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中央空調系統的節能方案的探討,中央空調更節能

    今天和大家一起來分析影響空調系統能源消耗的關鍵因素,從系統的選擇、設備的選配及系統的運行管理等方面提出切實可行的空調節能方案。
    1. 影啊空調系統能源消耗的關鍵因素
    隨著國民經濟的發展、人民生活水平的提高,空調應用日益廣泛、普及,空調用電占總用電總量的比例在不斷上升,空調能耗已占總能耗20%左右,因而空調節能意義巨大。同時,在空調系統的設計及設備選型中均以最大負荷作為設計工況,市實際運行中空調負荷則隨多種因素而變化,最小時甚至還不到設計負荷的10%,存在很大的能源浪費現象。因此,空調系統如何適應在低負荷下高效節能運行及在系統設計中對設備進行節能選配就成為空調節能的關鍵。
    2. 系統的節能運行方案
    空調系統的節能主要可從以下幾個方面考慮:系統的選擇、設備的選配及系統的運行管理。
    2.1 系統的選擇
    首先,在空調系統設計之初選定空調方案(系統方式)時,即應將節能作為重要依據之一。中央空調能耗一般包括三部分:空調冷熱源;空調機組及末端設備;水或空氣輸送系統。這三部分能耗中,冷熱源能耗約占總能耗的一半左右,是空調節能的主要內容。
    2.1.1 采用冰蓄能系統
    冰蓄冷技術是利用峰谷電價的差別將用電高峰時的空調負荷轉移到電價較為便宜的夜間,從而節約運行費用。
    對于傳統的冰蓄能系統,主機所耗的總能量變化不大,因而可節約運行費用但不節能;如采用再冷式冰蓄能系統則因采用了新型的冰剝離法,而減少了剝離能耗,即可節約運行費用又可節能。采用冰蓄能系統時,具體地有下面幾種方案可供選擇:
    “全部蓄能系統”:當電價在峰、谷時段里有差別時,可將全部負荷轉移到廉價電費的時間里運行。這種方式常用于改建工程,它可利用原有的冷水機組,只需加設蓄冷設備和有關的輔助裝置;這種方式也適用于需要瞬時大量釋冷的特殊建筑物,如體育館建筑物等。
    “部分蓄能系統”:冷水機組連續運行,它在夜間用來制冷蓄能,在白天利用蓄存的制冷量為建筑物提供制冷。將運行時數從 14 h擴展到24 h,可以得到最低的平均負荷。需電量費用大大地減少,而冷水機組的制冷能力也可減少50%~60%或者更多一些。在新建的建筑中,這是最實用的、投資有效的負荷管理方案。通過杭州市幾個工程如:建行杭州分行辦公大樓、杭州市新景福百貨大樓的實踐表明該系統節能(經濟指標)可在25% ~35% 之間。
    2.1.2 采用變風量系統,以減少空氣輸送系統的能耗
    全空氣空調系統設計的基本要求,是要確定向被空調房間輸送的、經過一定處理的空氣數量,用以吸收室內的余熱和余濕,從而維持室內所需要的溫、濕度。當室內余熱值發生變化而又需要使室內溫度保持不變時,可采用兩種方法:
    1.定風量:將送風量L固定,而改變送風溫度;
    2.變風量:將送風溫度值固定,而改變進風量。
    考慮到現代化樓宇的空凋要求,正從集中式控制向各個房間進行獨立、個別控制的方面發展。變風量空調(VAV)控制系統可以克服定風量系統的諸多缺點,它可以根據各個房間溫度要求的不同進行獨立溫度控制,通過改變送風量的辦法,來滿足不同房間(或區域)對負荷變化的需要。同時,采用變風量系統可以使空調系統輸送的風量在建筑物中各個朝向的房間之間進行轉移,解決一天中同-u,-t間各朝向房間的負荷并不都處于最大值的問題,從而減少系統的總設計風量。這樣,空調設備的容量也可以減小,既可節省設備費的投資,也進一步降低了系統的運行能耗。有資料顯示,采用變風量系統可節省能源達到30%,并可同時提高環境的舒適性。該系統最適合應用于樓層空間大而且房間多的建筑。尤其是辦公樓,更能發揮其操作簡單、舒適、節能的效果。因此。變風量系統在運行中是一種節能的空調系統。
    2.1.3 利用能量回收系統節能
    在室內外溫差較大的情況下,可在系統中增設熱回收系統,可得到較為明顯的節能效果。
    2.1.4 根據國家能源政策、能耗指標和當地能源條件合理選擇冷熱源
    在制冷機組的選用中。根據“提高電力在終端能源消耗中的比重,降低煤炭在一次能源中的比重,有效利用石油和天然氣資源”的國家能源政策,鼓勵采用電制冷機組,限制采用燃煤鍋爐的產品。同時,可積極發展太陽能空凋與燃氣空調(直燃機)、合理利用其他熱源。
    太陽能空調:建立在太陽能熱水器應用的基礎上的太陽能空調,可充分利用夏天的太陽能,具有很好的經濟性。利用太陽能供冷與供熱,不僅可以節省電力和常規能源,對環境保護尤其有重要意義。
    燃氣空調:燃氣空調具有削減夏季電力高峰、填補夏季燃氣低谷的益處,1996已成為我國中央空凋市場的主導產品。
    土壤熱源的有效利用:目前我國南方地區空調系統主要用空氣源熱泵作為冷熱源,由于其“室外機”受環境空氣季節性溫度變化規律的制約,夏季供冷負荷越大時對應的冷凝溫度越高,從而主機能耗增大。與地面上環境空氣相比,地下5rn以下全年土壤溫度穩定且約等于年平均溫度,可以分別在夏冬兩季提供相對較低的冷凝溫度和較高的蒸發溫度。所以從原理上講,土壤是一種比環境空氣更好的熱泵系統的冷熱源。土壤熱源熱泵的主要優點有:節能效果明顯(可比空氣源熱泵系統節能約20%);埋地換熱器不需要除霜,減少了冬季除霜的能耗;由于土壤具有較好的蓄熱性能,可與太陽能聯用改善冬季運行條件;埋地換熱器在地下靜態的吸放熱,可減小空調系統對地面空氣的熱污染及噪音污染。水源熱泵系統:水源熱泵系統空調系統是一種水冷的整體式供冷/供熱機組,可進行制冷/制熱循環,因而是一種全年運行的空調設備。其制冷(熱)性能受外界環境變化的影響較小,換熱效率也高于空氣熱泵。水源熱泵系統空調系統是一種極具特色的新新產品,具有不同于傳統中央空調系統的諸多技術特點,是一個熱回收和內部能量平衡的系統,尤其在過渡季其節能的效果非常顯著。由于其設計安裝簡單、控制管理方便、總體造價較低,故目前常用于住宅小區。
    2.1.5 熱電冷三聯供(CCHP)系統
    這是一項較適合我國國情的、利國利民的系統工程,但在我國尚處于研究和建設的初步階段,還有許多相關的政策的技術問題有待深入研究。
    2.2 空調系統設計中的設備節能選配方案
    2.2.1 離心式冷水機組的選擇
    在空調系統的設計中,主張選用高能效制冷機,但也反對盲目追求能效。實際采用方法應結合中國當前經濟發展水平、采用系統法選用高效離心式制冷機的方法。
    工況差異對蒸氣壓縮式水冷冷水機組滿負荷效率存在很大的影響。故在選用冷水機組時,必須重視工況不同對冷水機組性能產生的影響,考慮并滿足中國氣候和水質條件的要求,以保證機組長期高效可*運行。
    2.2.2 末端設備
    國產風機盤管從總體水平看與國外同類產品相比差不多,但與國外先進水平比較,主要差距是耗電量、盤管重量和噪聲方面。因此設計中一定注意選用重量輕、單位風機功率供冷(熱)量大的機組。空調機組應該選用機組風機風量、風壓匹配合理,漏風量少,空氣輸送系數大的機組。
    2.2.3 冷凍水泵
    在一般公共和民用建筑中空調水系統的能耗約占空調總能耗的15% ~20%。因此,空調水系統的節能也具有十分重要的意義。水系統節能除了重視水系統設計,認真進行水系統各環路的設計計算,并采取相應措施保證各環路水力平衡外,采用變頻調速水泵進行變流量運行,或采用冬、夏兩用雙速水泵是兩種較為有效的節能措施。
    有資料表明,空調水系統采用變流量運行具有很大的節能潛力,變頻器投資在1~2年內即可收回。
    冷卻水泵變速驅動和風機起停控制是兩種較為有效的節能運行方式。
    2.3 系統運行過程中的節能
    2.3.1 加強中央空調的運行管理,采用一定的計量方法
    在空調能耗中,有很大一部分是由于管理不善而引起的。各項調節和節能措施的實施,亦與操作人員的技術素質直接相關。故應加強對空調操作人員的培訓,提高管理人員素質,實行空調操作人員操作證制度。另外,集中空調實行計量收費,是建筑節能的一項基本措施。目前在歐美等國熱量計量已是成熟的技術,據國外調查資料表明:實行集中空調計量收費后,其節能率在8% ~l5% .
    我國在計量方面也已取得了一定的成就。
    2.3.2 通過控制設備進行調節控制
    隨著用能計量收費體制的改革,室內空調系統裝配溫控閥后整個空調系統如何正確配備控制設備是非常重要的。
    每一個有效節能的空調系統都應配置相應的調節控制設備,如自力式流量控制閥、壓差控制閥、溫度控制閥等等。在控制模式上需根據建筑物的具體功能、氣候條件、使用狀況等靈活處理,無統一的模式可循。如:①年運行管理問題,主要應考慮過渡季節的運行:室外新風的利用、新風量的確定等;② 日運行管理問題,主要應考慮隨室外溫度的變化采取不同的日節能運行模式,這可采用合理的自控系統及一定的手動調節裝置來實現;③建筑預冷預熱時間的合理選擇。建筑預冷預熱時間的選擇將直接影響冷熱設備的大小,從而影響初期投資。特別是對于大空間的體育場館等蓄熱量較大的建筑,如何做到既不影響正常使用,又能實現節能或節約投資,預冷預熱時間的合理選擇是關鍵。
    2.4 利用建筑構造實現節能
    如有條件,可在制定建筑方案階段就有暖通專業人員參與,保證在不對建筑方案造成較大影響的前提下在建筑構造方面充分體現節能的要求、滿足節能的需要。
    2.4.1 合理控制窗墻比、對外墻及屋頂的導熱系數等提
    出具體要求通過外窗的耗熱量占建筑物總耗熱量的35% 一45% .故在進行前期建筑設計時,在保證室內采光的前提下,合理確定窗墻比將十分重要。
    2.4.2 提高門窗的氣密性
    有資料表明,房間換氣次數由0.8 h-1降到0.5 h-1,建筑物的耗冷可降低8%左右,因此設計中應采用密閉性良好的門窗。加設密閉條是提高門窗氣密性的重要手段之一。
    2.4.3 使用環保、節能型建筑材料
    使用環保、節能型建筑材料,可有效減少通過圍護結構的傳熱這一主要的空調負荷,從而各主要設備的容量,達到顯著的節能效果。當然,這可能會在一定程度上增大初期投資,這可通過合理的技術經濟比較后確定。
    2.4.4 “冷屋頂”節能
    “冷屋頂”(cool roofs)指具有高El射反射率的屋頂,通過在普通屋頂表面涂上淺色的、高反射率的屋頂,通過在普通屋頂的日射反射率,減少太陽熱量的吸收,從而達到減少空調冷負荷、節約空調能耗的目的。
    采用“冷屋頂”節能可使空調負荷減少約10%-50% .
    3. 結束語
    節能和環保是實現可持續發展的關鍵。空調領域作為一用能大戶,其能耗已占總能耗的20%左右,故節能意義十分巨大。而從可持續發展理論出發,空調系統如何適應在低負荷下高效節能運行及在系統設計中對設備進行節能選配就成為空調節能的關鍵,這對于節約能源、降低運行費用、促進國民經濟發展具有十分重要的意義。作為一個暖通專業的工作者,在空調系統的設計、管理過程中,均應將對節能降消問題引起足夠的重視,在各個環節中均應積極地爭取挽回所有可能挽回的能量。并將能源消耗作為衡量系統優劣的一項重要指標。
    空調系統的節能可從以下幾個方面進行考慮:系統的選擇、設備的選配及系統的運行管理。具體節能方案應根據建筑物的結構、使用要求、環境條件等因素,通過廣泛的調查研究后確定。只要各方共同努力,空調系統的節能降耗問題是不難解決的。
 

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