限公司广州分公司,广东广州510010)

1 引言

未来我国的能源需求,尤其是优质能源的需求量也将持续上升;而随着人们对因能源使用而导致的局部地区乃至地球环境问题认识程度的逐渐加深,我国面临的环境压力也越来越大。《节能法》规定 “国家制定节能政策,编制节能计划,并纳入国民经济和社会发展计划,保障能源的合理利用,并与经济发展。环境保护相协调。”因而制定和实施节能规划也是节能工作依法行政的内容之一。

我国节能规划的目标既不是少用能源,也不仅仅是依靠节能来弥补能源开发的不足,而是提高主要耗能产品的能源利用率和提高单位能源消耗所创造的经济效益,而且后者将越来越重要。同时,减轻大气污染,减少温室气体排放也是促进资源永续利用的根本方法。

建筑节能是节能规划里的重要部分,建筑节能是指在建筑物的规划、设计、建造和使用过程中,执行建筑节能标准和施工验收规程,合理设计建筑围护结构的热工性能,采用低能耗建筑材料,提高采暖、制冷、照明、给排水和通风系统的运行效率,加强建筑物用能设备的运行管理,以及利用可再生能源,在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下,降低建筑能源消耗,合理、有效地利用能源。而在公共建筑中,如在商业、服务业领域,中央空调是主要的耗能设备。按某些城市的统计,一般中央空调的能耗约占整个建筑总能耗的50%左右,所以中央空调的能效问题越来越受到重视。下面简述与中央空调有关的围护结构和中央空调系统本身的节能措施:

2 与空调有关的围护结构节能措施

2.1 与建筑等其他工种设计配合

必须把节能思想意识逐渐引入到建筑结构等各专业中,提高建筑围护结构的保温隔热性能,建筑物在规划、布局、形状、色彩、方位及材料等方面为空调节能创造条件,减少空调运行时的冷热损失。

2.2 围护结构方面

除墙体和屋面一般建筑物外,门窗与空调系统关系很密切,其节能措施有:

(1)控制窗墙比通过外窗的耗热量占地筑物总耗热量的35%～45%。在保证室内采光的前提下;合理确定窗墙比十分重要。此外,窗的构造应能起控制日光照射的作用并要限制窗户墙体的面积比,对于窗户面积比较大的建筑物,由于通过玻璃的太阳辐射较大,例如广州在早上 9点和中午13点(见表1),应考虑采用吸热玻璃、热反射玻璃或遮阳措施,如遮阳板、屋檐、挑檐、挑阳台、百叶板、窗帘等。在过渡季节或室外温度较低的时候,可以直接利用自然空气作为能源,所以窗的构造应能开启。

表1 透过标准窗玻璃的太阳辐射照度(W/m2)

(2)提高门窗气密性,可降低建筑物的耗冷量,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。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。

3 中央空调系统的节能措施

3.1 合理设定空调参数

3.1.1 空调室内空气参数选择

“我、我……”他结巴着，想告诉她，他打算体验一下“两个脉”，然而对方会相信吗？而且，他清楚地觉得，在自己的手掌下落的那个瞬间，自己脑中所想的，早已与“两个脉”无关。

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。在满足舒适要求的条件下,要尽量提高夏季的室内设计温度和相对湿度,尽量降低冬季的室内设计温度和相对湿度,不要盲目追求夏季室内空气温度过低、过干,冬季室内设计温度过高。

3.1.2 空调冷负荷的计算

目前我国的现状造成很多设计都依靠估算。尽管各种估算的方法都有一定的理论或经验依据,但是估算本身的实质就是将各项冷负荷峰值与围护结构冷负荷峰值简单相加,从而使计算结果过于偏大。因此,建筑物冷负荷的最大值应为每个房间逐时负荷叠加的最大值,而不是简单地将每个房间的最大冷负荷进行叠加,还应考虑同时使用系数,以减少主机的设计容量,防止主机长期在低负荷、低效率下运行的 “大马拉小车”现象,达到减少运行能耗的目的。同时使用系数应按实际情况定,设计者可根据工程规模、用途等特点,应给出较详细的冷、热负荷计算说明和节能技术措施说明。两种新的冷负荷计算方法:谐波反应法和冷负荷系数法,都合理地考虑了显热得热中辐射成分转化为冷负荷时的幅度衰减和时间延迟作用,这对于正确计算空调设计负荷,从而节能降耗具有重要意义。

3.2 空调冷热源效率控制

(1)冷源采用大小机组相结合的配置,调节性能好,能有效地适应负荷变化的要求,防止了“大马拉小车”的浪费现象。

(2)降低冷却水温度,由于冷却水温度越低,冷机的制冷系数就越高。冷却水的供水温度每上升1℃,冷机的COP下降近4%。降低冷却水温度就需要加强冷却塔的运行管理。首先,对于停止运行的冷却塔,其进出水管的阀门应该关闭。否则,因为来自停开的冷却塔的水温度较高,混合后的冷却水水温就会提高,冷机的制冷系数就减低了。其次,冷却塔使用一段时间后,应及时检修,否则冷却塔的效率会下降,不能充分地为冷却水降温。(3)提高冷冻水温度,由于冷冻水温度越高,冷机的制冷效率就越高。冷冻水供水温度提高1℃,冷机的制冷系数可提高3%,所以在日常运行中不要盲目降低冷冻水温度。首先,不要设置过低的冷机冷冻水设定温度。其次,一定要关闭停止运行的冷机的水阀,防止部分冷冻水走旁通管路,否则,经过运行中的冷机的水量就会减少,导致冷冻水的温度被冷机降到过低的水平。

3.3 水系统节能

3.3.1 采用大温差

如果系统中输送冷热能用的水 (或空气)的供回水 (或送回风)温差采用较大值,那么当它与原有温差的比值为m,从流量计算公式知道,采用大温差时的流量降为原来流量的 (1/m)3。这时,水泵或风机要求的功率将减小到原来的 (1/m)3。可见,加大温差的节能效果是明显的。在满足中央空调精度、人员舒适和工艺要求的前提下,在支管不算多,大部分末端是全空气系统的条件下应尽可能加大送风温差。目前采用供、回水的温度差为8℃工况时,从主机到末端设备的匹配都已成熟。

因为水泵和风机要求的功耗大致与管路系统中的流速成正比关系,因此,要取得节能的运行效果,在设计和运行时不要采用高流速。此外,干管中采用低流速还有利于系统的水力工况稳定性。例如:改变风机的转速可以改变风机的性能参数,风机的功率与转速成三次方的关系,而流量与转速成一次方的关系,降低转速以降低流量的同时可以大幅度降低能耗。当流量减少1/3时,能耗可减少约70.4%,当流量减少 1/2时,能耗可减少约87.5%,且风机的效率基本不变,仍可稳定高效地工作。

3.3.3 变流量控制

冷冻水和热水循环系统采用变流量控制,并且对二次循环水泵采用变频调速和台数控制。冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、电动水阀一一对应联锁运行,冷源系统根据冷量 (用自动监测流量、温度等参数计算出冷量,自动发出信号)控制冷水机组的启停数量及其对应水泵、冷却塔的启停台数。风机盘管采用电动温控阀和三挡风速结合的控制方式等。

3.3.4 水系统设计

设计人员应重视水系统设计,认真进行水系统各环路的设计计算,并采取相应措施保证各环路水力平衡。认真核对和计算空调水系统相关系数,切实落实节能设计标准的要求值。

3.3.5 风管和水管的绝热材料和厚度

风管和水管的绝热材料和厚度要符合节能规范的要求,绝热材料尽可能选择传热系数小,气密性好的材料;空调供冷水管与风管设置隔汽层与保护层以进一步达到绝热效果。

3.4 风系统节能

3.4.1 空调末端

末端设备,要选用重量轻,单位风机功率供冷(热)量大,噪声低的设备。风机盘管采用电动温控阀和三挡风速结合的控制方式。如采用定风量全空气空调系统,采用变新风比焓值控制方式,新风量可按不同季节作调整,甚至全新风运行,以节省运行费用。如有可能采用变风量系统,从而系统的总设计风量可以减少。这样,空调设备的容量也可以减小,既可节省设备费的投资,也进一步降低了系统的运行能耗。另外,空调和通风风机采用变频调速控制,也降低了运行能耗。

3.4.2 热回收技术

采用热回收技术,利用排风对新风进行预热(或预冷),节约空调能耗。

3.4.3 新风利用

过渡季节尽量利用新风,可进行全新风运行,减少空调的运行。冬季内区的消除余热,可采用室外新风,减少能源的浪费。

3.4.4 分层空调和置换通风

在大空间采用分层空调和置换通风,尽量减少无效空间区域的能量消耗,只满足有效区域的舒适度。