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公共建筑空调节能设计的探讨
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随着我国人民生活水平的提高和产业结构的调整,建筑能耗的相对值和绝对值都将持续增长,我国建筑用能已超过全国能源消费总量的1/4。而空调能耗一般要占到整个建筑能耗的40%以上,因此降低空调系统能耗对降低建筑物能耗,节能减排有重要意义[1]。2005年7月1日起实施的(GB50189-2005)《公共建筑节能设计标准》为公共建筑的建筑热工设计和供暖、通风和空调设计等提出了设计原则。（参考《建筑中文网》）
从制冷空调行业产业链现状来看,可以分为设计、制造、安装、运行。设计是行业的龙头,也是行业的源头。空调节能,设计先行,设计师的设计对空调制冷系统的节能起着至关重要的作用,因为设计师决定制冷空调系统容量的大小,即使制造厂家制造出最精良的设备,最节能的设备,没有设计师的正确设计,也难以实现节能减排的要求。
1 选择高效节能设备,合理配置设备,实现节能
对于中央空调系统的设计来说,首先应选择高效节能的中央空调设备。中央空调设备一般包括:空调冷热源设备,空调机组、水泵、风机、风机盘管等末端设备。空调设备中冷热源设备能耗约占空调总能耗的一半,是中央空调节能的主要部分。选用冷水机组时要严格执行蒸汽压缩循环冷水机组(GB/T18430·1-2007)标准,中小型公共建筑可以选用空气源热泵机组作为冷热源,因为不需要设置室内机房,安装方便,管理维护简单。但对于大型公共建筑,由于空气源热泵机组的性能参数较水冷型机组低很多,单台机组的容量不大,台数过多难以布置在屋面上,因此应选用螺杆或离心式水冷冷水机组。中央空调末端设计中一定应选用盘管重量轻、单位风机功率供冷或者供热量大的机组。空调机组应该选用风机风量、风压匹配合理,漏风量少,空气输送系数大的机组。
2 利用能量回收系统实现节能
空调系统可通过回收排风中的冷(热)量处理新风,用冷凝器的放热加热生活用水达到节能的目的。
2.1 排风冷(热)量回收
在建筑物的空调负荷中,新风负荷所占比例比较大,一般占空调总负荷的20%~30%。空调运行时要排走室内部分空气,必然会带走部分能量,同时又要投入能量对新风进行处理,如果在系统中安装能量回收装置,利用全热交换器或显热交换器回收排风中的能量,用排风中的能量来处理新风,就可减少处理新风所需的能量,降低机组负荷,提高空调系统经济性。
2.2 冷凝器热量回收
空调冷凝热是空调系统制冷量与制冷机输入功率之和,冷凝热一般为制冷量的1·15~1·3倍左右(吸收式可达2·2倍),可见制冷机冷凝热是相当大的。通常情况下,空调冷凝热是通过冷却水系统排入大气,将如此大量的冷凝热直接排到室外的大气中,直接加剧了室外大气的热污染,加剧了城市的“热岛效应”。如果使用冷凝热回收技术,将这些热能回收,用于生活热水或作为辅助加热热源,既可大大降低整个暖通系统的运行费用,又可以减少向大气中排放的废热,减轻大气污染,改善生态环境。
冷凝器的放热量与空调负荷的变化同步,而与热水用量可能不一致。机组的正常运行要求冷凝热、冷却水量、热水用量平衡,常与现实不一致,这在系统设计时应加以考虑,可采用蓄热装置来进行调配,如图1所示。根据热用户的要求,对来自蓄热水池的热水可再加热。该系统的工况转换控制主要根据蓄热水池的热水温度信号,当热水温度高于某设定值时冷却塔开始运行。
3 应用热泵技术实现节能
热泵是一种高效节能、环保无污染、性能可靠的绿色环保冷暖空调。可以冬季制热、夏季制冷以及供生活热水,热泵系统设计简单,运行可靠,自控精度高,节能效果显著。热泵的种类很多,包括空气源热泵、水源热泵、土壤源热泵、水环热泵、燃气热泵、蓄热式热泵和高温相变式热泵等[2]。热泵技术发展很快,在国外广泛应用,在我国也有许多设计和运行良好的实例。有研究对北京、宁波及广州的三座地源热泵示范工程情况进行了各个方面的论述,并指出:热泵技术的投资费用比传统的中央空调的投资费用略低,但是运行费用远低于传统的中央空调。建设热泵技术工程需要在经济技术分析的层面上,就初投资、采暖制冷效果、技术稳定性、运行费用、节能效果以及环保等方面进行详细的、科学的论证,进而提出合理的方案进行建设。
4 合理降低室内温度标准实现节能
从节能角度出发来确定室内温、湿度标准是节能的重要因素。空调系统耗能大小除与当地室外气象参数、建筑物的外围护结构及室内发热散湿量有直接关系外,室内设计温、湿度标准也是直接影响冷负荷大小的重要因素。
从外围护结构的传热计算公式可看出:在原室内设计温度时外围护结构的传热量为Q1=FKΔt1,若改变室内设计温度后,外围结构的传热量为Q1=FKΔt2,将以上两个情况进行比较,则Q2∶Q1=Δt2∶Δt1,得Q2=(Δt2/Δt1)Q1。如哈尔滨地区夏季空调室外计算温度为30·3℃,假设室内温度从25℃提高到26℃,则Δt1=30·3-25=5·3℃,Δt2=30·3-26=4·3℃,所以Q2=(Δt2/Δt1)Q1=（4.3/5·3）Q1=0·811Q1,也就是室内设计温度提高1℃,则通过外围结构的传热量可减少18·9%。由此看出,夏季室内温度越高,冷负荷就越低,系统设备耗能也就越小。在保证人体健康与舒适性的前提下,夏季室温每升高1℃,节省的冷负荷是很可观的。因此,从节能角度考虑,当前总趋势是各国都在修订过去偏高的室内温湿度标准。美国国家标准局认为把夏季设定温度从24℃改为26·7℃,约可节约能量15%,冬季设定温度从24·4~26·7℃,改为21~22℃,约可节能18%。可见,为降低能耗,在满足生产要求和人体健康的情况下,空调房间室内温度,夏季应尽可能提高,冬季应尽可能降低。
5 加强管理力度,减少能源浪费
日常管理是建筑节能是否实际有效的关键。一个设计得再好的节能系统,如果管理不善,也达不到节能的目的。
5.1 提高操作管理人员素质
在中央空调能耗中,有很大一部分是由于管理不善而引起的,各项调节和节能措施的实施,也与操作人员的技术素质直接相关,所以应加强对中央空调操作人员的培训,提高管理人员素质,实行中央空调操作人员操作证制度,使其具备必要的制冷空调知识,懂得根据室外参数的变化来进行调节,以及怎样调节才会节能。
5.2 制定并执行合理的空调运行管理制度
日常运行中杜绝跑、冒、滴、漏现象,经常清洗过滤设备,保证冷冻水、冷却水水质,以免空调设备产生污垢、锈蚀、锈渣和生物污泥,使管道流动阻力加大而流量减小,甚至管道堵塞,导致制冷量下降,从而浪费电能。根据理论计算,冷疑器的污垢每增加0·1mm,热交换效率就降低30%,耗电量则增加5%~8%。对设计考虑的过渡季全新风运行和间歇供冷、供热等节能措施,是否正确进行,真正把能耗节省下来。
6 结语
节能己成为空调设计的基本课题和方向之一。空调系统的设计、施工及管理人员在工程实践中应提高节能意识,将各种节能措施合理运用,综合分析各种影响因素,选择经济合理的节能方案。
参考文献
[1] 李惠风,白雪莲,李目斤原.观演建筑空调设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.
[2] 李娥飞,张力,沙玉兰,等.康体休闲设施的室内环境与通风[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.
[3] 陈丽茹.高层建筑空调节能设计的探讨[J].能源与环境,2004,(3):37-39. 来源: 《建筑中文网》.
从制冷空调行业产业链现状来看,可以分为设计、制造、安装、运行。设计是行业的龙头,也是行业的源头。空调节能,设计先行,设计师的设计对空调制冷系统的节能起着至关重要的作用,因为设计师决定制冷空调系统容量的大小,即使制造厂家制造出最精良的设备,最节能的设备,没有设计师的正确设计,也难以实现节能减排的要求。
1 选择高效节能设备,合理配置设备,实现节能
对于中央空调系统的设计来说,首先应选择高效节能的中央空调设备。中央空调设备一般包括:空调冷热源设备,空调机组、水泵、风机、风机盘管等末端设备。空调设备中冷热源设备能耗约占空调总能耗的一半,是中央空调节能的主要部分。选用冷水机组时要严格执行蒸汽压缩循环冷水机组(GB/T18430·1-2007)标准,中小型公共建筑可以选用空气源热泵机组作为冷热源,因为不需要设置室内机房,安装方便,管理维护简单。但对于大型公共建筑,由于空气源热泵机组的性能参数较水冷型机组低很多,单台机组的容量不大,台数过多难以布置在屋面上,因此应选用螺杆或离心式水冷冷水机组。中央空调末端设计中一定应选用盘管重量轻、单位风机功率供冷或者供热量大的机组。空调机组应该选用风机风量、风压匹配合理,漏风量少,空气输送系数大的机组。
2 利用能量回收系统实现节能
空调系统可通过回收排风中的冷(热)量处理新风,用冷凝器的放热加热生活用水达到节能的目的。
2.1 排风冷(热)量回收
在建筑物的空调负荷中,新风负荷所占比例比较大,一般占空调总负荷的20%~30%。空调运行时要排走室内部分空气,必然会带走部分能量,同时又要投入能量对新风进行处理,如果在系统中安装能量回收装置,利用全热交换器或显热交换器回收排风中的能量,用排风中的能量来处理新风,就可减少处理新风所需的能量,降低机组负荷,提高空调系统经济性。
2.2 冷凝器热量回收
空调冷凝热是空调系统制冷量与制冷机输入功率之和,冷凝热一般为制冷量的1·15~1·3倍左右(吸收式可达2·2倍),可见制冷机冷凝热是相当大的。通常情况下,空调冷凝热是通过冷却水系统排入大气,将如此大量的冷凝热直接排到室外的大气中,直接加剧了室外大气的热污染,加剧了城市的“热岛效应”。如果使用冷凝热回收技术,将这些热能回收,用于生活热水或作为辅助加热热源,既可大大降低整个暖通系统的运行费用,又可以减少向大气中排放的废热,减轻大气污染,改善生态环境。
冷凝器的放热量与空调负荷的变化同步,而与热水用量可能不一致。机组的正常运行要求冷凝热、冷却水量、热水用量平衡,常与现实不一致,这在系统设计时应加以考虑,可采用蓄热装置来进行调配,如图1所示。根据热用户的要求,对来自蓄热水池的热水可再加热。该系统的工况转换控制主要根据蓄热水池的热水温度信号,当热水温度高于某设定值时冷却塔开始运行。
3 应用热泵技术实现节能
热泵是一种高效节能、环保无污染、性能可靠的绿色环保冷暖空调。可以冬季制热、夏季制冷以及供生活热水,热泵系统设计简单,运行可靠,自控精度高,节能效果显著。热泵的种类很多,包括空气源热泵、水源热泵、土壤源热泵、水环热泵、燃气热泵、蓄热式热泵和高温相变式热泵等[2]。热泵技术发展很快,在国外广泛应用,在我国也有许多设计和运行良好的实例。有研究对北京、宁波及广州的三座地源热泵示范工程情况进行了各个方面的论述,并指出:热泵技术的投资费用比传统的中央空调的投资费用略低,但是运行费用远低于传统的中央空调。建设热泵技术工程需要在经济技术分析的层面上,就初投资、采暖制冷效果、技术稳定性、运行费用、节能效果以及环保等方面进行详细的、科学的论证,进而提出合理的方案进行建设。
4 合理降低室内温度标准实现节能
从节能角度出发来确定室内温、湿度标准是节能的重要因素。空调系统耗能大小除与当地室外气象参数、建筑物的外围护结构及室内发热散湿量有直接关系外,室内设计温、湿度标准也是直接影响冷负荷大小的重要因素。
从外围护结构的传热计算公式可看出:在原室内设计温度时外围护结构的传热量为Q1=FKΔt1,若改变室内设计温度后,外围结构的传热量为Q1=FKΔt2,将以上两个情况进行比较,则Q2∶Q1=Δt2∶Δt1,得Q2=(Δt2/Δt1)Q1。如哈尔滨地区夏季空调室外计算温度为30·3℃,假设室内温度从25℃提高到26℃,则Δt1=30·3-25=5·3℃,Δt2=30·3-26=4·3℃,所以Q2=(Δt2/Δt1)Q1=（4.3/5·3）Q1=0·811Q1,也就是室内设计温度提高1℃,则通过外围结构的传热量可减少18·9%。由此看出,夏季室内温度越高,冷负荷就越低,系统设备耗能也就越小。在保证人体健康与舒适性的前提下,夏季室温每升高1℃,节省的冷负荷是很可观的。因此,从节能角度考虑,当前总趋势是各国都在修订过去偏高的室内温湿度标准。美国国家标准局认为把夏季设定温度从24℃改为26·7℃,约可节约能量15%,冬季设定温度从24·4~26·7℃,改为21~22℃,约可节能18%。可见,为降低能耗,在满足生产要求和人体健康的情况下,空调房间室内温度,夏季应尽可能提高,冬季应尽可能降低。
5 加强管理力度,减少能源浪费
日常管理是建筑节能是否实际有效的关键。一个设计得再好的节能系统,如果管理不善,也达不到节能的目的。
5.1 提高操作管理人员素质
在中央空调能耗中,有很大一部分是由于管理不善而引起的,各项调节和节能措施的实施,也与操作人员的技术素质直接相关,所以应加强对中央空调操作人员的培训,提高管理人员素质,实行中央空调操作人员操作证制度,使其具备必要的制冷空调知识,懂得根据室外参数的变化来进行调节,以及怎样调节才会节能。
5.2 制定并执行合理的空调运行管理制度
日常运行中杜绝跑、冒、滴、漏现象,经常清洗过滤设备,保证冷冻水、冷却水水质,以免空调设备产生污垢、锈蚀、锈渣和生物污泥,使管道流动阻力加大而流量减小,甚至管道堵塞,导致制冷量下降,从而浪费电能。根据理论计算,冷疑器的污垢每增加0·1mm,热交换效率就降低30%,耗电量则增加5%~8%。对设计考虑的过渡季全新风运行和间歇供冷、供热等节能措施,是否正确进行,真正把能耗节省下来。
6 结语
节能己成为空调设计的基本课题和方向之一。空调系统的设计、施工及管理人员在工程实践中应提高节能意识,将各种节能措施合理运用,综合分析各种影响因素,选择经济合理的节能方案。
参考文献
[1] 李惠风,白雪莲,李目斤原.观演建筑空调设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.
[2] 李娥飞,张力,沙玉兰,等.康体休闲设施的室内环境与通风[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.
[3] 陈丽茹.高层建筑空调节能设计的探讨[J].能源与环境,2004,(3):37-39. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201101/14661.htm
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