空调节能研究与探索

摘要:随着社会的发展,能源日益短缺,而建筑业能耗占能源总消费量中的30%左右,节能已经成为整个社会的研究热点。文章主要探讨了空调系统节能的研究现状,并阐述了空调节能改造的主要技术。

关键词:空调节能;冷水大温差设计;空气输送;设计负荷;自动控制

中图分类号:TM921文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)03-0110-02

总体来说,建筑节能是指节约采暖供热、空调制冷、采光照明以及调节室内空气温度、湿度、改变居室环境质量的能源消耗。在公共建筑的全年能耗中大约有20%～30%用于照明,50%～60%用于空调采暖和制冷系统。如何减少空调系统能耗来降低整个建筑能耗是一个重要问题。

一、空调系统节能现状分析

(一)空调冷热源系统

在整个空调系统能耗中的能耗比率大约为50%。为保证空调冷热源系统正常运行,在满足技术要求的前提下尽可能节省能耗,采用可靠的自动控制技术是关键。常用的制冷机组有离心式压缩冷凝机组、溴化锂吸收式直燃机组、螺杆式压缩冷凝机组、活塞式压缩冷凝机组、溴化锂吸收式蒸汽机组。像离心式制冷机组、螺杆式压缩冷凝机组的能耗比较高,所以在设计时最好选此类能耗高的机组,并且此类机组耗电较少。

从能源的角度来看,我国虽然能源总量很大,但由于人口众多,人均能源拥有量不高,能源供应相对较为紧张。这就要求我国空调的发展必须注重节能性,一方面要注重能源的综合利用,另外一方面要注重提高机组本身的能效比。在一些有废热可供利用的地区应充分利用废热节能,提高能源利用率。

(二)空调机组及末端设备

风机盘管主要由离心式风机和换热盘管组成,是最常用的空调机组和末端设备,广泛应用于商店、办公室、宾馆、住宅、医院等工业和民用中央空调场合,来满足降温、去湿和采暖要求。作为中央空调设备的附属产品,风机盘管通常会以捆绑方式进行整体招标或销售,因此,约克、麦克维尔、特灵、美的、格力等国内外中央空调生产商都会提供风机盘管供客户选择,高中低端产品较为齐全。从理论上讲,针对不同冷负荷、不同使用要求的空调场合,应该选用不同风量、不同焙差的机组,才可能取得最佳空调效果。

尽管风机盘管行业发展相对成熟,产品生产制造门槛较低,但是由于其属于中央空调的末端设备,产品质量和特性直接影响最终使用,且用量较大,其节能性已越来越受到关注。因此,近年来风机盘管开始向静音、节能、舒适度、个性外观等方向发展。若提高国产风机盘管的总体水平,首要是提高暗装机组的送风静压。按我国现行行业标准生产的风机盘管,都具有低静压、高焙差、送风温差大、性能单一、风量不发足、实际性能与名义参数不符等缺点,达不到空调设计规范要求,使用中很难取得理想的空调效果。暗装机组约占风机盘管销售量的70%～80%以上,暗装机组的性能则代表了风机盘管产品的总体水平。我国行业标准(JB/T4283-91)《风机盘管机组》中对产品的风量、供冷(热)量、单位风机功率供冷量、噪声、水阻力等参数都要作出统一规定。风机盘管(无静压机组)的名义风量要在盘管不通水、进出口静压差为零的条件下进测试。

目前我国厂家按行业标准生产暗装装机组,都属于无静压风机盘管,不仅送风静压低,实际风量严重不足,而且产品体积和重量都偏大,一般要比国外同型号产品大出50%～100%,原材料和能源消耗都远远高于国外产品。风机盘管空调系统是目前应用最为广泛的一种空调系统形式。为适应全年不同季节空调冷负荷的变化,采用不同的冷水温度,可以达到空调系统运行节能的目的。好在这一现象已经引起国内生产企业的足够重视,同时采取了相应的技术措施。

(三)水或空气输送系统

空调系统中水和空气的主要输送设备是水泵和风机。空调水系统的水泵节能调节主要是通过阀门调节和变频调速调节的方式。空调系统全年运行所耗的电量约占总用电量的40%以上,而其中空调水泵的运行能耗又约占空调总耗电量的20%～25%左右。风机包括空调风机以及其他的送风机、排风机等,这些设备的能耗在整个空调系统中的比例也是比较大的。做好泵和风机的节能设计是非常重要的。减少水泵能耗除了做好水管的保温外还要提高提高水泵效率、减少阀门、滤器的阻力、设定合适的水流量。中央空调泵组节能控制设备既可以满足工艺要求,又可以减少电量的的消耗,从而降低成本,提高经济效益。

阀门是调节管路阻力特性的主要部件,由于阀门阻力会增加水泵的扬程和电耗,应尽量避免使用阀门调节阻力的方法。空调系统中水流量是由空调冷热负荷和空调供回水温差决定的,供回水温差越大,空调水流量越小,水泵电耗越小。降低冷却水水损,改善环保。

二、空调节能改造的主要技术

(一)设计负荷的精准

计算确定室内空气温湿度参数和精准计算所需要的设计负荷是建筑节能的首要因素。有研究表明,在上海、南京等一些地区夏季室内温度每降低1℃或冬季提高1℃,暖通空调工程的投资约增加6%,其能耗将增加8%左右。对于舒适性空调,可用下面经验公式确定夏季室内允许的最低温度,即:tn=22+(tf-21)/3;式中tf为当地夏季室外通风设计温度。如南京地区tf=32.5℃,则tn =22+(32.5-21)/3=25.8℃;《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2001)也规定,夏季室内温度取26℃～28℃,冬季取16℃～18℃,设计时,在满足要求的前提下,夏季应尽可能取上限值,冬季尽可能取下限值。

除了室内设计温度外,合理选取相对湿度的设计值以及温湿度参数的优化也是减小设计负荷的重要途径,特别是在新风量要求较大的场合,适当提高相对湿度,可大大降低设计负荷,另外要杜绝“大马拉小车”不节能现象。在设计中央空调系统时,因为往往不进行详细的负荷计算,而是采用负荷指标进行估算,并且出于安全的考虑,指标往往取得过大,结果造成了系统的冷热源、能量输配设备、末端换热设备的容量都大大的超过了实际要求,因此从实际负荷需求出发,对设计负荷精准计算不仅可以节省初投资,更是运行节能的重要前提。

(二)变风量变水量系统

空调风系统采用变风量系统,采用定温度,变风量空调方式,使室内送风量随负荷的增减而变化;同时,空调器处理风量和送、回风量也同步相应变化。在实际工程中,设计人员在选取水泵时过于保守,使得所选的水泵流量扬程偏大,只有通过关小水泵出口的阀门,无谓的能量消耗在阀门上,并且有可能使水泵电机过载。在实际运行过程中,虽然水泵变频前后的工作点很难满足相似条件,水泵耗功随水量的三次方比例减小也就很难实现,但是水泵耗功远比定流量系统要小。虽然变频水泵会增加变频器的一次投资,但由于水泵运行费用的大大下降,其投资在1～2年内就可以回收。变风量空调系统是通过改变进入房间的风量来满足室内变化的负荷,当房间低于设计额定负荷时,系统随之减少送风量,从而降低了风机的能耗。在众多空调系统形式中,全空气集中空调是最重要的系统形式之一。它以空气品质高,温、湿度控制精确、易调整新风比等优点。从而维持室内的温差。

(三)合理利用新风

为满足卫生和舒适性的要求,在不同的建筑中对新风量有不同的要求。研究结果表明,新风负荷一般占建筑物总负荷的约30%左右,所以,控制和正确使用新风量是空调系统最有效的节能措施之一。除了严格控制新风量的大小之外,还要合理利用新风。有研究表明,一些地区在春秋两个季节,差不多有三个月的时间,可以利用新风的冷量,采用新回风混合或是全新风来供冷,而不用开冷冻机。分析结果表明,新风量如果能够从最小新风量到全新风变化,在春秋季可以节约近60%的能耗。全年累计变新风量所需的供冷量比固定的最小新风量斯需的供冷量少将近20%;所以充分利用低温室外新风的节能效果是很明显的;此措施的投入比较小,但是对节能的效果可能是非常明显的。

(四)空调系统自动控制

空调自控系统可以使建筑内环境更舒适、设备运行更可靠、能源利用更充分,是现代楼宇空调系统重要的组成部分。如果不对空调的运行设备,特别是中央制冷系统进行相应的调节,那么将会影响整个空调系统的调节品质,造成浪费能源,并且这些设备也不是在最佳环境下运行,不仅不能达到舒适性的要求还增加费用。随着室外气象条件的变化和室内负荷的变化,空调区域的温、湿度发生了很大的波动,常常会超过允许的变化范围。对空调系统采用变水量、变风量、变送风状态点、变新风/回风比等多种控制措施,可以减少能耗,使空调系统自动运行时达到最佳节能效果。

三、结语

空调系统的节能是从减少冷热源能耗、输送系统的能耗及系统的运行管理等方面进行考虑的,为实现我国可持续发展战略,节能是非常重要的,充分利用各种节能技术措施,选择合理的节能技术方案,从而达到更好的效果。

参考文献

[1]赵刚.建筑节能与节能设计[J].科技情报开发与经济,2006,15(13).

[2]李振霞.国内外建筑节能的比较研究[D].天津:天津大学,2005.