2o¨年第 期 第 卷第24。期) No.5 in 201 1 frI'otal No.243.Vo1.391 建筑节能 ●暖通与空调 HEATING,VENTIIA nNG&AIR C0NDm0NIN( doi:10.39698.issn.1673-7237.201 1.05.003 中央空调系统节能方法 马艳, 孙文哲, 宋倩, 王安光, 张雪亮, 鹿200135) 磊 f上海海事大学商船学院,上海摘要:建筑能耗在国家总能耗中占有很大的比例,而空调能耗又是建筑能耗中的大户。随着能源供应的日趋紧张,如何节约能源、最 大限度地降低空调能耗已越来越重要。分析了影响空调系统能源消耗的关键因素,针对空调负荷特点、冷热源,管路系统等提 出了切实可行的空调节能方案,对空调系统的设计及运行中的节能具有一定参考价值。 关键词: 中央空调系统; 节能方法; 负荷特点; 冷热源; 管路系统 中图分类号:TU831 文献标志码:A 文章编号: 1673—7237(2011)05.0016—04 Energy Saving Methods of the Central Air Conditioning System MA ym,SUN Wen-zhe,SONG Q ∞,WANG An-guang,ZHANG Xue-liang,LULei (Merchant Marine College ofShanghm Maritime University,Shanghai 200135,China) Abstract:BuiMing energy consumption shares a lrge praoportion in total energy consumption,and the consumpton oifair—conditoniing s ̄tem has been the lrgaest one in building enery congsumption.h's,∞ and nlore important to learn te methhods of s ̄ing energy and re— d ̄ing te henergy consumption ofair-codintioning system maximally with teh deifciency of enery gsupply.Several keyfactors that inlf ̄nce the e ̄rgy consumption ofair conditioning system are analyzed,and thefeasible enery—sagcing methods are proposed nccordi to the load charctaeristics,cold and eaht sources,andpiping system ftohe iar-conditioning system.It also has certian referecen value to sa1)e energyfrom te dhesign and opertion oafair-conditioning systerrL Key words:cen仃al air-conditioning system;energy-saving methods;load characteristics;cold and heat sources;piping system O 引言 随着现代人生活质量的提高,人们对所处环境舒 适性要求越来越高,空调的应用越来越广泛,空调用 电占总用电总量的比例在不断上升。在我国,建筑物 能耗占全国能耗的1/3,中央空调能耗占建筑能耗的 40%~60%[1l。因而空调节能意义巨大。以下将从空调 负荷、冷热源、管路系统3个方面讨论空调节能控制 方法。 l针对空调不同负荷特点的节能控制方法 针对空调不同负荷特点有规律地进行节能控制, 目的明确,节能效果也更显著。中央空调系统的负荷 特点: (1)负荷随时间逐时变化且存在最大负荷; (2)负荷有室内负荷与新风负荷之分; (3)负荷包括湿负荷与热负荷: (4)大空间负荷有内外分区现象。 1.1针对负荷逐时变化且有最大负荷的特点 在空调系统的设计及设备选型中均以最大负荷 作为设计工况,而实际运行中空调负荷则随多种因素 而变化,最小时甚至还不到设计负荷的10%[21,存在很 大的能源浪费现象。一方面,如果能降低最大负荷,无 收稿日期:2010.12.12;修回日期:2010.12.30 论是从设备投资上还是运行上都能在很大程度上实 现节能的目的;另一方面,随负荷的逐时变化而变化 地控制制冷量也是中央空调节能的关键技术。 首先,降低空调系统最大负荷实现节能的方法有 以下几个。 1.1.1维护结构节能 1.1.1.1使用环保节能的建筑材料 使用环保节能型建筑材料,可有效减少通过围护 结构的传热这一主要的空调负荷,从而减少各主要设 备的容量,达到显著的节能效果。 1.1.1.2外墙外保温 在外墙敷设保温材料减少外墙传热引起的负荷, 从而降低房间总负荷。 1.1.1.3控制窗墙比 通过外窗的耗热量占建筑物总耗热量的35%~ 45%t2]。在保证室内采光的前提下,合理确定窗墙比以 减少耗热量。 1.1.1.4提高门窗气密性 在门窗上安装密封条,减少外部环境空气渗入。 1.1.1.5 良好的遮阳设施 在窗上设内遮阳或外遮阳将有效减少房间冷 负荷。 1 1.1.1.6房间内壁敷设蓄冷材料 都处于最大值的需要,空调系统输送的风量可以在建 房间内壁敷设蓄冷材料后可在房间负荷低的时 筑物各个朝向的房间之间进行转移,从而系统的总设 候蓄存冷量,在负荷高的时候释放冷量,使房间负荷 计风量可以减少。这样,空调设备的容量也可以减小, 趋于平缓,提高设备利用效率,减少能源消耗。 既可节省设备费的投资,也进一步降低了系统的运行 1.1.1.7“冷屋顶”节能 能耗。 “冷屋顶”指在普通屋顶表面涂上高反射率材料 f2)采用中央空调自动控制技术。由于空调房间的 的屋顶,通过反射日射,减少太阳热量的吸收,减少空 负荷是不断变化的,自控系统可根据设定的温度控 调冷负荷、达到节约空调能耗的目的。 制、湿度控制、压差控制、流量控制来使设备达到最佳 1.1.2设计时合理的计算、选型 .的匹配运行效果,使设备在最高效区域运行,以利于 1.1.2.1 负荷的合理设计计算 能源的综合利用,最大化地实现节能。空调房间内应 对设计者而言,追求空气调节能达到设计要求是 注意不能将能产生热量的设备,如电视机、灯等,放置 其首要责任,故常常不会过多的考虑节能问题。如果 在温度传感器附近。在控制模式上需根据建筑物的具 设计者能合理设计空调负荷及风、水系统各环路设 体功能、气候条件、使用状况等灵活处理。在全年运行 计,减少最大负荷,降低各个循环的设计流量,则空调 中,主要考虑过渡季节的运行:室外新风的利用、新风 设备及管路容量亦可减少,如此不仅减少了初投资费 量的确定等;在每日运行中,主要考虑随室外温度的 用,也可减少系统运转费用。 变化调整机组制冷量。此外,建筑预冷预热时间的合 1.1.2.2设备合理选型,包括空调机组、系统末端设 理选择也很重要。建筑预冷预热时间的选择将直接影 备、泵等 响冷热设备的大小,从而影响初期投资。特别是对于 风机盘管选用质量轻,单位风机功率供冷(热)量 大空间的体育场馆等蓄热量较大的建筑,如何做到既 大,噪声低的机组。空调机组应该选用机组风机风量、 不影响正常使用,又能实现节能或节约投资,预冷预 风压匹配合理,漏风量少,空气输送系数大的机组。水 热时间的合理选择是关键。 泵则应按水泵特性曲线选定,提高水泵工作效率。 f3)通过操作培训等提高操作人员专业素质。操作 1.1.3采用蓄冷空调系统 人员需具备必要的制冷空调知识,要懂得根据室外参 蓄冷指建筑物空气调节时所需冷负荷的全部或 数的变化、空调负荷的变化进行调节,懂得怎样调节 者一部分在非使用空调时间制备好,将其能量蓄存 才会节能。 起来供空调时使用。蓄冷中央空调由冰或冷水提供 )在民用、商用建筑中使用定时器,减少待机耗 冷源,利用电网低谷电力储存冷量,电网高峰时段释 能。民用空调的待机损耗一般为3~5 W,如果使用定 放冷量,有效转移空调用电高峰负荷,缓解电力供需 时器在人员进入前半小时开机,不仅能满足制冷量需 矛盾。 求,也能有效实现空调节能。 1.1.3.1全部蓄能系统 1.2针对室内负荷与新风负荷的节能技术 用能够蓄存足够能量的冷水机组,将整个负荷转 引进新风主要是为了满足人员的卫生需求,新风 移到电网高峰以外的时间去,称为全部蓄能。这种方 负荷占空调总负荷的20%~40%【 ,成为系统的一大 式常用于改建工程中利用原有的冷水机组,只需加设 耗能因素。 蓄冷设备和有关的辅助装置。也适用于特殊建筑物, 在空调系统中可以利用排风对新风进行预热(或 需要瞬时大量释冷,如体育馆。 预冷),实现回热节能,有效降低新风能耗。 1.1_3.2部分蓄能系统 . 常见的风机盘管加新风系统将新风处理到室内 制冷机组在夜间电网低谷时制冷蓄存,在白天电 焓值,新风不承担室内热湿负荷,室内的热湿负荷由 网高峰时释放,为建筑物提供制冷所需的部分冷量。 风机盘管处理。冷冻水系统中,新风机组与室内风机 此方法中负荷均衡,冷水机组连续运行,运行时数从 盘管管路并联。风机盘管处理室内温度较低的空气, 14 h扩展到24 h,可以得到最低的平均负荷。系统耗 新风机组处理室外温度较高的空气。根据风机盘管与 电量大大减少,而冷水机组的制冷量也可减少50%~ 新风机组处理空气温度不同的特点,现在已出现一种 60%r21或者更多一些,十分有利于节能。 冷冻水循环新技术,将空调区域分区,室内风机盘管 其次,随空调负荷的变化而变化地控制制冷系统 冷冻水管路并联,新风机组冷冻水管路并联,冷冻水 也是节能的重要途径。主要有以下几种方式: 先进入并联的室内风机盘管,然后流经新风机组,再 (11采用变风量系统。在大型建筑中,各个朝向的 经循环水泵送回冷水机组。在这种系统中处理较低温 房间一天中最大负荷并不出现在同一时刻。定风量系 空气的室内风机盘管使用低温段的冷冻水,处理较高 统按各房间的最大负荷来设计送风量。而变风量系统 温空气的新风机组使用高温段的冷冻水,实现了冷冻 则可以适应一天中同一时间各朝向房间的负荷并不 水冷量的分级利用。在冷冻水温差和空调设备换热面 07 积不变的情况下,末端风机能耗可降低20% ̄40 ̄/oc41, 实现了节能运行。 此外,过渡季节尽量利用新风,可进行全新风运 1.4.2大空间有效采暖空间 采用地板辐射采暖加周边散热器采暖,增加人员 活动区的热舒适,减少顶部空间的耗能。对于内区需 行,减少制冷机组的运行。冬季内区的消除余热可采 用新风,减少能源的浪费。 要供冷的情况,冬季可供给室外新风,减少能耗。 2风、水管路节能 2.1风路节能 一 在大空间可以采用分层空调和置换通风,尽量减 少无效空间区域的能量消耗,只满足有效区域的舒适 度,以减少系统负荷,降低能耗。 1_3针对湿负荷与热负荷的节能技术 中央空调系统中冷媒水除了提供用户所需的冷 定期清洁风路中滤网灰尘,合理计算风管管径, 合理设计风路阀门等局部阻力部件,减少系统阻力, 从而达到节能运行的目的。 2.2水路节能 量外,还要除去房间里多余的湿量。26℃时空气的露 点温度为17.6℃,冷媒水供、回水温度一般为7℃、 12℃,以便除去房间多余湿量。如果将提供冷量与除 去湿量分开进行的话,使用除湿设备另行除湿,冷媒 水供水温度可以提高到15℃,回水温度可以提高到 18℃,冷水机组的COP值亦可相应提高,相同的冷量 的能耗可相应的降低。 在中央空调系统中采用新风加风机盘管干工况 运行是针对热湿负荷节能的又一方法。常见的风机盘 管加新风系统将新风处理到室内焓值,新风不承担室 内热湿负荷,室内的热湿负荷由风机盘管处理。盘管 表面易产生凝结水,容易出现细菌滋生和漏水污染天 花板的问题。室内风机盘管在干工况下运行,冷冻水 温度必须高于室内露点温度。当室内干球温度25℃, 相对湿度50%,含湿量为9.8g/kg,露点温度为13.85℃。 风机盘管供水温度可提高到15℃,回水18℃。相对 于湿工况的运行状态,冷冻水水温提高,冷水机组的 C0P值亦可相应提高,相同的冷量的能耗可相应的降 低。新风系统承担室内全部的湿负荷和部分显热负 荷,风机盘管只承担部分显热负荷,这样风机盘管可 以保持干工况,可省去凝结水管路,减少了工程的设 备投资和安装造价,防止发生凝结水滴漏对建筑及装 修造成破坏的问题,并防止细菌滋生。 1.4针对大空间负荷内外分区特点的节能技术 冬季时,在大空间里常出现负荷内外分区现象, 空间内部需要供冷,而周边则需要供热。这种情况下 可以采用水环热泵系统利用内部余热供给周边地区。 也可以利用室外新风直接给内部空间供冷,节省能 耗,而外部空间则另行供热。 1.4.1水环热泵系统 水环热泵空调系统指用水环路将小型的水/热 泵机组并联在一起,形成一个封闭环路,构成一套回 收建筑物内部余热作为其低位热源的热泵供暖、供冷 的空调系统。 水环热泵空调系统的优点:如回收建筑物余热的 特有功能;不像传统锅炉那样会对环境产生污染;省 掉或减少常规空调系统的冷热源设备和机房;便于分 户计量与计费;便于安装、管理等。 1 (1)根据负荷变化改变水泵电机运转频率或水泵 台数,调节水泵流量和扬程,以达到最大节能运行。冷 冻水泵采用变频调速水泵进行变流量运行,或采用 冬、夏两用双速水泵。冷却水泵采用变速驱动和风机 起停控制。 (2)水系统采用大温差9℃,空调冷热负荷和空调 供回水温差决定了空调系统中水流量,空调供回水温 差越大,空调水流量越小,那么水泵的能耗就会越小。 (3)做好水泵水管的保温。中央空调系统中水的主 要输送设备是水泵,输送过程的能耗包括两部分,即 传热过程的冷量损失以及输送过程的流动阻力损失。 可以通过供水管保温及减少管路阻力的方法减少能 量损失。 (4)尽量减少阀门的阻力。阀门能够调节管路阻力 特性,水泵的扬程和电耗会由于阀门阻力而增加,应 该尽量避免使用阀门调节阻力的方法,尽量减少阀门 的阻力。 (5)设定合适的水流量。水流量与水泵能耗成一定 的比例,空调水流量越小,那么水泵的能耗就会越小。 (6)选用合适的水泵,提高水泵效率。根据水泵工 作状态点的不同,水泵的效率的变化范围是从0到最 大效率变化。在输出功率相同的情况下,如果降低水 泵的效率,那么水泵的能耗就会增大。因此,在空调系 统设计时要根据水泵特性曲线选用合适的水泵,提高 水泵效率,使其在高效率状态下工作。 3选择合适的冷热源 根据国家能源政策、能耗指标和当地能源条件合 理选择冷热源,减少投资,实现节能。 3.1太阳能空调 太阳能空调可充分利用夏天的太阳能,具有很好 的经济性。利用太阳能供冷与供热,不仅可以节省电 力和常规能源,对环境保护尤其有重要意义。 3.2燃气空调 燃气空调具有削减夏季电力高峰、填补夏季燃气 低谷的益处。在燃气进行能源转换的过程中,先获得 品位较高的机械能,余下的品位较低的能量以热能方 式加以利用,将不同的能源转换过程进行合理组合。 与燃气直接燃烧获得热量用于采暖和供应生活热水 的方式相比,家用燃气空调用于采暖和供应生活热 利用效率从常规发电系统的40%左右提高到80%左 水,至少可以节省30%的燃气。 右【 ,大量节省了一次能源,是十分具有节能效果的 3.3土壤源热泵 系统。 土壤源热泵与空气源热泵相比,主要优点有:节 4结语 能效果明显,可比空气源热泵系统节能约20%;埋地 我国是世界上最大的房间空调器生产国,同时也 换热器不需要除霜,减少了冬季除霜的能耗;由于土 是世界上最大的冷水机组市场。当前我国的能源紧 壤具有较好的蓄热性能,可与太阳能联用改善冬季运 缺,确实是对制冷空调业的严峻挑战,面对这一挑战 行条件;埋地换热器在地下静态的吸放热,减小了空 中国的制冷行业应进一步向节能高效进发,推进制冷 调系统对地面空气的热及噪音的污染。 空调行业长足发展,使中国的制冷空调行业取得更广 3.4水源热泵 阔的发展空间。 水源热泵系统与空气源热泵相比,制冷(热)性能 受外界环境变化的影响较小,换热效率也高于空气源 参考文献: 热泵。水源热泵空调系统具有不同于传统中央空调系 [1】江华,刘宪英,黄忠.中央空调能耗现状调查与分析[J】_制冷与空调, 统的诸多技术特点,是一个热回收和内部能量平衡的 2005(s):3 1-36. 系统,过渡季节节能的效果非常显著。具有设计安装 【2】郭鹏.浅谈中央空调系统的节能方案[J].科学时代,2010(13):107.108. 简单、控制管理方便、总体造价较低的优点。 [3】李昂.浅谈中央空调系统的节能[J].科技与生活,2010(6):29. 3.5采用热电联供或热电冷三联供系统 【4剧1文哲.—种中央空调冷冻水管路:中国,ZL 200620032848.3[P].2007. 热电联供是指由供热式汽轮发电机组的蒸汽流 04一l8. 既发电又供热的生产方式,通过能源梯级利用实现 [5】戎卫国,孟繁晋热电冷三联供供冷方式的分析与评价[J】.建筑热能 节能。 通风空调,2008(2):44.47. 热电冷三联供,是指以天然气或其他能源为主要 燃料带动燃气轮机或内燃机发电机等燃气发电设备 作者简介:马艳(1988),女,河南信阳人,在读研究生,制冷及低温工 运行,产生的电力满足用户的电力需求,系统排出的 程专业,从事空调制冷方向的研究(ye ma@h0缸Tlaj1.conr)。 废热通过余热回收利用设备(余热锅炉或者余热直燃 指导教师:孙文哲(1962),硕士,上海海事大学商船学院研究员,从事 机等)向用户供热、供冷。经过能源的梯级利用使能源 热力系统节能,制冷原理及设备的研究工作。 (上接第7页)色建筑的设计、施工、验收的地方标准支 绿色建筑联盟成立筹备会议”并积极参加联盟相关活 撑体系有望在今明两年内建立起来,使广西的绿色建 动。亚热带地区绿色建筑联盟成立筹备会议在南宁市 筑标准体系形成一个有机的整体。从2009年2月颁 广西建筑科学研究设计院成功召开。组织参加“第六 布首部绿色建筑的地方标准规范《广西绿色建筑评 届国际绿色建筑与建筑节能大会暨新技术与产品博 , ̄))(DB45/T567 2009)开始,广西的绿色建筑标准规范 览会”;组织参加了2010年6月22日在深圳市建筑 体系研究及编制工作进入快速发展时期。2010年,广 科学研究院举行的 双百’示范工程——绿色建筑技 西绿色建筑分会积极依托广西建筑科学研究设计院 术交流及项目管理要求会议”的培训、交流、研讨及参 等技术支撑单位,研究编制立体生态绿化隔热技术应 观活动:积极参加“绿色建筑香港委员会”成立大会。 用指南、既有大型公共建筑和新建大型公共建筑用能 广西壮族自治区对绿色建筑和建筑节能推广机 定额、可再生能源建筑应用项目检测技术规范、再生 构加大政策和资金扶持力度,其中广西建筑节能技术 骨料和再生混凝土质量要求、热反射隔热涂料节能设 重点实验室落实了逾700万元的建设资金用于扩大 计规范等一系列标准规范,走“先定规矩再成方圆”的 规模和完善公共服务平台。广西绿色建筑节能中心 稳步发展战略。 2010年完成近50栋大型公建能源审计,20栋既有大 加大绿色建筑节能产品推广运用 型公共建筑节能改造工作正在稳步推进。 广西一直致力于新产品的推广工作,自2010年 该省不断加大培训的力度。2010年6月7日至 以来,加大了对自隔热混凝土砌块、加气混凝土砌块、 2010年7月9日,绿色建筑分会积极配合广西建设 泡沫玻璃等节能产品的推广力度。此外,组织了能效 科技协会和广西建设职业培训中心,举办了全区的建 测评机构的申报工作,批准广西绿色建筑节能中心有 筑节能岗位培训班。培训班覆盖钦州、防城港、南宁、 限责任公司和广西建筑工程质量检测中心为自治区 柳州、桂林、梧州、百色、河池、玉林9个设区市,历时 级民用建筑能效测评机构。能效测评机构对多栋公共 一个月,培训人数达2500人。组织举办了各种宣传教 建筑进行了建筑能效测评。 育活动,使绿色建筑深入人心。 在国际合作与交流方面,协助召开“亚热带地区 (来源:《中国建设报》2011-03.28广新) L19