建筑空调系统节能设计策略浅析

2015-04-23钱珠丽

科技视界 2015年11期

钱珠丽

（上海自由贸易试验区城市建设管理事务中心，中国上海200000）

空调系统作为建筑工程的重要组成部分，其在发挥服务功能的同时却消耗了巨大的能源，占建筑工程总耗能的比重较大。现下随着生活水平的不断提高，空调系统的存在对提高室内生活质量具有重要意义，空调系统使用越发频繁，同时产生的能耗也更多。为达到节能降耗的目的，需要结合建筑空调系统建设的特点，对各项影响因素进行分析，并在此基础上选择合适的措施进行优化设计，争取在不影响其服务功能的同时，降低系统运行能耗。

1 建筑空调系统能耗高原因分析

空调系统已经成为新型建筑工程的重要组成部分，对改善室内生活环境具有良好的效果，但是从实际运行情况来看，运行过程中会产生较大的能耗。造成空调系统运行高能耗的因素包括多个方面：

1.1 日常管理不当

对于很多写字楼或者商业中心建筑来说，在空调系统运行过程中，存在开窗通风以及机械排风等情况，导致室内外通风换气形成的冷负荷占到总冷负荷的50%以上[1]。

1.2 系统设计不合理

在建筑工程施工时，空调系统设计不合理，缺乏必要的调节手段，导致系统中水泵、制冷剂以及风机长时间处于低效运行状态，降低了能源利用效率。另外，在系统内各设备运行过程中管理不当，影响系统开关切换与匹配，也会在一定程度上增加能耗。

1.3 建筑外墙设计不当

现在很多建筑工程外墙结构都是选择用玻璃幕墙的方式，或者是窗墙比过大，且具有多个朝向。在建筑空调系统设计时，对结构内外区分设计不当，并存在设计负荷错误因素，导致空调系统运行存在冬季内区偏热、外区正常甚至偏冷的情况。对于建筑工程来说，内区在使用过程中，受灯光、人员以及设备等因素影响，受到室外气象因素的影响比较少，全年内区会长期处于冷负荷状态，需要空调系统常年供冷；而外区在使用过程中受到室外气象因素影响比较大，并且随着季节的变化，室内负荷也会出现冷、热负荷交替变化的情况，即夏季需要供冷、冬季需要供热。

2 影响建筑空调系统节能设计因素分析

2.1 缺乏创新意识

对于建筑空调系统的设计，首先应保证其基本功能的正常发挥，在设计时为保证系统运行安全，一般都会将参数设计的比较大，而这样设计也就增加了系统运行的能耗。例如，负荷计算值与实际值相差较大、冷热源设备装机量比较大、系统配置不合理等，都会对空调系统最终运行效率产生影响。在进行系统设计时，如果还是应用传统设计方案，即便是选择效率高的主机，整个系统在长时间的负荷状态下运行，也会降低系统的整体运行效率，增加系统运行能耗。另外，如果主机余量过大，同样会导致水泵等输送动力设备容量过大，整个管路特性远离最佳工作点，增加系统运行能耗。

2.2 设计方案生搬硬套

随着空调系统应用范围的增大，现在已经形成了相对完善的设计体系，存在大量的成功设计案例。这样就导致很多建筑空调设计人员在设计时，选择一个成功案例生搬硬套到本工程中，并不能结合实际需求对空调系统运行原理以及运行特点进行深入的了解，影响系统最终设计效果。另外，也存在部分设计人员为追求新技术、新设备、新方案，在没有进行综合分析的情况下，盲目应用各项新技术，不但不能起到节能降耗的效果，而且还会增加系统设计成本。

2.3 综合设计效果低

很多建筑空调系统在进行设计时，只是以设计工况来作为依据进行设计，并没有考虑全年空调系统节能运行需求，设计完成后综合应用效果低。例如，未充分利用新风供冷，在设计时仅要求降冬、夏两季的新风负荷，将新风口以及空调机组新风入口按照冬、夏两季风量设计，最终使得过渡季节系统运行时还需要开启冷水机组，造成空调能耗增加。

3 建筑空调系统节能设计优化策略

3.1 降低设计负荷

建筑空调冷热负荷主要包括通过玻璃窗日照形成的负荷、通过围护结构传热形成的负荷、处理新风形成的负荷以及室内热源散热形成的负荷等，其中围护结构传热消耗的能量占据系统总能耗的40%左右，处理新风所需能耗大约为系统整体能耗的30%-40%左右[2]。就建筑空调系统设计现状来看，很多设计人员在进行系统设计时，基本上都是以符合指标作为依据进行估算，并且为满足安全需求，将最终确定的负荷参数设计地比较大，使得系统内各设备容量远远大于实际运行需求，出现大马拉小车的情况。此种设计方法不但不可以达到节能效果，反而还会增加投资，因此在进行设计时，应结合实际需求来适当降低设计负荷，提高空调系统冷热负荷的合理性与准确性。

3.2 合理确定空调形式

在确定空调形式时，应以建筑工程规模、用途、使用特点以及负荷变化等因素作为基础，保证各项参数设计的合理性。空调形式的分类有很多种，如以空气处理设备位置为依据，分为集中系统、分散系统以及半集中系统；以负担室内负荷所用介质为依据，分为全水系统、全空气系统、制冷剂系统以及空气与水混合系统；以集中系统处理空气来源为依据，可以分为封闭式系统、混合式系统以及直流式系统[3]。对于空调形式的选择，需要保证其满足建筑工程使用要求，并且要尽量降低投资成本，并以降低能耗为主要依据。

3.3 合理设定温湿度参数

空调系统能耗与工程当地气象参数、室内散热散湿量以及在建筑围护结构等因素有着直接联系，并且设定的室内温湿度参数会直接影响到冷负荷大小。在对室内温湿度参数进行设定时，应在满足人体健康与舒适性的条件下进行设计。如夏季室内空气温度提高1℃，则可以降低空调系统能耗10%左右，并且如果将湿度提高10%，则可以降低能耗15%左右。因此，在夏季对空调系统进行设计时，温湿度参数应以较高的干球温度与相对湿度为依据进行确定，而对于冬季采暖设计时，温湿度参数则以较低干球温度与相对湿度为依据，这样还可以降低维护结构传热负荷以及新风负荷，达到降低能耗的目的。

3.4 应用热回收装置

空调系统新风引入时会排出一部分的室内空气，并且大气温度与排出气温度存在一定的温差，例如制冷时室内温度为25℃，室外温度为37℃，则将25℃气体排入大气会带来能量损失，通过应用热回收装置使得新风在处理前与排出气进行热交换，更进一步的降低新风温度。通过此种设计，就可以更有效的降低新风机组负荷，达到降低系统运行能耗的目的。