空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能

空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)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(diào)系統(tǒng)的節(jié)能問題，從評價和措施兩方面進(jìn)行了分析和介紹。并且把節(jié)能措施作為文章的重點(diǎn)，由設(shè)計、運(yùn)行和管理三個方面逐一分析了空調(diào)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。介紹了現(xiàn)在比較常用的節(jié)能辦法和最新的理論成果，同時聯(lián)系實際工程和研究數(shù)據(jù)，對這些辦法和成果在實際中的運(yùn)用給予了討論和展望。關(guān)鍵詞：節(jié)能評價熱特性耗能系數(shù)溫濕度冷熱源0引言隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活水平的提高，空調(diào)技術(shù)已在國防、科研、工廠、醫(yī)院、賓館、旅館、商店、辦公樓、影劇院、住宅等建筑中廣泛應(yīng)用，從而使建筑物的總能耗逐年增長。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，由于廣泛使用空調(diào)系統(tǒng)，以致空調(diào)耗能約占總能耗的1/3（如美、日等國），有的甚至達(dá)到總能耗的45%（如瑞典）。據(jù)統(tǒng)計自1945年以來，空調(diào)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(jié)能法規(guī)及建筑能量管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。我國的節(jié)約能源法中指出，節(jié)能是指加強(qiáng)用能的管理，采取技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理以及環(huán)境和社會可以承擔(dān)的措施，減少從能源生產(chǎn)到消費(fèi)各個環(huán)節(jié)中的損失和浪費(fèi)，更加有效、合理地利用能源。節(jié)能還包括再生能源和新能源的開發(fā)利用。節(jié)能對于我國現(xiàn)代化建設(shè)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(diào)設(shè)計中應(yīng)注意改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能和熱設(shè)備的保溫性能；空調(diào)系統(tǒng)方案要節(jié)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(jié)能等措施。1空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能評價通常供給空調(diào)系統(tǒng)的能量由熱源和冷源、經(jīng)水系統(tǒng)傳遞給風(fēng)系統(tǒng)，再由風(fēng)系統(tǒng)將能量傳遞給被調(diào)節(jié)的房間，以達(dá)到所要求的室內(nèi)溫、濕度參數(shù)。在能量輸送過程中，水系統(tǒng)輸送能源所耗的能量，為泵的電能EP;風(fēng)系統(tǒng)輸送能源所耗的能量，為風(fēng)機(jī)的電能Ef。這三部分能量之和，就是空調(diào)系統(tǒng)總耗能量Er。節(jié)能就是在滿足目標(biāo)負(fù)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(shù)可由單位能耗指數(shù)、空調(diào)耗能系數(shù)（CEC）來評定?？照{(diào)負(fù)荷（阿單位能耗指數(shù)= （1）空調(diào)全年總耗能量的心CEC= （2）1.1空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能評價準(zhǔn)則空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能評價，首先，分析空調(diào)系統(tǒng)能量傳遞過程，從而對系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能評價。冷熱源供給水系統(tǒng)的冷（熱）量。甲二曲人"甲一水系統(tǒng)的冷（熱）量損失系數(shù)，由下列因素確定：輸入水損失能量：管道保溫?fù)p失；供冷時泵的發(fā)熱；過剩水量的輸送損失；蓄熱損失；空氣水系統(tǒng)等的管道損失；混合損失。輸送水獲得的能量：供熱時泵的發(fā)熱?！恪灰还┙o風(fēng)系統(tǒng)的熱（冷）量（kW）。水輸送給風(fēng)系統(tǒng)的冷（熱）量。衛(wèi)=必亠旦川一風(fēng)系統(tǒng)的冷（熱）量損失系數(shù)，由下列因素確定：輸送風(fēng)損失能量：管道保溫?fù)p失；管道泄漏損失；供冷時風(fēng)機(jī)發(fā)熱；過?？諝廨斔蛽p失；全空氣系統(tǒng)的再熱損失和管道混合損失；新風(fēng)的新風(fēng)過剩損失。輸送風(fēng)獲得的能量：供暖時風(fēng)機(jī)發(fā)熱；新風(fēng)用全（顯）熱交換器回收的冷（熱）量；新風(fēng)供冷節(jié)能。。用-供給水系統(tǒng)的熱（冷）量（kW）;風(fēng)系統(tǒng)供給空調(diào)房間的冷（熱）量。盤二扶必"盤一室內(nèi)冷（熱）量損失系數(shù)，由下列因素確定：室內(nèi)損失能量：過冷、過熱損失；同時供冷、供熱的室內(nèi)混合損失。室內(nèi)獲得能量：供熱時，照明和其他設(shè)備發(fā)熱；供冷時，照明等發(fā)熱的排除效率。房間的空調(diào)負(fù)荷。上=室內(nèi)負(fù)荷+新風(fēng)負(fù)荷；其中的熱（冷）量系數(shù)為輸入能量與實際利用輸出能量之比。日本建筑省規(guī)定：知＜1.08;如＜1.05;"武＜1.03。空氣輸送系數(shù)ATF*,—般在4~10之間。ATF*=式中總『一整個空調(diào)系統(tǒng)中輸送空氣所消耗的動力（即包括送風(fēng)機(jī)、回風(fēng)機(jī)、新風(fēng)風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)所耗動力之和）（kW）;°雖-供給風(fēng)系統(tǒng)的熱（冷）量（kW）。若僅對顯熱計算，則空氣輸送系數(shù)為ATF:&4S式中。衛(wèi)品-供給風(fēng)系統(tǒng)的顯熱熱（冷）量（kW）水輸送系數(shù)WTF,開式系統(tǒng)在20左右；閉式系統(tǒng)在35左右。QwWTF=斤式中一供給水系統(tǒng)的熱（冷）量（kW）;一整個空調(diào)系統(tǒng)中輸送水所耗的動力（kW）o1.2建筑物熱特性評價指數(shù)建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能直接決定了空調(diào)房間的冷（熱）負(fù)荷，若要節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)的能耗，就必須改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能。現(xiàn)在許多國家提出了各種改善建筑保溫性能的措施，并規(guī)定了圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大傳熱系數(shù)。一些國家采用限制年負(fù)荷系數(shù)（PAL）周邊部分、屋頂?shù)热甑脽岷蛽p失熱量（仞/②PAL=就辦公樓建筑而言，日本建筑省能法規(guī)定PAL值小于335MJ/m^a。1.3空調(diào)耗能系數(shù)（CEC）由（2）可知，CEC即為全年系統(tǒng)冷、熱源耗能量與全年系統(tǒng)泵與風(fēng)機(jī)耗能量之和，除以全年系統(tǒng)供熱負(fù)荷、供冷負(fù)荷、新風(fēng)冷負(fù)荷、新風(fēng)熱負(fù)荷之和。當(dāng)采取節(jié)能措施，降低系統(tǒng)能耗時，CEC的值可判斷空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性。對不同規(guī)模（大、中、小）、不同地區(qū)（寒、溫、熱）的標(biāo)準(zhǔn)辦公樓所做的設(shè)計以及利用計算機(jī)模擬求得CEC數(shù)值表明：基準(zhǔn)型空調(diào)系統(tǒng)的CEC約在1.6左右；節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)的CEC可接近1.1O2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能措施空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能是一個系統(tǒng)工程，要求在能源利用的各個環(huán)節(jié)和系統(tǒng)從規(guī)劃到運(yùn)轉(zhuǎn)的全過程中貫徹節(jié)能的觀點(diǎn)，才可能達(dá)到節(jié)能的效果，如果在某個環(huán)節(jié)上造成了能源的浪費(fèi)，整個系統(tǒng)也不能說是節(jié)能的。2.1改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能建筑物冬季的熱負(fù)荷和夏季的冷負(fù)荷有一部分來自建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。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(jié)能。對于長方形的建筑物，朝向?qū)照{(diào)負(fù)荷有相當(dāng)?shù)拇蟮挠绊?，長邊（主要面）朝向西或東的比朝向南或北的大，最大設(shè)計冷負(fù)荷約大25%左右。圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能在建筑的節(jié)能中起著很重要的作用。一些研究表明，增大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，年空調(diào)冷負(fù)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(jié)省空調(diào)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(fù)荷。當(dāng)然，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能好，空調(diào)的設(shè)計冷負(fù)荷會小些。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，外窗對空調(diào)冷負(fù)荷有明顯的影響。透過玻璃的日射得熱冷負(fù)荷約占空調(diào)冷負(fù)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(fù)荷和冷負(fù)荷，但減少到一定值時，會增加照明負(fù)荷，而反過來又增加了冷負(fù)荷。有些國家規(guī)定窗墻比＜0.4，以及空調(diào)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(yīng)取決于地區(qū)和節(jié)能的主要目標(biāo)。2.2合理確定室內(nèi)溫、濕度假設(shè)空調(diào)室外計算參數(shù)為定值時，夏季空調(diào)室內(nèi)空氣計算溫度和濕度越低，房間的計算冷負(fù)荷就越大，系統(tǒng)耗能也越大。通過研究證明，在不降低室內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)的前提下，合理組合室內(nèi)空氣設(shè)計參數(shù)可以收到明顯的節(jié)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(nèi)空氣溫度變化時，統(tǒng)計不同室內(nèi)溫度下的PPD值和不同相對濕度下的PPD值。經(jīng)分析以上數(shù)據(jù)可以看出，室內(nèi)空氣溫度改變對室內(nèi)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(nèi)設(shè)計溫度改變對空調(diào)能耗的影響。以北京某4層辦公樓為例進(jìn)行的分析，采用冷負(fù)荷系數(shù)法計算出在不同室內(nèi)設(shè)計溫度tn下的設(shè)計空調(diào)冷負(fù)荷、濕負(fù)荷、制冷量以及以室內(nèi)設(shè)計溫度259為基準(zhǔn)的節(jié)能率。由結(jié)果的變化規(guī)律可以看出隨室內(nèi)溫度的變化，節(jié)能率呈線性規(guī)律變化，室內(nèi)設(shè)計溫度每提高1°C,空調(diào)系統(tǒng)將減少能耗約6%。2.2.3相對濕度的改變對空調(diào)能耗的影響。仍對前述北京的4層辦公樓為例，當(dāng)設(shè)定室內(nèi)溫度為定值，僅改變室內(nèi)相對濕度，計算不同相對濕度下的節(jié)能率，可以得出：當(dāng)相對濕度大于50%時，節(jié)能率隨相對濕度呈線性規(guī)律變化。由于夏季室內(nèi)設(shè)計相對濕度一般不會低于50%,所以以50%為基準(zhǔn)，相對濕度每增加5%，節(jié)能10%。2.2.4室內(nèi)設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化組合。通過以上分析可以很清楚地看到：室內(nèi)空氣溫度對人的熱舒適感影響很大，但對空調(diào)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(diào)的能耗影響很大。綜上所述，在確定室內(nèi)設(shè)計參數(shù)時，為了保證較高的熱舒適度，室內(nèi)設(shè)計溫度應(yīng)取低一點(diǎn)，而在一定溫度范圍內(nèi)，通過提高室內(nèi)設(shè)計相對濕度的途徑減少空調(diào)能耗。2.3采用合理的空調(diào)系統(tǒng)及冷源方案空調(diào)系統(tǒng)的能耗是由風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)的能耗組成的。在風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)的能耗占相當(dāng)大的比例；而水系統(tǒng)中，節(jié)約水泵與冷水機(jī)組的能耗才是節(jié)能中最關(guān)鍵的部分。2.3.1變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能分析在空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)能耗占相當(dāng)大的比例，因變風(fēng)量（VAV）系統(tǒng)能隨時跟蹤建筑負(fù)荷的變化，及時調(diào)節(jié)送風(fēng)量，從而可減少風(fēng)機(jī)能耗，達(dá)到節(jié)能的目的；而且變風(fēng)量系統(tǒng)便于分區(qū)調(diào)節(jié)，可滿足不同房間的空調(diào)要求，因此，在商務(wù)樓宇的的設(shè)計中很適合采用。風(fēng)機(jī)送風(fēng)量調(diào)節(jié)方式很多，不同的控制方式節(jié)能效果也各不相同，有的方式節(jié)能效果高達(dá)49.7%。參見文獻(xiàn)［1］。利用能耗模擬軟件HTB2/BEC0N對香港地區(qū)兩棟辦公大樓能耗進(jìn)行定量的分析，比較了VAV系統(tǒng)和CAV系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)能耗與總能耗，預(yù)測了兩個系統(tǒng)全年的能耗與VAV系統(tǒng)的節(jié)能情況。由模擬結(jié)果可知，一棟建筑在夏季VAV與CAV系統(tǒng)總能耗相近，僅減少6.4%，但早晚負(fù)荷偏低時，送風(fēng)量仍有調(diào)節(jié)余量，所以VAV系統(tǒng)仍有優(yōu)勢；而在冬季由于負(fù)荷遠(yuǎn)低于設(shè)計負(fù)荷，所以兩個系統(tǒng)能耗懸殊，相差25.9%;至于風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果則更明顯，冬季高達(dá)62.2%，即使在冷負(fù)荷最大的夏季也可節(jié)能39.2%。而另一棟建筑冬季節(jié)能高達(dá)86%，夏季在60%以上，機(jī)組總節(jié)能效果24.8%-36.8%。從以上兩個系統(tǒng)能耗模擬數(shù)據(jù)可以看出，不論采用何種制冷方式，VAV系統(tǒng)的節(jié)能是不言而喻的，同時也是顯著的。2.3.2冷水機(jī)組的節(jié)能分析在空調(diào)系統(tǒng)中，一般來說冷水機(jī)組的能耗最大，因此降低冷水機(jī)組的能耗便成為空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗的最大問題。然而，一年之中，由于空調(diào)系統(tǒng)在部分負(fù)荷下運(yùn)行的時間比較多，所以，全年耗能與制冷機(jī)部分負(fù)荷下的工作特性有關(guān)。通常根據(jù)最大負(fù)荷選擇冷水機(jī)組。而實際使用條件通常都偏離設(shè)計條件，因此很難保證機(jī)組高效運(yùn)行。因此，改進(jìn)和提高機(jī)組部分負(fù)荷運(yùn)行時的效率就成為空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的重要途徑。而且在選擇冷熱源的方案時，也應(yīng)考慮部分負(fù)荷時效率的問題。與此同時，還要加強(qiáng)控制，并根據(jù)具體情況制定出節(jié)能的運(yùn)行方案。2.4減少輸送系統(tǒng)的能耗空調(diào)系統(tǒng)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(tǒng)或空氣的管路系統(tǒng)，克服流動阻力的能量又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃繉?dǎo)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(fēng)管的保溫。?精心設(shè)計、正確計算系統(tǒng)阻力，選擇合適的泵與風(fēng)機(jī)的型號與規(guī)格，切忌選擇流量、揚(yáng)程或全壓過大的泵與風(fēng)機(jī)，避免不必要的能量損失。?在滿足工藝和舒適條件下，應(yīng)盡可能地增大送風(fēng)溫差和供回水溫差。常規(guī)空調(diào)的冷凍水和冷卻水溫差為5°C,大溫差系統(tǒng)冷凍水溫度可增加到8?10C,冷卻水溫差增加到8C。常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)溫差一般在6?10C,最大不超過15C，大溫差系統(tǒng)的送風(fēng)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(tǒng)的初投資。但是大溫差也會影響空調(diào)設(shè)備的性能。如冷凍水大溫差會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)盤管、表冷器冷卻能力和除濕能力的下降，為彌補(bǔ)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(jī)組的性能系數(shù)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(yīng)綜合考慮系統(tǒng)總能耗（包括輸送能耗和冷水機(jī)組能耗）、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境控制質(zhì)量等多方面來選擇合理的溫差。2.5對系統(tǒng)加強(qiáng)管理，適當(dāng)調(diào)節(jié)提高節(jié)能效益2.5.1加強(qiáng)日常管理日常管理是建筑節(jié)能是否實際有效的關(guān)鍵。一個設(shè)計再好的節(jié)能系統(tǒng)，如果管理不善，一樣達(dá)不到節(jié)能的目的。日常管理的節(jié)能措施有：?加強(qiáng)日常和定期的對設(shè)備和系統(tǒng)地維護(hù)。例如閥門、構(gòu)件等的維護(hù)，防止冷、熱水和冷、熱風(fēng)的跑、冒、滴、漏；冷凝器等換熱設(shè)備傳熱表面的定期除垢或除灰；過濾器、除污器等設(shè)備定期清洗；經(jīng)常檢查自控設(shè)備和儀表，保證其正常工作等。?對系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，從不正常的運(yùn)行參數(shù)中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的問題，進(jìn)行合理的改造。經(jīng)常出現(xiàn)的問題有設(shè)備選擇過大，運(yùn)行能耗高等。?不連續(xù)工作的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，盡可能的縮短預(yù)冷的時間。并且在預(yù)冷時采用循環(huán)風(fēng)，不引入新風(fēng)。?人員數(shù)量變化比較大的系統(tǒng)，最熱月和最冷月的新風(fēng)量應(yīng)該根據(jù)室內(nèi)的CO2濃度檢測器，自動控制新風(fēng)入口閥門，調(diào)節(jié)新風(fēng)量。例如商場，往往在剛開店或閉店前、或非節(jié)假日人數(shù)比較少，這時可減少新風(fēng)量，從而節(jié)省冷量。?當(dāng)過渡季節(jié)中室內(nèi)有冷負(fù)荷時，應(yīng)盡量采用室外新風(fēng)的自然冷卻能力，節(jié)省人工冷源的冷量。?根據(jù)季節(jié)的變換，合理設(shè)置被控制房間的溫度，避免夏季室內(nèi)過冷，冬季室內(nèi)過熱的現(xiàn)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(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)2.5.2.1水泵的節(jié)能調(diào)節(jié)水泵是水系統(tǒng)的動力來源，其能耗也是組成總能耗的重要部分。調(diào)查表明，空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行時普遍存在大流量小溫差的問題。夏季冷水系統(tǒng)的供回水溫差，較好地為39左右，差的只有1~1.59。而循環(huán)水量一般為設(shè)計水量的1.5倍。高層建筑供冷系統(tǒng)一般規(guī)模較大，能耗很大，節(jié)約潛力也很大。一個節(jié)能的制冷系統(tǒng)，不僅要求選擇的設(shè)備性能和臺數(shù)能與空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的變化相適應(yīng)，而且要求在運(yùn)行中整個系統(tǒng)在各種負(fù)荷下能夠保持能耗最小?？照{(diào)水系統(tǒng)在應(yīng)用變頻調(diào)速裝置進(jìn)行變流量運(yùn)行時，可以不改變管路特性，而靠變化水泵工作點(diǎn)使之沿管路特性曲線移動，保持水泵在最高效率點(diǎn)運(yùn)行，達(dá)到最大節(jié)能效果。對于閉式系統(tǒng)來說，在變頻調(diào)速運(yùn)行時，流量變化比與功率變化比的三次方成正比，當(dāng)流量減少時，其實耗功率相當(dāng)按三次方的比例降