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节能技术
公共建筑空调节能技术措施

        节约能源是资源节约型社会的重要组成部分,建筑的运行能耗大约为全社会商品用能的三分之一,而在建筑中,中央空调系统的耗能约占建筑物耗能的50%左右,并且是具有节能潜力最大的用能领域,因此应将其作为节能工作的重点。

        空调冷源的能耗由建筑物所需要的供冷量来决定,影响建筑物的空调需冷量的因素有室外气象参数(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,围护结构的传热特性,室内人员、照明、设备的散热、散湿状况以及新风量的多少等。风机、水泵的输送能耗受所输送的空气量、水量和水系统、风系统的输送阻力影响,风系统、水系统的流量和阻力的影响因素有系统型式、送风温差、供回水温差、送风和送水流速、空气处理设备和冷源设备的阻力和效率等。针对上述影响因素和建筑的特点,建筑空调节能的技术措施可归纳以下几个方面:降低建筑冷负荷、选择合理的冷源、利用自然冷源、优化空调水系统、改进空调通风系统、优化控制系统。

1 降低建筑冷负荷

       空调系统中的制冷机、冷水循环泵以及送冷末端的空调箱、风机盘管等规格型号的选择都是以冷负荷为依据的,所以降低建筑的冷负荷,是减小制冷机、冷水循环泵、末端设备,降低空调系统及变配电系统初投资,及上述设备系统日常运行耗电量减少,运行费用降低的基础。故降低建筑冷负荷是建筑空调节能最根本的措施。

1.1 改善建筑围护结构的保温隔热性能

       建筑内冷量的损失通过建筑的围护结构传递出去的。改善建筑围护结构的保温隔热性能可以直接有效地减少建筑物的冷负荷。改善建筑的保温隔热性能有以下几种措施:(1)合理的布置建筑朝向。(2)确定合适的窗墙面积比例,不要盲目追求大窗户、全玻璃幕墙。(3)合理设计窗户遮阳。(4)充分利用保温隔热性能好的玻璃窗及外墙材料。

1.2 合理的选择室内设计参数

       美国供热制冷空调工程师学会设计手册(ASHRAEHandbook)的基础篇里,给出了人体感觉舒适的室内空气参数区域,大约是空气温度13℃~23℃,空气相对湿度20%~80%。在设计选用参数时,须严格执行《采暖通风与空气调节设计规范》、《公共建筑节能设计标准》及各地区的地方建筑节能设计标准,在满足舒适要求的条件下,要尽量提高夏季的室内设计温度和相对湿度,不要盲目追求夏季室内空气温度的过低、过干,造成设计总冷负荷的增大。

1.3 局部热源就地排除

      公共建筑中的部分房间,由于使用功能的需要,会在房间的局部产生较大的散热量,例如设备房的设备、厨房的灶台、消毒间的消毒柜等。在空调系统设计过程中,应考虑在发热量比较大的局部热源附近设置局部排风,将设备散热量就地排出室外,防止热量散发到室内,以降低夏季的冷负荷。

1.4 控制和正确使用室外新风量

       在空调系统中新风负荷占建筑物总负荷的20%~30%,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。春秋季或冬季,有些房间仍需供冷,此时可通过室外低焓值的新风来为室内降温,减少冷机的开启量,节省能耗。

减少新风负荷应从以下两方面着手:(1)不要随意提高最小新风量标准。(2)杜绝非正常渠道引入新风。

2 合理选用冷源

2.1 合理选用冷水机组

        制冷机组一般以选用2~4台为宜,中小型规模宜选用2台,较大型可选用3台,特大型可选用4台。机组之间要考虑其互为备用和切换使用的可能性。同一机房内可采用不同类型、不同容量的机组搭配的组合式方案,以节约能耗。并联运行的机组中至少应选择一台自动化程度较高、调节性能较好、能保证部分负荷下能高效运行的机组(变频机组或多机头联控型机组)。水冷电动压缩式冷水机组的机型宜按制冷量范围,并经过性能价格比进行选择。

2.2 选用冰蓄冷空调系统

        空调蓄冷,利用分时电价的不同,贮存电网低谷时段的“便宜的能源”,在需要冷量的峰值时段,将贮存的冷量释放出来以满足空调负荷的要求。以蓄冷介质区分,有水蓄冷、冰蓄冷和共晶盐蓄冷三种方式。冰蓄冷的优势:(1)冷水机组容量降低38%。(2)空调设备功率减少27%。冰浆是含有悬浮冰粒子的固液两相溶液,也称流体冰,二元冰。其中冰粒子颗粒为毫米至厘米级别,通常为了降低凝固点加入醇类和盐类抑制剂。冰浆技术应用优势为:(1)巨大的相变潜热,并可利用低温显热(冰的融解热335KJ/kg,水的比热容4.18KJ/kg·℃)。(2)较好的流动性,可泵送至任何地方。(3)融冰释冷速度,热响应速度快。(4)采用蓄冷策略,减少系统运行费用,增强供冷的可靠性。

2.3 利用自然冷源

        由于建筑室内的人员、照明灯光、电脑的设备的散热量的影响,海南地区在冬季当室外空气温度较低时,室内空气温度仍然较高,仍需要供冷。尤其是没有外墙、外窗的内区房间,室内仍需供冷。此时如果开启冷机供冷,不仅由于此时冷负荷较小,冷水机能效比较低、能耗大,而且极端不合理。

        比较常见而且容易利用的自然冷源主要有两种,一种是地下水,另一种是冬季的室外冷空气。由于地下水常年保持在18℃左右的温度,所以地下水可以在夏季作为冷却水为空调系统提供冷量。第二种较好的自然冷源是冬季的室外冷空气,此时室外气温较低,可用于空调系统供冷。例如,某些城市冬季的室外空气湿球温度一般低于18℃时,这种温度下的空气是较好的冷源,可以直接将室外低温空气送至室内,为室内降温。

3 空调水系统节能措施

3.1 变频水泵的使用

        室外空气温度、湿度参数在整个供冷季和供暖季是在不断变化的,所以空调系统的冷热负荷在一年中也在不断变化,并不保持一成不变。空调的冷热负荷一年中变很大,全年大部分时间的负荷只有最大负荷的50%左右。当空调冷热负荷变化时,所需要的空调冷循环水量也随负荷相应变化。所以可选用变频器来调节水泵电机的转速,连续地改变水泵的流量。电机的转速跟交流电的频率成正比。通常市政电网的电流频率是50hz,变频调速水泵就是利用变频器改变电流频率来改变水泵转速和流量。

        由于建筑全年平均冷热负荷只有最大冷热负荷的50%左右,如果通过使用变频调速水泵使水量随冷热负荷变化,那么全年平均的水量只有最大水流量的50%左右,水泵能耗只有定水量系统水泵能耗的12.5%,节能效果是非常明显的。

3.2 冷却水开式系统改为闭式系统

        开式冷却水系统中冷却水泵的扬程除了要克服冷却水在管道中的流动阻力外,还要提供将冷却水从冷却水池送至高位冷却塔克服水位高差所需要的能量。如果取消冷却水池,将从冷却塔回来的水管直接接至冷却水泵的入口,这种冷却水系统成为闭式冷却水系统,冷却水泵就不需提供将冷却水从制冷机提升到冷却塔克服水位高差所需要的能量,只需提供能量克服冷却水在管道中流动的阻力,所以所需要的水泵扬程要比开式冷却水系统小得多,因此水泵的能耗也就小很多。

3.3 减小阀门、过滤器阻力

        阀门和过滤器是空调水管路系统中主要的阻力部件。在系统中加装水处理器,防止管道等的结垢,在运行管理过程中,要定期清洗过滤器,如果过滤器被沉淀物堵塞,空调循环水流经过滤器的阻力会增加数倍。

        阀门是调节管路阻力特性的主要部件,不同支路阻力不平衡时主要靠调节阀门开度来使各支路阻力平衡,以保证各个支路的水流量满足需要。由于阀门的阻力会增加水泵的扬程和电耗,所以应尽量避免使用阀门调节阻力的方法。

3.4 选用专用的空调节能泵

       由海南南方泵厂生产的节能空调专用水泵,主要应用于中央空调中能耗高的冷冻/冷却与供暖循环水系统。该泵节能技术主要运用成熟的流体虹吸原理、高效水力模型、多道变线流道;三大先进技术整合,达到降低能耗、提高经济效益之目的。

4空调风系统节能措施

        大厅、餐厅、大会议室等大空间公共区域,采用定风量空调系统。采用双风机(送回风)系统,当室外空气焓值低于室内焓值时,可改变新风比直到全新风全排风,达到节能及改善室内空气品质的目的。

        零售、会议、办公等小空间,可采用三速风机+新风空调系统,变风量系统的新/排风管直接接到空调机房外窗百叶上,过渡季可全新风节能运行。变风量空调系统是当室内负荷变化时,用改变送风量来维持室内温湿的方式。采用全年变风量运行,可显著节约风机运行所耗电能。因在全年空调的建筑物里,由于极大部分时间系统在部分负荷情况下工作,如采用末端变风量/控制系统静压,调节风机总风量,则风机耗能将大为减少。如以建筑物西向周边区为例,平均负荷率夏季约40%、过渡季约25%、冬季约30%,是很低的(其他朝向也大致如此),故如系统全年平均在70%风量下工作,则所耗电能约可减少一半。对于全年空调的大楼(如办公楼),空调风机的耗电量占整个大楼所耗总电量(包括大楼中冷热源、照明、风机、水泵、给排水泵、电梯)的很大部分。故减少风机所耗电能也是考虑节能的重要方面。

        此外,夏季利用全热交换器回收冷量,也可起到很大的节能作用。为了保证室内空气足够新鲜,满足人们的舒适要求,空调系统需要从室外抽取一定量新鲜空气送入室内,同时将室内污染物浓度较高的空气排至室外。而这部分排风的温度、湿度参数是室内的空调设计参数,冬季比室外空气热,夏季比室外空气冷。通过全热交换器,将排风的冷热量传递给新风,可以回收排风冷热量的70%~80%左右,有明显的节能作用。

5 优化空调控制系统

        目前很多公共建筑的空调系统未设空调自控系统,也有很多公共建筑的空调自控系统因年久失修而无法使用,这使得空调系统的运行管理很不到位,造成能耗上的无法控制。整个系统可通过以下几个措施来控制。

(1)冷水机组由自带的微机自行控制。在冷冻、冷却供回水管路上设温度传感器,通过供回水的温差来控制主机、水泵及冷却塔的运行。

(2)末端空气处理器采用变流量控制,利用回风口处的温度来控制冷冻出水管上的电动比例积分阀的通水量,来维持室内温度达到节能目的。

(3)风机盘管的供水量由室内恒温控制器按所需的室温自动调配通、断,而风量则由三速选择器按需要由人手动调节。在酒店客房未有租出或客人外出时,设计应考虑利用插匙式控制系统控制风机盘管以低速继续运行,以保持客房温度及酒店运行管理的有效、节能。另外,可在客房阳台门设置触点开关,以便在阳台门开启通风时,关闭风机盘管以达到节能的目的。

(4)为了解决冷水机组定流量运行与末端设备变流量的运行矛盾,应在分、积水器之间设计采用压差控制调节旁通阀组,旁通总供、回水管来控制水冷机组负荷的调节。

(5)风柜机的新、回风管设计对开多叶调节阀,来满足新风的需求量及换季时节的使用。过渡季节不开冷源,完全打新风阀门,开启风机进行全新风循环。

(6)如对外销售或租凭的公共建筑(如写字楼等),如使用中央空调系统,应使用分户计量的收费方式来控制空调系统的运行费用,达到节约能耗的目的。

 

注:该文转自《中国西部科技》2011年第10卷第01期,作者陈春勇,海南石琼建筑工程公司

 

 

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