空調系統的節能?推薦朋友 S資料投訴論文上傳：wooyal981870留言論文上傳：wooyal981870留言論文作者：顧曉光您是本文第2928位讀者摘要：對于建筑中空調系統的節能問題，從評價和措施兩方面進行了分析和介紹。并且把節能措施作為文章的重點，由設計、運行和管理三個方面逐一分析了空調系統的各個環節。介紹了現在比較常用的節能辦法和最新的理論成果，同時聯系實際工程和研究數據，對這些辦法和成果在實際中的運用給予了討論和展望。關鍵詞：節能評價熱特性耗能系數溫濕度冷熱源0引言隨著我國國民經濟的發展、人民生活水平的提高，空調技術已在國防、科研、工廠、醫院、賓館、旅館、商店、辦公樓、影劇院、住宅等建筑中廣泛應用，從而使建筑物的總能耗逐年增長。一些工業發達國家，由于廣泛使用空調系統，以致空調耗能約占總能耗的1/3（如美、日等國），有的甚至達到總能耗的45%（如瑞典）。據統計自1945年以來，空調消耗能量以每年平均4~5%的速度遞增。因此，美國、日本、歐洲的一些國家相繼制訂了節能法規及建筑能量管理系統的標準。我國的節約能源法中指出，節能是指加強用能的管理，采取技術可行、經濟合理以及環境和社會可以承擔的措施，減少從能源生產到消費各個環節中的損失和浪費，更加有效、合理地利用能源。節能還包括再生能源和新能源的開發利用。節能對于我國現代化建設來說，具有更重大的意義。目前，全國各地電力十分緊張，但所需能量也在迅速增長。因此，在空調設計中應注意改善圍護結構的熱工性能和熱設備的保溫性能；空調系統方案要節約能源，充分回收能量，并盡可能利用天然能源，同時采取自控節能等措施。1空調系統節能評價通常供給空調系統的能量由熱源和冷源、經水系統傳遞給風系統，再由風系統將能量傳遞給被調節的房間，以達到所要求的室內溫、濕度參數。在能量輸送過程中，水系統輸送能源所耗的能量，為泵的電能EP;風系統輸送能源所耗的能量，為風機的電能Ef。這三部分能量之和，就是空調系統總耗能量Er。節能就是在滿足目標負荷的要求下，合理有效地利用能量，使Er盡量減小。能量有效利用的評價指數可由單位能耗指數、空調耗能系數（CEC）來評定?？照{負荷（阿單位能耗指數= （1）空調全年總耗能量的心CEC= （2）1.1空調系統節能評價準則空調系統節能評價，首先，分析空調系統能量傳遞過程，從而對系統進行節能評價。冷熱源供給水系統的冷（熱）量。甲二曲人"甲一水系統的冷（熱）量損失系數，由下列因素確定：輸入水損失能量：管道保溫損失；供冷時泵的發熱；過剩水量的輸送損失；蓄熱損失；空氣水系統等的管道損失；混合損失。輸送水獲得的能量：供熱時泵的發熱?！恪灰还┙o風系統的熱（冷）量（kW）。水輸送給風系統的冷（熱）量。衛=必亠旦川一風系統的冷（熱）量損失系數，由下列因素確定：輸送風損失能量：管道保溫損失；管道泄漏損失；供冷時風機發熱；過?？諝廨斔蛽p失；全空氣系統的再熱損失和管道混合損失；新風的新風過剩損失。輸送風獲得的能量：供暖時風機發熱；新風用全（顯）熱交換器回收的冷（熱）量；新風供冷節能。。用-供給水系統的熱（冷）量（kW）;風系統供給空調房間的冷（熱）量。盤二扶必"盤一室內冷（熱）量損失系數，由下列因素確定：室內損失能量：過冷、過熱損失；同時供冷、供熱的室內混合損失。室內獲得能量：供熱時，照明和其他設備發熱；供冷時，照明等發熱的排除效率。房間的空調負荷。上=室內負荷+新風負荷；其中的熱（冷）量系數為輸入能量與實際利用輸出能量之比。日本建筑省規定：知＜1.08;如＜1.05;"武＜1.03?？諝廨斔拖禂礎TF*,—般在4~10之間。ATF*=式中總『一整個空調系統中輸送空氣所消耗的動力（即包括送風機、回風機、新風風機、排風機所耗動力之和）（kW）;°雖-供給風系統的熱（冷）量（kW）。若僅對顯熱計算，則空氣輸送系數為ATF:&4S式中。衛品-供給風系統的顯熱熱（冷）量（kW）水輸送系數WTF,開式系統在20左右；閉式系統在35左右。QwWTF=斤式中一供給水系統的熱（冷）量（kW）;一整個空調系統中輸送水所耗的動力（kW）o1.2建筑物熱特性評價指數建筑物圍護結構的保溫性能直接決定了空調房間的冷（熱）負荷，若要節約空調系統的能耗，就必須改善圍護結構的保溫性能。現在許多國家提出了各種改善建筑保溫性能的措施，并規定了圍護結構最大傳熱系數。一些國家采用限制年負荷系數（PAL）周邊部分、屋頂等全年得熱和損失熱量（仞/②PAL=就辦公樓建筑而言，日本建筑省能法規定PAL值小于335MJ/m^a。1.3空調耗能系數（CEC）由（2）可知，CEC即為全年系統冷、熱源耗能量與全年系統泵與風機耗能量之和，除以全年系統供熱負荷、供冷負荷、新風冷負荷、新風熱負荷之和。當采取節能措施，降低系統能耗時，CEC的值可判斷空調系統的節能性。對不同規模（大、中、小）、不同地區（寒、溫、熱）的標準辦公樓所做的設計以及利用計算機模擬求得CEC數值表明：基準型空調系統的CEC約在1.6左右；節能型空調系統的CEC可接近1.1O2空調系統節能措施空調系統的節能是一個系統工程，要求在能源利用的各個環節和系統從規劃到運轉的全過程中貫徹節能的觀點，才可能達到節能的效果，如果在某個環節上造成了能源的浪費，整個系統也不能說是節能的。2.1改善圍護結構的保溫性能建筑物冬季的熱負荷和夏季的冷負荷有一部分來自建筑物的外圍護結構。從建筑體形來說，同樣面積的建筑物，接近立方體的外表面積最小，可以節能。對于長方形的建筑物，朝向對空調負荷有相當的大的影響，長邊（主要面）朝向西或東的比朝向南或北的大，最大設計冷負荷約大25%左右。圍護結構保溫性能在建筑的節能中起著很重要的作用。一些研究表明，增大圍護結構的保溫性能，年空調冷負荷反而有所增加，其原因是在室外氣溫高的月份和時刻，保溫性能好，可以節省空調冷量，但在非最熱月或一天中的夜間，氣溫低時，不利于建筑散熱，反而增加了冷負荷。當然，圍護結構保溫性能好，空調的設計冷負荷會小些。在圍護結構中，外窗對空調冷負荷有明顯的影響。透過玻璃的日射得熱冷負荷約占空調冷負荷的20%-30%，所以減少窗墻比一一窗戶面積與墻面積（包括窗面積）之比一一可以減少熱負荷和冷負荷，但減少到一定值時，會增加照明負荷，而反過來又增加了冷負荷。有些國家規定窗墻比＜0.4，以及空調房間采用鍍膜反射玻璃，可反射約30%的太陽輻射熱，或采用中空玻璃，晚間采用保溫窗簾。玻璃的品種的選擇還應取決于地區和節能的主要目標。2.2合理確定室內溫、濕度假設空調室外計算參數為定值時，夏季空調室內空氣計算溫度和濕度越低，房間的計算冷負荷就越大，系統耗能也越大。通過研究證明，在不降低室內舒適度標準的前提下，合理組合室內空氣設計參數可以收到明顯的節能效果。2.2.1溫濕度變化對熱舒適度的影響。假定人所從事的是極輕勞動（例如賓館、商場中），穿著一般的夏季服裝，空氣流動速度取0.25m/s，壁面溫度和空氣溫度相同。在相對濕度為50%的條件下，僅使室內空氣溫度變化時，統計不同室內溫度下的PPD值和不同相對濕度下的PPD值。經分析以上數據可以看出，室內空氣溫度改變對室內熱舒適度的影響非常大，而相對濕度的變化對人的熱舒適感幾乎沒有影響。2.2.2室內設計溫度改變對空調能耗的影響。以北京某4層辦公樓為例進行的分析，采用冷負荷系數法計算出在不同室內設計溫度tn下的設計空調冷負荷、濕負荷、制冷量以及以室內設計溫度259為基準的節能率。由結果的變化規律可以看出隨室內溫度的變化，節能率呈線性規律變化，室內設計溫度每提高1°C,空調系統將減少能耗約6%。2.2.3相對濕度的改變對空調能耗的影響。仍對前述北京的4層辦公樓為例，當設定室內溫度為定值，僅改變室內相對濕度，計算不同相對濕度下的節能率，可以得出：當相對濕度大于50%時，節能率隨相對濕度呈線性規律變化。由于夏季室內設計相對濕度一般不會低于50%,所以以50%為基準，相對濕度每增加5%，節能10%。2.2.4室內設計參數的優化組合。通過以上分析可以很清楚地看到：室內空氣溫度對人的熱舒適感影響很大，但對空調能耗的影響則比較小。而相對濕度對人的熱舒適感影響很小，但是對空調的能耗影響很大。綜上所述，在確定室內設計參數時，為了保證較高的熱舒適度，室內設計溫度應取低一點，而在一定溫度范圍內，通過提高室內設計相對濕度的途徑減少空調能耗。2.3采用合理的空調系統及冷源方案空調系統的能耗是由風系統和水系統的能耗組成的。在風系統中，風機的能耗占相當大的比例；而水系統中，節約水泵與冷水機組的能耗才是節能中最關鍵的部分。2.3.1變風量空調系統節能分析在空調系統中風機能耗占相當大的比例，因變風量（VAV）系統能隨時跟蹤建筑負荷的變化，及時調節送風量，從而可減少風機能耗，達到節能的目的；而且變風量系統便于分區調節，可滿足不同房間的空調要求，因此，在商務樓宇的的設計中很適合采用。風機送風量調節方式很多，不同的控制方式節能效果也各不相同，有的方式節能效果高達49.7%。參見文獻［1］。利用能耗模擬軟件HTB2/BEC0N對香港地區兩棟辦公大樓能耗進行定量的分析，比較了VAV系統和CAV系統的風機能耗與總能耗，預測了兩個系統全年的能耗與VAV系統的節能情況。由模擬結果可知，一棟建筑在夏季VAV與CAV系統總能耗相近，僅減少6.4%，但早晚負荷偏低時，送風量仍有調節余量，所以VAV系統仍有優勢；而在冬季由于負荷遠低于設計負荷，所以兩個系統能耗懸殊，相差25.9%;至于風機的節能效果則更明顯，冬季高達62.2%，即使在冷負荷最大的夏季也可節能39.2%。而另一棟建筑冬季節能高達86%，夏季在60%以上，機組總節能效果24.8%-36.8%。從以上兩個系統能耗模擬數據可以看出，不論采用何種制冷方式，VAV系統的節能是不言而喻的，同時也是顯著的。2.3.2冷水機組的節能分析在空調系統中，一般來說冷水機組的能耗最大，因此降低冷水機組的能耗便成為空調系統節能降耗的最大問題。然而，一年之中，由于空調系統在部分負荷下運行的時間比較多，所以，全年耗能與制冷機部分負荷下的工作特性有關。通常根據最大負荷選擇冷水機組。而實際使用條件通常都偏離設計條件，因此很難保證機組高效運行。因此，改進和提高機組部分負荷運行時的效率就成為空調系統節能的重要途徑。而且在選擇冷熱源的方案時，也應考慮部分負荷時效率的問題。與此同時，還要加強控制，并根據具體情況制定出節能的運行方案。2.4減少輸送系統的能耗空調系統中，空氣與水通常是冷量載體。輸送過程能耗包括：通過傳熱的冷量損失和輸送過程的流動阻力損失。對于輸送冷量的水系統或空氣的管路系統，克服流動阻力的能量又轉變為熱量導致冷量損失。減少輸送過程的能耗主要可以從以下方面著手：?做好輸送冷量的水管、風管的保溫。?精心設計、正確計算系統阻力，選擇合適的泵與風機的型號與規格，切忌選擇流量、揚程或全壓過大的泵與風機，避免不必要的能量損失。?在滿足工藝和舒適條件下，應盡可能地增大送風溫差和供回水溫差。常規空調的冷凍水和冷卻水溫差為5°C,大溫差系統冷凍水溫度可增加到8?10C,冷卻水溫差增加到8C。常規的空調系統送風溫差一般在6?10C,最大不超過15C，大溫差系統的送風溫差在14?20Co大溫差不僅可以減少輸送過程的能耗，同時減少了管路的斷面，從而降低了管路系統的初投資。但是大溫差也會影響空調設備的性能。如冷凍水大溫差會導致風機盤管、表冷器冷卻能力和除濕能力的下降，為彌補這不利的影響，可以降低冷凍水的供水溫度，這樣又使冷水機組的性能系數降低和能耗增加。因此確定溫差時必須對利弊充分估計。也就是說，應綜合考慮系統總能耗（包括輸送能耗和冷水機組能耗）、經濟性、環境控制質量等多方面來選擇合理的溫差。2.5對系統加強管理，適當調節提高節能效益2.5.1加強日常管理日常管理是建筑節能是否實際有效的關鍵。一個設計再好的節能系統，如果管理不善，一樣達不到節能的目的。日常管理的節能措施有：?加強日常和定期的對設備和系統地維護。例如閥門、構件等的維護，防止冷、熱水和冷、熱風的跑、冒、滴、漏；冷凝器等換熱設備傳熱表面的定期除垢或除灰；過濾器、除污器等設備定期清洗；經常檢查自控設備和儀表，保證其正常工作等。?對系統的運行參數進行監測，從不正常的運行參數中發現系統的問題，進行合理的改造。經常出現的問題有設備選擇過大，運行能耗高等。?不連續工作的空調通風系統，盡可能的縮短預冷的時間。并且在預冷時采用循環風，不引入新風。?人員數量變化比較大的系統，最熱月和最冷月的新風量應該根據室內的CO2濃度檢測器，自動控制新風入口閥門，調節新風量。例如商場，往往在剛開店或閉店前、或非節假日人數比較少，這時可減少新風量，從而節省冷量。?當過渡季節中室內有冷負荷時，應盡量采用室外新風的自然冷卻能力，節省人工冷源的冷量。?根據季節的變換，合理設置被控制房間的溫度，避免夏季室內過冷，冬季室內過熱的現象。過冷或過熱不僅使人感到不舒適，而且額外消耗能量。2.5.2合理的對設備進行調節2.5.2.1水泵的節能調節水泵是水系統的動力來源，其能耗也是組成總能耗的重要部分。調查表明，空調水系統運行時普遍存在大流量小溫差的問題。夏季冷水系統的供回水溫差，較好地為39左右，差的只有1~1.59。而循環水量一般為設計水量的1.5倍。高層建筑供冷系統一般規模較大，能耗很大，節約潛力也很大。一個節能的制冷系統，不僅要求選擇的設備性能和臺數能與空調系統負荷的變化相適應，而且要求在運行中整個系統在各種負荷下能夠保持能耗最小?？照{水系統在應用變頻調速裝置進行變流量運行時，可以不改變管路特性，而靠變化水泵工作點使之沿管路特性曲線移動，保持水泵在最高效率點運行，達到最大節能效果。對于閉式系統來說，在變頻調速運行時，流量變化比與功率變化比的三次方成正比，當流量減少時，其實耗功率相當按三次方的比例降