中央空调系统的节能措施探讨

摘要：随着我国建筑行业的发展，中央空调系统的应用也日益普及。但由于中央空调系统的耗能量巨大，所以在如何节约能源以及提高效率方面就成为迫切需要解决的关键点。本文就空调设计和运行节能措施进行如下探讨。

关键词：中央空调；运行；节能；措施

Abstract: With China's construction industry, central air-conditioning system applications are also increasingly popular. However, due to the central air-conditioning system energy consumption huge, so how to save energy and improve efficiency has become an urgent need to address the key points. In this paper, air-conditioning design and operation of energy-saving measures are discussed.Keywords: central air conditioning; run; energy; measures

中图分类号：TU831.3+5 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

引言

中国地域广阔，自然资源丰富，毫无疑问是一个能源大国，但由于人口基数大，能源人均占有量就显得比较低。所以，如何减少能源的消耗，提高能源使用效率是社会发展需要解决的首要问题。随着我国社会经济的发展以及人民生活水平的不断提高，空调已经进入了千家万户的日常生活当中，空调用电量占国民用电总量的比例在不断上升，因此，空调系统的节能研究更有着重要的意义。与此同时，在空调系统的设计以及设备选型中通常以最大负荷作为设计需要，而实际运行中空调负荷则灵活多变，最小需求时甚至不到原设计负荷的10%，这就造成能源浪费严重的现象。所以空调系统应该如何适应在低负荷需求下高效节能运行以及在系统设计中如何对设备进行节能选配这就成为空调节能研究的关键点。

一、中央空调系统设计中的节能技术

于空调系统设计之初，即应把节能作为重要实现目标之一。实现空调系统节能的根本途径，就在于能够巧妙地运用室内外条件、维护结构以及空调设备间的相互作用关系，选择满足设备节能要求的方案，既要营造出舒适的室内环境，同时又要实现大幅度节能的最终目的。

1.空调系统冷热负荷设计控制

在中央空调系统的设计图制作阶段，必须进行热负荷以及单独的冷负荷计算。对负荷进行计算应该采用动态的计算方法，根据实际负荷需求情况选择适当的冷热源。由于空调系统冷热源以及设备在部分负荷下的性能对整体系统节能有着重要影响，所以在设备最初选型时，一方面要考虑到实际的设计需要，同时还应该着重考虑系统运行情况以及部分负荷时系统性能的影响。

假如空调系统的冷热负荷设计偏大，设备选型欠缺充分考虑空调系统的实际负荷特点以及设备性能，空调机组容量、水泵配置、管道直径、末端设备设计偏大等情况，都会导致投资、运行费用的增大。实际上很多建筑的空调系统都远达不到满负荷运行，即便是在最热月份仍会有闲置的空调机组。水泵选型过大亦或者水泵选配电机功率过大，在低效率状态下运行，浪费极大能源。在多台冷冻水泵并联运行时，如果没有根据供冷负荷的变化而调整开启台数，而是无论冷负荷多大，都是按照最大冷负荷开动冷冻水泵，同样会白白浪费了电能。

2.合理设置室内温度、湿度设计参数

由于每个人对于舒适感的要求都有比较大差别，所以对于空调舒适性可以设定一个范围比较宽的舒适区。在夏季供冷时，选取较高的室内的温度以及相对湿度；在冬季供热时，选取较低的室内温度以及相对湿度，这样就可以相应减少围护结构的传热负荷以及新风负荷，从而降低了空调系统能量消耗。

3.空调水系统设计控制

一般空调的水系统是定流量，设计水流量按最大冷负荷以及5 ℃的供回水温差来确定。而实际上普遍存在大流量小温差的现象，最大负荷出现的情况很少。绝大部分时间空调系统在部分负荷下运行，实际温差要小于设计温差，实际流量也比设计流量超过1.5倍以上，大大超过实际需要流量，因此导致水泵电耗大大增加。具体改善措施有一下两点：

（1）降低冷却水的温度。由于冷却水的温度越低，冷水机组的制冷系数相应就越高。一般情况下冷却水的供水温度每上升1 ℃， 冷水机组制冷系数就会下降4 ％。而降低冷却水温度就需要加强对于冷却塔的运行管理。首先，对于处在停止运行的冷却塔，其进出水管的阀门应该及时关闭。否则的话，因为来自停开的冷却塔的水温较高，混合后的冷却水水温就会相应提高，冷水机组的制冷效率就减低了。其次，在冷却水塔使用一段时间后，应及时进行检修，否则冷却塔的效率也会下降，不能有效地为冷却水降温。

（2）提高冷水的温度。由于冷水的温度越高，冷水机组的制冷效率也就越高。当冷水供水温度每提高 1 ℃，冷水机组的制冷系数就相应提高3 ％，所以在日常系统运行中不要随便降低冷水温度。首先，在系统中不要设置过低的冷水机组冷水温度。其次，一定要及时关闭停止运行的冷水机组的水阀，防止部分冷水通过旁通管路。否则的话，经过冷水机组运行中的冷水量就会大大的减少，导致冷水温度被冷水机组降到过低的程度。

4.合理控制以及利用室外风量

在有人员长期滞留的空调房间里，由于人们呼出二氧化碳气体量的不断增加，这将会逐渐破坏室内空气的正常比例，从而对人体呼吸道健康产生不良影响。所以，从满足室内人员卫生条件出发，必须保证为每个人提供一定量的室外新风。将新风从室外状态处理到送风状态下就需要一定的冷量或者热量，而这部分能量就被称做新风冷( 热) 负荷。在整个空调系统的总冷( 热) 负荷中，新风冷( 热) 负荷占有的比例很大，比如在我国主要空调使用地区的大型商场中，随着客流密度的变化，新风冷负荷于总冷负荷中所占有比例可以高达21%到42%。所以，在尽量满足室内人员卫生条件的前提下，减少新风冷( 热) 负荷是空调系统节能的重要举措之一。

在满足卫生条件的前提下，减少新风量或者依据实际需要采取变风量系统进行调节。有排风系统的条件下，可以利用室内能量对新风进行预热或者预冷处理，这都能够有效地减少空调系统的能耗。

二、中央空调系统运行的节能措施

1.利用建筑构造实现节能

（1）合理设计窗的构造。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，应考虑采用吸热玻璃、热反射玻璃或遮阳措施。

（2）提高门窗气密性。房间换气次数由0.8h降到0.5h，建筑物的耗冷可降低8%左右，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。

（3）使用环保、节能型建筑材料。使用环保、节能型建筑材料，可有效减少通过围护结构的传热这一主要的空调负荷，从而各主要设备的容量，达到显著的节能效果。当然，这可能会在一定程度上增大初期投资，这可通过合理的技术经济比较后确定。

2.制冷主机的节能运行

在空调系统中，主机能耗占总能耗60%以上，因此主机的节能运行是整个系统节能的重要环节。在空调系统设计中，主机都要按最大负荷进行设计，而空调系统对每个具体工况而言，都有一条最佳的特性曲线，满足这条曲线工作，主机效率最高，能耗最小，控制主机尽量满足其特性曲线，则可以达到节能的目的，常见的节能控制方法有：

（1）启停最佳控制。空调装置消耗的电能等于装置运行的时间和装置的容量的乘积，如果运行时间减少，消耗的电能就会按比例下降，对大楼不同场所的空调负荷进行详细的调查分析，寻找最佳启停控制方式。

（2）针对负荷分别选择主机功率，即根据空调实际负荷调节主机台数或选择主机功率。

（3）参数选择。在中央空调设计时合理设定室内设计计算温度和湿度避免夏季采用过低温度和冬季采用过高温度，设计中避免送风温度过低，因为当送风温度由18℃降到14℃时，在同样的房间温度下(26℃，相对湿度50%)，处理新风的能耗会增加25%。

3.水泵的节能运行

由于水泵在设备选型时大都留有余量,因此水泵的出水侧阀门都不会全开,有的仅能开到1/2这就造成了阀门的节流损失,同时由于阀门限制水量,使主机的制冷效果不理想,往往造成单机供冷不够,双机或多机时却在部分负荷下工作造成大量的电能浪费。在此，变频调速技术能使阀门全开,其节流效果良好。设计负荷运行时间约占总运行时间的(6--- 8)%，水泵的能耗很大，约占空调系统总能耗量的(15---- 20) % [5]。为此，采用变频变流量系统，使输送能耗随流量的增减而增减，具有显著的节能效益。但须注意的是，设计变流量水系统时，必须注意到各末端装置的流量变化与负荷的改变并不是线性关系，所以应考虑系统的动态平衡和稳定的问题，才能达到节能的最佳效果。

4 .冷却塔的节能运行

冷却塔的能耗在空调系统中所占的比例虽然并不大,但由于其使用频率高,累计能耗还是十分大的。冷却塔的设计也是按全年最不利工况进行设计的,如何改善其工作状况,实现节能的目的,同样具有重要的意义。

冷却塔冷却能力的影响因素有循环水量，水温，诱导风量，当地空气干湿球温度和空气中灰尘浓度等,在这些因素中,除空气中灰尘浓度无法控制(要靠管理人员勤于清洗)外,其它因素可以通过一些控制手段来改变冷却塔的工作状态,找出适合这些因素变化的最佳工作状况,从而达到节能目的。

（1）温度控制:利用热敏电阻联接温度调节器,控制冷却塔风机电源的通断,热负荷变化时,通过热敏电阻的检测,发信号给调温计,控制风机的开停,热负荷低于某种程度,命令风机停止运转,热负荷升高,则再让风机启动,从而达到节能目的,此方法目前应用最普遍。

（2）风机台数的控制:对并联配置的冷却塔而言,风量的调节可以通过风机台数控制来实现,根据实际需要来确定风机开启的台数。

5.降低水系统的隐性能耗

在空调系统中,冷却水，冷冻水两大水系统的节能,即如何降低水系统的隐性能耗,往往被人们所忽视。实际上,这两大水系统水的耗失量是相当大的,水的大量耗失,一者增大水资源的压力,二者也增加冷水机组，水泵和冷却塔的电能消耗,即隐性能耗。

（1）冷冻水系统的节能

冷冻水在空调系统中主要起着中间载冷作用在隐性能耗方面主要表现在,管路保温的冷量损失及冷冻水流失方面,其中后者往往被忽视，冷冻水流失绝大部分是因为排污阀，旁通阀失效或关不死所致。

（2）冷却水系统的节能

冷却水系统中水的流失主要在如下三个方面:(a)蒸发耗水。冷却塔内热水通过蒸发释放潜热而达到自身的冷却,在设计工况下,冷却塔内空气呈等温加湿变化,而空气吸收了冷却水的蒸发水分,从而冷却水水温降低。然而当冷却负荷减少而风量不变时,水分蒸发吸收的热量一部分来自空气,使空气的干球温度较之进口温度值下降。从系统的角度来讲,通过风机大量送风能降低冷却塔出水温度,有利于提高机组的性能,却增加了冷却塔的风机和水泵的电能消耗，机组冷凝温度的降低并不总是导致机组性能的提高,实际上机组的耗电指标随着冷凝压力的进一步降低有升高的趋势, 因而大风量导致的出水温度降低,并不能达到节能的目的。(b)控制飞水,节约水耗。空气将水(滴)带出冷却塔,造成水耗称为冷却水飞水,这是冷却水系统的另一种隐性能耗,其产生的原因主要在于循环水量过大。因此，在满足冷却水机组负荷的情况下,应适当调整循环水流量,调整播水器角度,清扫散水槽,适当调整风机叶片的角度是可以将飞水降至最低程度的。(c)排污换水消耗。尽管排污换水消耗是不可避免的,但是保持水系统清洁却可以减小换水的频率。

6.减少水侧污垢、腐蚀及青苔影响

水侧的水垢、腐蚀及青苔对制冷系统影响极大，这也是空调系统能耗高的重要原因。为了减少水垢、腐蚀及青苔对水系统的影响，除设备生产厂家应采取措施外水处理装置。国内外的实践证明，高频多段磁场能很好的对水质进行处理，因此空调设计应增设应提倡选用高频电磁多功能水处理装置。

7.新的节能技术的应用

为了使得空调系统更加节能,近年来国内外也有采用分散式机组中央空调系统和冰蓄冷中央空调系统的趋势,例如户式中央空调VRV系统等,在这些新系统中,采用了大量的新的节能技术，数码变容涡旋压缩机技术，双压缩机技术，制冷剂直接输送技术，制冷剂的智能分配技术，风机调速技术，高智能化控制技术等。但由于使用这些新技术的中央空调系统的初期投资大和各个城市分时电价实施情况不同等原因,故至今仍在全面推广之中。

8. 加强中央空调的管理

加强对空调操作人员的培训，提高管理人员素质，实行空调操作人员操作证制度。加强日常和定期的对设备和系统的维护。这就要求管理人员要加强空调制冷理论和实际操作经验的学习和提高，以保证机组的正常运行和设备的使用效率，才能在节能中有所作为。

三、结语

节能以及环保是实现可持续发展的关键所在。空调是我们的能耗大户，合理的设计、精心施工以及科学的管理对于空调节能都是至关重要的。节能技术的研究开发以及运用是中央空调系统节能研究的基础。在中央空调系统领域，舒适以及节能将成为当今建筑设计的基本课题。

参考文献：

[1]杨宏伟.对中央空调系统中节能有关问题的探讨[J].工程科技,2010.

[2]李龙.浅谈中央空调系统的节能设计[J].工程科技,2009.

[3]叶宁.中央空调系统的节能运行[J].工业技术,2012,.