西安大型公共建筑空调系统节能优化研究 |
| 2012-06-11 16:33 作者：马 甲 闫华生 张竹 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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摘要：作为大型公共建筑中的主要耗能设备，空调系统由于运行中所出现的种种问题，存在着不少不合理用能的现象，消耗建筑物能耗总量的30%-60%，亟待进行节能改造和优化工作。结合实际调研情况，从空调冷热源、空调水系统及空调风系统三个大的方面进行分析，以期对西安市大型公共建筑空调能耗的降低提供科学的认识，同时为进一步提高空调系统节能效果提供有效帮助。
关键词：大型公共建筑；能耗调查；节能；分析
中图分类号：TU831.3文献标识码：A文章编号：1671—7597（2012）0410
0引言
空调系统的节能优化主要体现在设计和运行阶段，设计完成之后，空调系统的能耗状况基本趋于稳定，在此基础上，要想取得更进一步的优化，空调系统节能的重心必然转移到空调系统运行中。大型公共建筑中的空调系统能很好的调节控制室内空气的温湿度参数，从而为人们提供舒适的生活及工作环境，从总体上来说，一个完整的空调系统其能耗分布于系统的几个主要组成部分当中，那么空调系统的节能优化就应从这些组成部分及对应的管理状况来入手研究。
1西安大型公共建筑空调系统特点
1.1空调冷热源
空调冷热源是整个空调系统的核心部分，在空调系统正常工作时，冷热源源源不断的把制备好的冷热量输送到空调系统中，给建筑物提供了有效舒适的室内热环境。现西安市大型公共建筑空调冷热源具有如下特点。
1）装机负荷偏高
根据调查数据可知西安大型公共建筑除商场建筑装机冷负荷偏低外，商场建筑的装机热负荷及其它建筑的装机冷热负荷都高于规范要求，而在空调符合优化措施得以实施的情况下，所有的建筑装机负荷则更高。装机冷负荷偏高，导致空调冷水机组运行费用增加，且长时间在部分负荷条件下运行效率非常低，严重影响冷源的使用寿命，而装机热负荷高，则形成室内温度增加，白白浪费能源。
2）空调冷水机组的IPLV值偏低
IPLV是空调冷水机组在部分负荷下的性能表现，据调查的数据来看，除了今年新建的一些建筑外，多数的建筑IPLV值偏低，导致多数的空调冷水机组长时间在部分负荷下运行，效率较低。
3）换热装置效率偏低
由于在管理维护不到位，有些使用市政蒸汽或热水进行供热的建筑内部换热装置内壁水垢较多，严重影响热交换，使得换热效率非常低。
4）空调制冷机组配置不合理
空调制冷机在高负荷率附近时运行效率最高，对于一般的大型公共建筑往往需要选用多台机组，用多台机组并联代替单一机组运行时，其综合能效较高，而在多数的建筑中空调制冷机组配置常常为一用一备或一用两备状态，所以使得空调制冷机组普遍的能效较低。
1.2空调水系统
空调水系统由冷冻水系统和冷却水系统两个部分组成，在整个空调系统中承担着输送冷热能的作用，不管空调系统是什么形式，多大负荷，只要有用户，就必须开启空调水系统，所以说空调水系统的能耗也是很大的。除了这两个组成部分以外，冬季采暖方面还应有采暖热水系统。西安市大型公共建筑空调水系统特点如下。
1）使用变频水泵较少，水泵额定功率高，效率普遍较低。
无论是冷冻水泵还是冷却水泵，只有6—8幢建筑使用了变频技术，且多数的水泵使用时间较长而维护又不到位，效率非常低，而额定功率又很高。
2）没有设置变流量系统。
多数建筑的水系统水量是固定不变的，负荷较小的时候会增加很多的能耗，所以定流量水系统也增加了空调系统的部分能耗。
3）空调冷冻水系统中的管道保温较差。
少数的建筑冷冻水系统中管道的保温不甚理想，出现保温层脱落或破损的现象，无形中增加了空调机组的能耗。
4）冷却塔散热效果一般。
冷却塔的散热效果的越好，冷却水越凉，制冷机组的运行效率就越高，所以说冷却塔的散热效果和制冷机组的运行效率有直接的关系。多数的建筑冷却塔维护不到位，导致冷却塔外围的叶片有脱落，且冷凝水管道积有大量的灰尘，使得冷却塔散热效果一般甚至于较低。
1.3空调风系统
空调的风系统主要包括空气处理设备、分配设备及末端设备，空调风系统中耗能的设备主要是风机，它的作用就是给建筑内部输送舒适的空气。西安市大型公共建筑空调风系统特点如下。
1）系统送风温差较小。
空调风系统送温差的大小和风机输入能耗的大小有关，在调查中发现有些出风口风量大而温度较高，过一起送风温差较小。
2）没有充分利用自然通风。
多数的建筑过度季节仍然开启空调风系统，没有充分利用过渡季节室外空气的自然调节能力，大大的增加了空调系统能耗。
3）很少有建筑设置CO2浓度传感器来实时控制新风量。
通过设置CO2浓度传感器可以很好的控制新风量的大小，避免了大量新风处理的能耗，而西安的诸多建筑基本没有设置。
4）很少有建筑设置变频调速装置。
多数的设备选型较大，建筑没有设置变频调速装置的情况下导致了风量的增大，增加了额外的能耗。
2西安大型公共建筑空调系统节能原则及方法
2.1空调冷热源
2.1.1节能原则
1）空调冷源设备
尽可能保证空调冷源设备的运行效率，合理的进行冷源设备的组合使用，同时可以考虑设置蓄冷装置或热泵技术。
2）空调热源设备
尽可能保证空调热源设备的运行效率，合理的进行热源设备的组合使用，同时尽可能采用冷热电联供技术或热泵技术。使用市政蒸汽的建筑应注意换热器的换热效率，使其高效运行。
2.1.2节能方法
1）既有制冷机组的节能
制冷机组相对的造价较高一些，其运行效率不是低于规范要求太多的话，最好的方式就是对其节能调整，提高其能效，常见的方法有：提高制冷机组的运行负荷率、合理调节蒸发温度和冷凝温度、减少机组水侧污垢热阻（污垢系数）等。
2）热电冷联供系统
又被称为分布式能源系统，是以燃气轮机为动力，并与吸收式制冷机/余热锅炉配套，同时提供制冷、采暖、卫生热水和电力的系统。该系统具有能源利用率高、环境污染小、运行灵活、能量输送损失小等特点。
3）热泵技术
热泵是一种利用高品位能是热量从低位热源流向高位热源的节能装置，常用于空调系统的热泵空调系统，其节能效果非常好，环保型很强。此外，可以用于采暖系统的也有空气源热泵、污水源热泵等等。
4）空调蓄冷技术
常用的空调蓄冷技术有水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷和气体水合物蓄冷等几种，而冰蓄冷的研究较早，实际应用状况较好。冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量。
5）太阳能制冷系统
太阳能用于空调制冷系统的方式有太阳能吸收式制冷系统、太阳能吸附式制冷系统、太阳能除湿空调系统等，此外也可以使用太阳能光伏发电技术给空调系统使用，太阳能用于制冷系统是非常环保和节能的，但由于受气候因素的影响比较大，一般均需和其它设备配合使用。
2.2空调水系统
2.2.1节能原则
1）冷冻水系统
冷冻水泵应采用变频技术，冷冻水系统宜采用大温差小流量调节方式，冷冻水管道在非空调区要有较好的保温措施。
2）冷却水系统
冷却水泵也应采用变频技术，冷却塔出水温度应通过冷却塔中的风机来控制。
3）采暖系统
空调机组用于冬季采暖时，采暖系统尽量采用独立的热水泵。
2.2.2节能方法
目前空调水系统的输配能耗，在冬季供暖期间约占动力用电的20％～25％，在夏季约占到了12％～24％，因此降低水系统的输配用能在空调系统节能中占有很重要的地位。常见的空调水系统节能方法有以下几种。
1）大温差小流量的系统
“大温差”是指空调送风或送水温差比常规空调系统采用的温差大。冷冻水大温差系统，冷冻水温差在8℃～10℃，在采用较大的循环温差后，冷冻水量将减少，可以节约输配系统的输送能耗并降低管网的初投资。大温差小流量系统在初投资方面的节省潜力更为显著。
2）变水量系统
变频调速技术通过均匀改变电机定子供电频率达到平滑地改变电机的同步转速，变频调速技术应用于空调水系统中，就形成了变水量系统，在系统部分负荷条件下可以产生产生良好的节能效果。常见的变水量系统有一级泵变流量系统和一级/二级泵变流量系统。
3）冷却塔的节能
冷却塔的节能主要指的是冷却塔供冷技术，它是指在室外空气温度较低时，关闭制冷机组，利用流经冷却塔的循环水直接或者间接地向空调系统供冷，从而节约冷水机组的能耗。
2.3空调风系统
2.3.1节能原则
1）舒适性空调系统宜采用较大的送风温差。
2）全空气系统应充分利用室外大气的自然调节能力。
3）条件许可情况下可设置变频调速装置，这样可弥补设备过大的缺点。
4）在保证必须的新风量的前提条件下，空调系统尽可能采用较大的回风百分比。
除了这些基本的原则外，当然也有其它的一些原则，这里不一一赘述。
2.3.2节能方法
在空调系统中，风系统的能耗也是总能耗的重要组成部分。风系统中的主要耗能设备是风机。常见的节能方式有以下几种。
1）利用室外空气自然冷却节能
在全空气定风量系统的控制中，过渡季节采用室外空气作为天然冷源实现免费供冷，是效果明显的一种节能方法
2）变风量系统
变风量系统就是是通过改变送入房间的风量来满足室内变化的负荷要求，由于空调系统大部分时间处在部分负荷下运行，所以风量的减少可以很有效的降低风机能耗的降低。
3）排风冷、热的回收。向室内引入新风的目的是为了保证空气的洁净度。在满足卫生要求情况下，减少新风量有着显著的节能效果。按照空气量平衡原理，向建筑送入一定的新风的同时必须要排出基本上等量的室内空气，而排风状态与室内空气状态相同。因此，在送入新风时，可以回收利用这部分排风中的能耗（包括冷量和热量），达到节能效果。
3结束语
本文首先分析了西安市大型公共建筑空调系统的特点，其次从空调系统节能原则及方法入手，通过空调冷热源、空调风系统、空调水系统等三个方面的分析，说明了空调系统节能在这三个方面的原则性和具体的方法，希望为进一步提高空调系统节能效果提供有效帮助。
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[6]蔡文剑等编，建筑节能技术与工程基础[M].北京：机械工业出版社，2008.（注：本文版权归作者本人和硅谷杂志所有，禁止他人未经授权转载） |
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