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空调系统优化成为建筑节能关键
空调系统优化成为建筑节能关键
来源:中制冷设备网    2009-6-2
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   随着节能技术的日臻完善,空调的节能目标已由昔日的以牺牲舒适性标准或降低空气质量要求来实现节能,转变为在保证舒适性要求的前提下以提高能源利用率来实现节能。针对我国能源利用率低、暖通空调能耗大的特点,这种以有效利用能源为节能目标的观念转变无疑是我国空调行业建筑节能市场的一大机遇。
  
  我国建筑总能耗占据着社会终端能耗的20.7%,建筑能耗对国家、社会造成了能源负担,也在一定程度上制约了我国经济的可持续发展。根据能源界的研究和实践,普遍认为建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最直接、最有效的方式。
  
  现代建筑中广泛采用了空调、给(排)水、照明、电梯等耗能设备。空调一直是建筑能耗中的大户,约占整个建筑能耗的35%以上。空调系统的能耗主要有两个方面:一方面是为了供给空气处理设备冷量和热量的冷热源能耗,如压缩式制冷机耗电,吸收式制冷机耗蒸汽或燃气,锅炉耗煤、燃油、燃气或电等;另一方面是为了给房间送风和输送空调循环水,风机和水泵所消耗的电能。所以,建筑空调系统的节能主要包括降低设备能耗及运行控制能耗两大方面。


  
  减少冷热源的能耗成关键
  
  冷热源的能耗由建筑物所需要的供冷量和供热量决定,建筑物的空调需冷量和需热量的影响因素为冷热负荷,包括室外气象参数(如室外空气温度、空气湿度、太阳辐射强度等),室内空调设计标准,外墙门窗的传热特性,室内人员、照明、设备的散热、散湿状况以及新风量等方面影响。减少冷热源的能耗可以通过以下三种形式实现:
  
  第一,降低冷热负荷。冷热负荷是空调系统最基础的数据,制冷机、供热锅炉、冷热水循环泵以及给房间送冷、送热的空调箱、风机盘管等产品规格型号的选择都是以冷热负荷为依据的。如果能减少建筑的冷热负荷,不仅可以减小制冷机、供热锅炉、冷热水循环泵、空调箱、风机盘管等产品的规格,降低空调系统的初投资,而且这些设备规格减小后,所需的配电功率也会减少,有利于减少变配电设备初投资以及空调设备日常运行耗电量,降低运行费用。减少冷热负荷是商业建筑节能最根本的措施。房间内冷热量的损失通过房间的墙体、门窗等传递出去,减少建筑物的冷热负荷就是要改善建筑的保温隔热性能。
  
  第二,合理降低系统设计负荷。目前我国多数设计人员在设计空调系统时往往采用负荷指标进行估算,并且出于安全的考虑往往取值过大,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超过了实际需求,形成大马拉小车的现象,既增加了投资也不节能。如表1所示,合理降低系统的设计负荷,可以有效地降低系统能耗。
  
  第三,控制新风量与降低室内温湿度设计标准。在有些建筑的空调系统中,需要大量引入新风以满足室内空气品质的要求。根据其新风引入方式,还可以通过在过渡季节和冬季直接引入室外的温湿度相对较低的新风来带走房间内所产生的各项热湿负荷,无需使用集中制冷系统达到“免费”供冷的节能效果。在夏季时,利用夜间相对低温的新风,可以在非营运时间预先冷却室内空气。带走部分室内热量,减少白天工作时间的室内冷负荷,实现间歇性的免费预冷。
  
  从空调系统空气处理过程中可以看出,夏季室内温度和相对湿度越高,冬季室内温度及相对湿度越低,系统耗能就越大。为了节约能耗,空调房间的室内温湿度基数在满足生产要求和人体舒适的条件下,可降低室内温湿度设计标准,例如:温度在17℃~28℃、相对湿度在40%~70%范围内,夏季取高值,冬季取低值。控制和正确使用新风量是空调系统有效的节能措施,在满足卫生、补偿排风、稀释有害气体浓度、保持正压等要求的前提下,不要盲目增大新风量,也可以采用CO2浓度控制器控制新风进风量。


  
  空调系统节能关注两大方面
  
  除了努力减少建筑物的冷热源的能耗之外,暖通空调在建筑节能中最重要的是空调系统的优化,可以通过采取变流量技术和增大送风温差和供回水温差的办法来提高系统能效。
  
  第一,采用变流量技术。变风量空调(VAV)系统可以通过改变送风量的办法来控制不同房间的温湿度。同时,当各房间的负荷小于设计负荷时,变风量系统可以调节输送的风量,从而减小系统的总输送风量。这样,空调设备的容量也可以减小,既可节省设备费的投资,也进一步降低了系统的运行能耗。而风量的减小又节约了处理空气所需的能量。有资料显示,采用变风量系统可节约能源达到30%,并可同时提高环境的舒适性。该系统最适合应用于楼层空间大而且房间多的建筑,尤其是办公楼,更能发挥其操作简单、舒适、节能的效果。据统计,采用变风量(VAV)空调系统,全年空气输送能耗节约1/3,减小设备容量20%-30%。
  
  第二,增大送风温差和供回水温差。若系统中输送冷(热)量的载冷(热)介质的供回水温差采用较大值,则当它与原温差的比值为N时,从流量计算式可知,采用大温差时的流量为原来流量的1/N,而管路损耗即水泵或风机的功耗则减小为原来的1/N2,节能效果显著。故应在满足空调精度、人体舒适度和工艺要求的前提下,尽可能加大温差,但供回水温差一般不宜大于8℃。


  
  自动控制和变频技术应用渐广泛
  
  空调系统运行管理的自动控制,不仅可以保证空调房间温湿度精度要求和节约人力,而且是防止系统多余能量损失及节约能量的重要环节。空调自动控制系统包括冷热源的能量控制、焓值控制、新风量控制、设备的启停时间和运行方式的控制、温湿度设定控制、自动显示、记录等内容,可通过预测室内外空气状态参数(温度、湿度、焓值等)以维持室内舒适环境为约束条件,把最小耗能量作为评价函数,来判断和确定需提供的冷热量、冷热源和空调机、风机、水泵的运行台数以及工作顺序、运行时间和空调系统各环节的操作运行方式,以达到最佳节约运行的效果。
  
  针对空调控制系统的特点,随着电力电子技术及微机控制技术的发展,变频器的应用日益广泛,空调控制系统中采用变频技术也不例外。不同类型的机组都有较完善的自动控制调节装置,能随负荷变化自动调节运行状况,保持高效率运行。空调机组、末端设备和水泵等设备采用变频控制,可以使该部分设备的能耗减少30%以上。

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