中央空调系统节能设计与运行浅析

摘要：随着经济的发展和人们生活水平的提高，能源问题已成为当今世界的一大难题。目前我国许多城市都出现了不同程度的电力缺口。笔者根据自身多年的设计、施工经验，简要分析中央空调系统的节能方法。

关键词：空调系统；系统设计；运行管理；节能方法

Abstract: With the development of economy and the improvement of people's living standard, the energy issue has become a great problem for the world today. At present a lot of city of our country have emerged in varying degrees of power shortage. According to the design, the construction experience, energy-saving central air conditioning systems are briefly analyzed in this paper.

Key words: air conditioning system; system design; operation management; energy saving method

中图分类号：TU831.3+5文献标识码：A 文章编号：

中央空调系统的节能与否主要取决于以下三个方面：1.空调设备的节能性能；2.空调系统的节能设计；3.空调系统的节能运行。空调设备的性能取决于设备的本身，不同厂家生产的设备其节能性能是有差别的，本文不作该部分的分析。空调系统的节能性能的优劣取决于空调工程设计人员的设计水平，而空调系统投入运行后的运行管理水平的高低也对空调节能性能有一定的影响。重视空调系统的设计与运行管理可最大限度地降低空调系统的能耗。笔者现就这两方面谈谈自己的浅见。

1、节能空调工程设计中的关键点

1.1负荷计算要准

空调负荷主要包括：由于室内外温差通过围护结构传热引起的负荷，日射得热引起的负荷，室内设备及人员散热引起的负荷，新风引起的负荷，物料散热量及散湿过程的潜热量等。

在目前的空调工程设计中，冷负荷设计值过大的问题非常普遍。据调查数据显示，许多空调建筑即使在最热的季节，仍有1/3 的冷水机组是不运行的，有的甚至高达1/2。设计冷负荷是选择设备的主要依据，所以正确地计算建筑冷负荷对整个系统的设计十分重要。然而，目前国内的空调设计造成大量的设备闲置，对此设计冷负荷取值过大是其中主要原因。

设备选型要准

冷水机组是整个空调系统的核心部分，也是最耗能的部分。因此合理选择制冷机的类型、台数及制冷量显得尤为重要。

不同类型的制冷主机有不同的性能曲线，有不同的高效区。设计人员在选择主机时应根据建筑物的具体特点去选择，尽可能使项目在实际运行时大部分时间都落在主机性能曲线中的高效区。

在中央空调系统中，担负着输送媒介的动力部分--水泵的能耗也占据相当大的比重，因此其节能潜力也较大。

目前，有些工程冬、夏季使用同一循环水泵，但是空调系统的水流量随空调负荷的增大而增大，随供、回水温差的增大而减小。我国夏热冬冷地区，一般夏季空调冷负荷大于冬季热负荷，而夏季空调供、回水温差为5℃，冬季空调供、回水温差为10℃ (除直燃式机组、热泵机组外)，因此夏季空调水流量比冬季大得多(至少大 1 倍 )。所以水系统的布置、系统运行工况、管路和设备的选用应从节能、安全性和维护管理等方面综合平衡后进行合理的考虑和安排。

在空调工程水系统设计中，首先优选同程式系统，它不仅确保设计质量和方便管理，而且对于今后由于大楼局部使用功能发生变化为空调系统改造带来很大的方便；关于异程式水系统，在空调工程设计中应采取谨慎的态度，首先该系统必须是小系统或者是局部异程系统，其次还需要对系统作仔细的水力计算，对一些支管上还需增加一些平衡阀来调节压差，以实现水力平衡。在冷冻水、冷却水系统中，不论大小系统应尽量优先考虑机、泵一对一系统，它不仅有利于冷水机组的稳定运行，而且对系统的管理、节能、自控都会带来很大的好处。我们知道，在空调设备运行中，水泵的能耗一般均占系统总能耗的15%-20%，如果在系统负荷发生变化时停掉一台冷水机组，同时其相应的水泵也停掉一台，其节能效益是非常可观的。对于泵与冷凝器不对应的来说，应该在每台冷凝器及冷却塔的供水管上装电动蝶阀并与其冷水机组联锁控制，否则这种系统不宜采用。

1.3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。

1.4空气处理及气流组织要合理

首先，要选定合理的空气处理方法，防止空调房间在供冷时过冷、过湿，在供暖时过热、过干燥。在规划系统时应将空调房间合理分区，在不得已必须合并在一个分区的情况下，必须设有随负荷变动的自动装置。并且要防止再热损失，设计和运行中应防止冷却后再加热、加热后再冷却、除温后再加湿、加湿后再除温等重复的、互相抵消的空气处理手段，为避免发生这种情况，在设计时应充分考虑部分负荷特性，选用合适的设计风量。在运行中，调整室内温、湿度波动的设定范围，改变空调房间的送风量。

其次，要提高输能效率，利用变流量技术降低运行能耗，采用输送效率高的载能介质，选定合适的送风温度等，可考虑气流场、温度场、湿度场分布等，选定合适的水温度差可考虑供冷时制冷设备的效率等。水泵和风机要求的功耗与管路系统中流速的平方成正比关系，因此，要取得节能的运行效果，在设计和运行时不要采用高流速。节技术在各种改变风机(或水泵)流量的调节方式中，采用电机变速调节方式，设计时尽可能采用变风量设计或变频调节，使用时可视房间负荷变化切换风机风量，运行期可获得节能效果。

2、空调系统运行过程中的节能因素

在空调系统的设计及设备选型中均以最大负荷作为设计工况，而实际运行中空调负荷则随多种因素而变化，最小时甚至还不到设计负荷的10 %，正由于实际运行状态与设计状态有偏离，因此，空调系统在投入运行后的运行管理对系统的节能也起着不可忽视的作用。

运行过程中的节能主要可从以下几个方面入手：

2.1. 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。

2.2. 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) % 。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。

2.3. 冷却塔的节能运行

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。

2.4. 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。

3、结语

空调运行节能是整个空调系统节能的非常重要的环节，只有掌握好空调节能的有关知识，不断研究和开发利用节能技术，才能最大限度地节省资源，降低运行能耗。