中央空调系统能效评估研究现状综述

摘 要：中央空调系统能效评估是公共建筑能量管理的重要模块。本文首先阐述了中央空调用电的现状，然后介绍了中央空调的运行特点。在保证室内环境舒适性的前提下，以空调系统整体能效比最优为最终目标，对冷热源系统、输配系统、风机管盘系统等分系统的相关指标评估研究现状进行了介绍。

关键词：中央空调 能效评估 建筑能量管理能效比

中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（c）-0110-02

提高建筑物的能源利用效率，就是用有限的资源和最小的能源代价取得最大的经济和社会效益，满足人们日益增长的需求，走可持续发展的道路。在建筑能耗中，采暖空调节能是重点，占建筑总能耗的50%～70%。我国目前城镇民用建筑运行能耗占我国总发电量的22%～24%，北方地区城镇供暖消耗的燃煤占我国非发电用媒量的15%～18%（建筑能耗占全国商品能耗的2l%～24%）。夏季空调所耗电量在中大城市占夏季用电高峰负荷的30%～40%，大城市特大城市甚至占高峰用电负荷的50～60%。空调用电给电力供应增加了极大的负担。在夏季，全国大部分城市采用拉闸限电，给经济发展和人民的生活带来了巨大的影响。提高中央空调系统的总体能效水平，在满足室内环境舒适性的前提下有效的降低建筑能耗，是暖通空调行业的当务之急[2～4]。

1 中央空调工作原理[1～4]

中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。制冷系统为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性。

1.1 中央空调制冷原理

液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热、冷凝时的放热效应来实现制冷的。液体汽化形成蒸汽。当液体（制冷工质）处在密闭的容器中时，此容器中除了液体及液体本身所产生的蒸汽外，不存在其他任何气体，液体和蒸汽将在某一压力下达到平衡，此时的汽体称为饱和蒸汽，压力称为饱和压力，温度称为饱和温度。平衡时液体不再汽化，这时如果将一部分蒸汽从容器中抽走，液体必然要继续汽化产生一部分蒸汽来维持这一平衡。液体汽化时要吸收热量，此热量称为汽化潜热。汽化潜热来自被冷却对象，使被冷却对象变冷。为了使这一过程连续进行，就必须从容器中不断地抽走蒸汽，并使其凝结成液体后再回到容器中去。从容器中抽出的蒸汽如直接冷凝成蒸汽，则所需冷却介质的温度比液体的蒸发温度还要低，我们希望蒸汽的冷凝是在常温下进行，因此需要将蒸汽的压力提高到常温下的饱和压力。

1.2 水系统工作原理

水冷中央空调包含四大部件，压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器，制冷剂依次在上述四大部件循环，压缩机出来的冷媒（制冷剂）高温高压的气体，流经冷凝器，降温降压，冷凝器通过冷却水系统将热量带到冷却塔排出，冷媒继续流动经过节流装置，成低温低压液体，流经蒸发器，吸热，再经压缩。在蒸发器的两端接有冷冻水循环系统，制冷剂在此次吸的热量将冷冻水温度降低，使低温的水流到用户端，再经过见机盘管进行热交换，将冷风吹出。

1.3 风系统工作原理

新风的传输方式采用置换式，而非空调气体的内循环原理和新旧气体混合的不健康做法，户外的新颖空气经过负压方式会自动吸入室内，经过安装在卧室、室厅或起居室窗户上的新风口进入室内时，会自动除尘和过滤。同时，再由对应的室内管路与数个功用房间内的排风口相连，构成的循环系统将带走室内废气，集中在排风口“呼出”，而排出的废气不再做循环运用，新旧风形良好的循环。

1.4 末端系统工作原理

风机盘管空调系统的工作原理，就是借助风机盘管机组不断地循环室内空气，使之通过盘管而被冷却或加热，以保持房间要求的温度和一定的相对湿度。盘管使用的冷水或热水，由集中冷源和热源供应。与此同时，由新风空调机房集中处理后的新风，通过专门的新风管道分别送人各空调房间，以满足空调房间的卫生要求。

2 中央空调能效模型及指标体系

2.1 单位面积空调能耗模型

输入建筑空调系统的电、冷、热、燃油、燃气等能源均应计入该指标。单位面积空调能耗（ECA）的计算见式（1）：

式中：为单位面积空调能耗，单位为千瓦时每平方米（kWh/m2）；为能源i按能源品位折算成等效电的系数；为能源i的消耗量；A为空调面积，单位为平方米（m2）。式（2）可将单位面积空调电耗由等效电单位转化为标准煤单位[1]。

式中：为单位面积空调能耗，单位为千克标准煤每平方米（kgce/m2）；为 电折算成标准煤的系数，单位为千克标准煤每千瓦时[kgce/（kWh）]，的取值应按社会平均发电效率选取。

2.2 空调系统能效比模型

当输入空调系统的能源全部为电能时，该指标适用。

式中：为空调系统能效比；为空调系统设备（包括冷水机组、冷却水泵、冷却塔、空调系统末端设备等）的年电耗，单位为千瓦时（kwh）。该指标用于评价空调系统的整体运行效率[1]。

2.3 制冷系统能效比模型

当采用电驱动冷水机组时，该指标适用。

式中：为制冷系统能效比；为制冷系统主要设备（对采用蒸发冷却的水冷冷水机组而言，制冷系统包括冷水机组、冷却水泵、冷却塔；对风冷冷水机组而言，制冷系统仅包括制冷主机）的年电耗，单位为千瓦时（kWh）。

当系统采用水冷冷水机组，并采用蒸发式冷却塔冷却时，应采用式（5）计算：

式中：、、为冷水机组、冷却水泵、冷却塔能耗，单位为千瓦时（kwh）[1]。

2.4 冷冻水输送系数模型

式中：为冷冻水输送系数；为冷冻水泵总能耗，单位为千瓦时（kWh）。

该指标用于评价空调系统中冷冻水系统的经济运行情况。用于全年累计工况的评价，该指标的限值WTFchLV为30。用于典型工况的评价，该指标的限值WTFchLV为35[1]。

2.5 冷却水输送系数模型

式中：为冷却水输送系数；为冷却水输送的热量，单位为千瓦时（kWh）；为冷却水泵能耗，单位为千瓦时（kWh）。该指标用于评价空调系统中冷却水系统的经济运行情况。用于全年累计工况的评价，该指标的限值WTFcwLV为25；用于典型工况的评价，该指标的限值WTFcwLV为30[1]。

2.6 空调末端能效比模型及指标体系

式中：为 空调末端能效比；为各类空调末端（包括各类空调机组、新风机组、排风机组、风机盘管等）的年电耗，单位为千瓦时（kWh）。

该指标受空调末端类型影响较大，对不同的空调末端类型，该指标的限值如表1所示。

该指标用于评价空调系统中空调末端的经济运行情况。

3 结语

当系统冷源不同时，部分指标不适用，如表2所示。

空调系统经济运行评价综合指标体系结构如图1所示。

该指标体系完全适用于采用电驱动水冷式冷水机组的空调系统。

本指标体系分别给出了全年累计工况和典型工况的基准值，分别适用于节能评估（全年工况测评）和节能检测（单点工况测试）。导致冷冻水输送系数偏低的原因主要有三：冷冻水供回水温差较小、冷冻水泵扬程过大和冷冻水泵效率过低。导致冷却水输送系数过低的原因主要有三：冷却水供回温差过小、冷却水泵扬程过高、冷却水泵效率低[1]。

由于建筑类型多样、气象参数多变、空调系统类型多样，ECA和CCA两个指标无法给出统一的限值；但它们都是反映空调系统经济运行水平的重要指标，可在统计数据的基础上进行横向比较，也可用于运行管理人员自查，与历史运行情况进行纵向比较。

在实际应用可根据需要，选择部分指标进行检测和评估，一般来说，图1中上层的指标反映系统的整体特性，下层的指标体现具体问题。

参考文献

[1]GB/T 17981—2007，空气调节系统经济运行[S].

[2]http：//wenku.baidu.com/view/b9a7cae49b89680203d82544.html.

[3]http：//wenku.baidu.com/view/d204cc24a5e9856a5612603a.html.

[4]http：//wenku.baidu.com/view/2144b5a8dd3383c4bb4cd228.html.