浅析办公楼空调系统的节能设计与管理

李琳 孙伟华

摘 要：为更好实现空调节能，本文对建筑空调系统节能设计方面存在的问题进行了分析，并提出了节能设计和空调优化管理的方案，以期促进空调系统节能的不断优化和提升。

关键词：节能减排；空调系统；节能设计；动力能耗

一、前言

随着国民经济的迅猛发展和人们生活水平的不断提高，空调系统的使用越来越普及，空调系统的运行能耗也越来越大，特别是在公共建筑中。一般宾馆、写字楼空调能耗约占总能耗的30%～40%，大中型商场空调能耗占总能耗的 50% 以上。2009 年夏天出现了几十年来罕见的炎热天气，空调耗电量显著地增加，许多大中城市电力供应紧张，甚至采取“拉闸限电”的方法。我国很多城市夏季用电紧张的情况主要是空调系统用电导致的。因此，如何改善和提高空调系统运行效率，减少能耗，这是我国空调业发展一个急需解决的问题。在设计和应用空调系统时要提高节能意识，充分合理运用各种节能方法降低空调系统能耗，这对节能减排有非常重要的意义。

二、空调系统设计方面存在的问题

1、照搬空调系统设计经验

许多设计人员对空调系统的原理和运行特点缺乏深入的了解，在做空调系统设计时，往往简单地照搬以往的设计经验。有些设计人员盲目追求采用新技术，在设计过程中不考虑节能效果。

2、设计过于保守

设计时出于安全考虑，设计参数偏大，从而降低了系统的节能性。例如，负荷计算取值偏离实际值较大，冷热源设备装机容量偏大，水泵选型偏大，系统配置不合理。即使选择效率再高的主机，但如果长期在部分负荷下运行，其总体效率仍然不高。另外，主机余量过大也会导致水泵等其他输送动力设备的容量过大，整个管路特性远离最佳工作点，使得总体能耗过大。因此，在空调系统设计过程中不应太保守。

3、静态设计

静态设计是指仅根据设计工况下进行系统设计，而没有从全年空调系统节能运行的角度出发；未充分考虑利用新风供冷，仅仅考虑减小冬、夏两季的新风负荷，而将新风口及空调机组的新风入口按照冬、夏两季的风量设计，使得过渡季节仍需要开启冷水机组，这也会导致空调能耗增大。

4、空调节能管理有待优化

在空调系统的运行管理中也存在一定的问题，如在实际操作中未采用空调的自控系统，而大多数都采用手动操作，这样就会造成控制参数的滞后，加大能源的浪费；尽管当前大部分的建筑都与空调设备公司签订了定期清洗空调设备的合同，但在空调安装实际使用后，空调设备公司并未严格按照合同执行，进而造成空调系统运行阻力的增大，使得空调系统的运行能耗不断加大。

三、空调系统节能设计和优化管理的措施

1、降低系统设计负荷

一般情况下，空调的冷热负荷是由处理新风形成的负荷、玻璃窗日照形成的负荷、室内热源散热形成的负荷、传热形成的负荷等共同组成的。目前，在空调系统设计中，大多数设计人员以负荷指标估算的方法作为系统设计的标准，为了保障空调的安全运行，经常出现指标过大的情况，最终导致其负荷大大超过了实际需求。要想解决这种问题，在实际系统设计过程中就要先计算空调系统所消耗的冷热负荷，得到正确的计算结果后取最合适的值进行设计，并要排除设定过大的情况。

空调系统形式的选择也非常关键，要与建筑物的规模、用途、使用特点进行结合，各项指标都应当在能源状况以及气象条件的范围内，这些条件一般要通过技术经济进行比较来确定。通常情况下，以负担室内负荷为基础可以将空调系统分成以下几大种类，全水系统、全空气系统、制冷系统等；按照空气处理设置的位置情况可以分为班级中系统、集中系统、分散系统等。在选择空调系统形式时应当注意，要与空调的使用要求和空调的使用原则相互符合，从而做到系统运行更加合理、空调耗能不断减少、空调投资较低等。

2、确定合理的新风量标准

在空调系统中输送的新风量越少，则处理空气所需要的冷量就越少，因而该空调系统就越经济。但是，新风量的减少不是无限制的，在满足室内卫生要求的前提下，应利用有效措施适当地控制新风量。大型公共建筑多采用集中式或半集中式空调系统，其新风量标准的确定是影响能耗的一个关键因素。

（1）冬季、夏季取用最小新风量，过渡季节增大新风量对于夏季需供冷、冬季需供热的空调房间，室外新风量越大，系统能耗越大。空调系统冬夏取用的最小新风量，是满足室内卫生要求的前提下，用于稀释有害物、补偿局部排风，保证空调房间一定正压值而确定的。在过渡季节，随着室外空气焓值的变化，通过调节新风阀和一次回风阀来改变新风和回风的混合比，可以利用室外新風的冷量来推迟和减少使用制冷设备的时间，节省制冷系统的能耗。在冬季和过渡季节，对于那些室内周边负荷影响小，而内区发热量较大的大型公共建筑，如剧场、会堂、大型商场等，室内需要供冷风。这时要充分利用室外新风的冷量，可全部引入室外新风，减少制冷设备的使用时间和运行能耗。

（2）检测 C O2浓度，控制室外空气的取入量，根据室内人员的变化，增减室内新风量。室内空气的卫生要求，一般是由室内所允许CO2浓度来确定的，因此，检测 CO2的浓度，是确定新风量的一个重要依据。而 CO2的浓度又与室内人员的数量有关，因此，应根据室内人员的变化和检测得的CO2浓度来确定不同时间段室内所需要的新风量。使用自动控制 CO2浓度的方法，一般可节约 30% 左右的空调负荷。

3、空调系统的控制管理

近些年，随着计算机、网络技术的迅猛发展，空调系统的硬件和软件技术也有所提高。许多空调系统引入了先进的软件体系，通过中央监控对空调的长时间运行进行监控，从而达到了节能的目的。这种系统可以在线对空调的回风进行检测，并且控制空调的新风量，不仅能够保证室内通风卫生，而且能够达到节能的目的。除此之外，一些计算机系统还能帮助空调进行室内外气象以及湿热负荷的测定，并且根据气象条件控制空调系统，使其一直保持在最节能的状态。

4、确定合理的空调系统形式

选择空调系统形式时，应根据建筑物的用途、规模、使用特点、负荷变化情况与参数要求、所在地区气象条件与能源状况等，通过技术经济比较来确定。空调系统有以下几种分类：按空气处理设备的位置情况分为集中系统、半集中系统、分散系统；按集中系统处理的空气来源分为封闭式系统、直流式系统、混合式系统；按负担室内负荷所用的介质分为全空气系统、全水系统、空气-水系统、制冷剂系统。选择空调系统形式要在满足总原则和使用要求的前提下，尽做到一次投资省、系统运行经济、减少能耗。

5、减少输送系统的动力能耗

动力能耗主要是指空调系统运行中风机和水泵所消耗的电能。风机、水泵电耗一般占空调总电耗的 30%～50%，存在很大的节能潜力。采用科学合理方法使之降低，对整个空调系统的节能有十分重要的意义。具体的技术措施如下：

采用大温差供回水若系统中输送冷（热）量的载冷（热）介质的供回水温差采用较大值，则当它与原温差的比值为 N 时，从流量计算式可知，采用大温差时的流量为原来流量的 1/N，而管路损耗即水泵或风机的功耗则减小为原来的 1/N2，节能效果显著。故应在满足空调精度、人体舒适度和工艺要求的前提下，尽可能加大温差，但供回水温差一般不宜大于8 ℃ 。

选用低流速水泵和风机的功耗与管路系统中流速的平方成正比，故采用低流速能取得较好的节能效果。且有利于提高水力工程的稳定性。

提高输配系统的效率设计时合理的选择水泵的扬程，如果扬程过高时，靠减小阀门开度来调节系统的水力平衡，使得系统的能耗过多的消耗在阀门和过滤器上。适当采用二级泵系统。在送风系统中设计时应尽量维持风机工作在高效区。

四、结束语

本文介绍了办公楼空调系统设计的几个节能措施，对如何改善与提高空调系统工作效率和减少能耗进行了探讨。如果设计人員把节能设计思想贯穿于设计中，充分合理运用各种节能方法与措施，综合分析各种影响因素，选择经济合理的节能方案，提高暖通空调系统的能源利用率，可以从根本上扭转公共建筑用能严重浪费的状况，为实现国家节能减排和保护环境的战略做出应有的贡献。

参考文献：

[1]谷丽静.大型公共建筑空调系统的节能设计与优化管理[D].西华大学，2010.

[2]刘战国.智能控制在建筑空调控制系统及电梯群控系统中的应用研究[D].重庆大学，2008.