浅析中央空调系统中的节能设计要点

摘 要：随着我国经济的发展，办公楼、大中型商场等建筑的大量兴建，中央空调系统在商业建筑中也得到了广泛应用。但商业建筑中央空调系统的运行能耗是十分惊人的。据统计，空调能耗约占建筑总能耗的30%～40%，节约商业建筑空调能耗刻不容缓。空调的节能潜力很大，关键是如何挖掘。为此，如何减少空调的耗能问题，应用更多的节能措施以降低耗能，成为设计人员必须要思考的问题。以此为出发点，本文从设计和运行管理两个阶段分别介绍了中央空调系统节能设计的节能措施，以供有关人员参考。

关键词：中央空调系统；节能设计；

0 前言

随着我国经济的不断发展，商业建筑的数量会越来越多。大型商业建筑为业主、消费者提供了一个舒适、安全的工作、购物环境。为了达到这一目的，在商业建筑中几乎都要配有空调系统、电气系统、给排水系统、消防系统以及智能化系统等。所有子系统的设计都需要配合建筑设计，进行合理布局，准确计算，以提高子系统的应用效率、建筑系统的整体利用率。商业建筑中的中央空调系统是建筑能源消耗中的大户，做好空调设计有利于实现建筑节能，满足现代社会发展需求。

1 中央空调系统节能评价标准

1.1 空调耗能系数

中央空调系统的节能评价是节能分析的前提条件。目前对中央空调系统能量有效利用的评价指标有以下两种：

（1）

（2）

由指标（2）可知，利用CEC的值可以判断中央空调系统的节能性。当对空调系统采取节能措施时，CEC的值的减小可以反映出系统能耗的降低。有人利用计算机对不同规模、不同地区的标准办公楼中央空调系统进行仿真模拟并得到楼宇CEC的仿真数值，数值显示，标准的中央空调系统一般在1.6左右，而节能型的CEC达到了1.1。

1.2 建筑物热特性评价标准

建筑物围护结构的保温性能是决定楼宇空调房间的冷、热负荷的关键因素。如果想要从根本上节约中央空调系统的能耗，就必须对围护结构的保温性能做相应的改善。部分国家和地区采用的是限制年负荷系数（PAL）这个指标来进行规定的。

（3）

2 设计阶段中央空调系统节能措施

2.1 新风负荷计算的合理优化

负荷的计算是空调系统设计的前提，新风的负荷要考虑系统末端的新风机、回风机、变风量风机、盘管风机等送风设备的运行控制方式。目前，很多办公楼都通过改变风机的转速来调节办公室的送风量。而用变频器来进行控制，不仅效果明显，而且灵活，便于控制，另外也可有效避免冷冻水水漫顶棚的麻烦，是实现中央空调风系统节能的根本途径。在进行设计的过程中还应该注意房间的人数，因为房间的人数直接决定了新风负荷的大小。调查显示，新风负荷占空调负荷约40%，所以新风负荷对总负荷的大小的影响是比较突出的。设计者按照自己的主观经验对房间人数进行估算，往往造成计算负荷值偏大。

图1 某办公室平面布置图（左）及装修平面图（右）

例如，图1左图是某办公楼中一间面积为80m2的办公室。假定工作人员密度为通常标准的5m2/人，估算得出该办公室总人数为80÷5=16人。图1右图是根据客户要求制作的室内装修效果图，该房间实际人员为12人。如果按照新风量30m3/人・h进行新风量估算的话，对前后两次计算结果对比分析，我可以发现夏季空调系统的新风量可以减少120m3/h。那么新风量的减少必然导致新风负荷的减少，随即空调系统总负荷也将减少。因此，在室内装修情况不明时，采用通常标准5m3/人进行负荷计算是不合理的，按甲方的实际需求，前一种情况下计算得到的负荷偏大了。

2.2 合理确定室内温、湿度

室内温、湿度对于办公楼空调系统的设计是考虑的因素。在忽略空调室外机计算参数的变化的情况下，夏季室内空气计算温度越低，房间计算冷负荷就越大，耗能也就越高。

采用冷负荷系数法计算空调系统的节能率尤为重要。随着室内温度的变化，节能效率呈相关性规律变化。室内设计温度每提高1℃时，中央空调系统就将节省6%的能耗。因为夏季室内设计相对湿度一般不会低于50%，所以我们以50%的湿度为基准。当室内湿度大于50%时，节能率随相对湿度呈线性规律变化，相对湿度每增加5%，可以节约能量10%。

2.3 做好水循环系统变频控制设计

通过实测发现，水泵选型不当的问题普遍存在。而在满足系统需求的情况下，合理选择水泵、输配系统能减少能耗。目前，变频调速技术应用于办公楼的水循环系统的设计最为常见。根据对实际工程的计算和比较，我们发现9个工程中的19台水泵额定工况与合理工况相比较，流量平均增幅为11.38%，扬程平均增幅为98.25%，说明在水泵选型过程中，流量增幅符合《实用供热空调设计手册》中的规定。

图2所示为冷冻水循环系统的变频控制。系统主要是在制冷机组冷冻水回水管上装设温度传感器，然后再与PID调节器、变频器组成闭环控制系统，通过外界的实际温度与冰冻水的温差来实现水泵变频的控制，以控制电机转速。另外，让冷冻水在风机组件中有足够的时间累积，释放与热负荷大小相当的冷量，可以降低水泵电机的负荷，大大降低其功耗。

图2 冷冻水循环系统变频控制简图

3 运行管理阶段中央空调系统节能措施

3.1 建筑结构节能设计

（1）合理的围护结构设计。建筑物的围护结构是空气能量传输的一大构造因素，因为在空调制冷之后的空气可以通过房间的墙壁、门窗等传递出，这样会对建筑的能量有很大的浪费。因此，做好围护结构的设计尤为重要。对于窗户面积大的办公楼，设计中可采用吸热玻璃、热反射玻璃、屋檐、遮阳板、窗帘等来减少办公室对热量的吸收，这样在一定程度上可以减少能量的损失。

（2）提高门窗气密性。对于办公楼而言，减少换气的次数，完善办公楼房间内的气密性，如增设密封条等，也能实现节能的目的。

4 结束语

随着经济社会的进步，我国商业建筑越来越多，建筑规模越来越大，对能源的消耗也越来越多，商业建筑中央空调系统是建筑节能工作的重点。实践证明，中央空调系统的设计阶段和运行管理阶段都具有很大的节能潜力挖掘空间。因此，大力实施和应用空调系统节能技术，不仅会取得较好的节能效益，也是实现国家节能减排目标的有效举措。

参考文献

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