现代大楼中央空调系统节能探讨

[摘要]现代大型楼宇为了提高舒适性,大都采用了中央空调系统,而中央空调系统能耗却占了大楼总能耗的60%以上,因此空调节能研究是必要的。本文通过分析空调系统能耗的构成和运行方式及管理的优化,探讨出了一些切实可行的节能途径。

中图分类号： TE08文献标识码： A

[关键词]中央空调系统、节能

现在空气调节系统创造的热湿环境带给人们的舒适和健康的同时,却使人类付出了消耗能源和环境污染的代价.据统计,空调系统的能耗所占比例为50%,所消耗的电能或热能多数来自独立的工业锅炉或热电厂,燃烧排放则造成环境污染,加剧了温室效应.因而,如何解决满足室内环境舒适性与能源消耗和环境保护之间的矛盾,是一个非常重要的问题.空调系统的节能取决于空调系统合理的设计、科学的运行。

一、室内设计参数确定

在同时满足建筑内人体舒适性和节能要求的前提下,尽量降低室内参数标准.空调房间的室内温度湿度基数应尽量冬季降低,夏季提高.夏季温度不宜低于27℃ ,相对湿度不宜高于60%;冬季温度不宜低于20℃ ,相对湿度不宜低于40%.若各个房间使用功能不同,还可以更灵活。

二、冷负荷计算

我国在1982年经评议通过了两种新的冷负荷计算方法:谐波反应法和冷负荷系数法.两种方法都合理地考虑了显热得热中辐射成分转化为冷负荷时的幅度衰减和时间延迟作用,这对于正确计算空调设计负荷,从而节能降耗具有重要意义.但是,该方法提供的数据适用于传统重型和中型结构,而缺少新型建筑墙体的数据.设计时最好应充分考虑并合理采用相近数据.还可以采用计算软件使计算更加快速准确.另外,目前我国的现状造成很多设计都依靠估算.尽管各种估算的方法都有一定的理论或经验依据,但是,估算本身的实质就是将各项冷负荷峰值与围护结构冷负荷峰值简单相加,从而使计算结果过于安全.

三、空调系统的隐性能耗

由于密封工艺不够或疏于管理,常使水系统水量大量流失,这就是所谓隐性能耗,不仅浪费水资源,也极大地增加空调系统的显性额外能耗。以往,研究空调系统能耗时往往忽视这个问题。

四、设备的节能运行

设备节能运行主要包括制冷主机、水泵、冷却塔等.

空调系统主机选择依据是最大负荷,但实际运行多为部分工况.为了达到节能目的,必须使主机工况处于高效范围内.首先要针对负荷特点选择主机,即根据实际空调负荷调节选择主机功率或主机台数.例如可以采用大主机和小主机组合,高峰时使用大主机,负荷较小时使用小主机,既节能又保护主机.另外,还可以在详细分析不同功能房间空调负荷特点的基础上,常用的方法有:在详细计算分析建筑内不同使用功能场所冷负荷特点的基础上实现启停最佳控制;根据空调系统负荷特点选择主机台数或功率,比如可以采用大主机和小主机组合的方法,高峰负荷时使用大主机,低峰负荷时使用小主机,既节能,又可以保护主机;采用控制运行参数(运行功率)和控制冷热水出口温度的组合方式;变风量运行(本方案比较先进,但是由于投资大,目前较少采用)等.

水泵选型余量过大可能导致出水侧阀门多数处于半开状态,由此增加了阀门的节流损失.实际运行中又因为水量不足,导致制冷主机单机供冷不足,多机运行处于部分负荷,电能浪费严重.这一问题可以对水泵应用变频调速技术,阀门可以处于全开状态,减少节流损失,节电效果明显.

在需要全年供冷的情况下,在冬季可以采用冷却塔代替冷水机组直接为空调供冷水.若具有独立的冷却水系统,最为理想的方式为冷却水系统采用闭式(蒸发式冷却塔).具有以下优点:冷却水系统和冷水机组系统水质要求基本相似,流动阻力接近;冷却水系统和冷水机组系统切换阀门只需两个,所需管路较短.操作相对简单,管理方便,效益显著.影响冷却塔冷却能力的因素主要有制冷机组负荷、循环水量、水温、诱导风量、当地的干湿球温度和空气中的灰尘浓度等.其中可以控制的因素是循环水量、水温和诱导风量.针对不同的空调系统,应该根据负荷特点确定冷却塔的最佳出水控制温度,尽可能降低风机的耗电量.另外冷却塔要布置在环境清

洁、通风良好的地方,以确保其冷却效率.

五、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。

(3)电机极数变换和电机变频控制:通过改变风机的转速达到节能目的。此方法由于其成本高

六、水系统节能

冷冻水系统的运行能耗主要体现在管路冷损失和冷冻水流失两方面.其中冷冻水流失往往不受重视.例如排污阀、旁通阀等处,由于管理失误造成漏水,造成膨胀水箱经常需要补水.损失的冷量,增加了耗电,浪费了水资源.因此要严格科学管理,减少冷冻水流失.冷却水系统也存在水量损失.包括蒸发耗水、飘水以及排污换水.在空调冷冻机房中,冷却水吸收了冷凝器中排出的热量后变成热水,热水这些热水必须经过冷却后才能循环使用.常用的方法是通过冷却

塔将热水与大气进行热、湿交换,使之降低温度而重复使用.冷却塔中的热、湿交换过程主要是通过蒸发冷却.过程中使一部分热水蒸发而降低本身的温度,变为冷水后使用,因而存在蒸发耗水.飘水是空气将水带出冷却塔而造成的水耗,主要原因是循环水量过大.实际操作时应该在满足循环水量要求的同时,调整布水器角度(角度不能太大),经常清扫散水槽,适当调整风机叶片的角度(角度不能太大).排污换水是不可避免的.若能保持水系统清洁,则可以延长换水间隔时间,从而减少水耗.水管应加强保温隔热.选用优质高效的保温材料,保温层的厚度不仅要满足防结露,更应注意满足节能要求.

七、风系统节能

新风的正确处理是空调系统节能的最有效措施之一.新风系统的风机风量应设计为总送风量和最小新风量两档调节.当室外空气焓值大于室内空气焓值时,采用最小新风能.当室外空气焓值小于室内空气焓值时,采用全新风运行,因为只运行风系统,冷源及其水系统关闭,可以有效减少设备能耗,而且还能改善室内空气品质.

在夏季,应用全热交换器从排风中回收冷(热)量,可以减少新风负荷,减少空调设备容量,节约运行费用.而在冬季和过渡季,新风若被排风加热(湿)则可降低供冷效果,所以采用新风供冷时不能使用全热交换器.风管应加强保温隔热,选用优质高效的保温材料,保温层的厚度不仅要满足防结露,更应注意满足节能要求.

八、空调与电气专业的配合

要想真正实现中央空调系统的节能,暖通专业还必须与建筑电气专业配合.空调专业的用电通常要占到总供电负荷的40%左右.空调机组单机容量大,直接影响装机容量和配电方式.同时空调自控系统复杂,空调系统能否正常运转以及空调系统的节能都需要电气专业来实现。

结论

(1)合理匹配中央空调系统的装机容量,系统在大部分时间里满负荷或接近满负荷工作将减小额外能耗。

(2)空调系统额外能耗应包括显性额外能耗和隐性能耗两种。空调系统最佳启停时刻的控制和针对负荷的不同分别选择主机功率,对水泵进行变频调速和冷却塔进行温控等技术手段可有效地降低系统的显性额外能耗。而采取有效措施减少冷却塔的蒸发耗水和飞水,则能明显地减少空调系统的隐性能耗。当系统配置固定后,主要从运行方式和加强管理方面寻求节能途径。

(3)利用微机整体优化控制总个中央空调系统各个设备有利于系统的整体节能,新技术的应用也将极大地减小系统的能耗。

参考文献 [1]钱以明.高层建筑空调与节能[M].上海:同济大学出版社,1990

[2]张建一.制冷装置节能技术[M].北京:机械工业出版社,1998

[3]邓玉艳.变制冷剂流量空调系统的节能研究[J].制冷,2003