中央空调系统的节能方法

第29卷第1期

2008年3月渤海大学学报(自然科学版) Journal o f Bohai U niversity (Natural Science Edition) Vol . 29No . 1M ar . 2008

中央空调系统的节能方法

赵　辛1, 姜国伟2

(辽宁工业大学土木建筑系, 辽宁锦州121001)

摘　要:从设计方法和工程实际出发, 从选择设计参数、围护结构、风系统、水系统及系统

运行管理等方面阐述了中央空调系统在设计、施工及运行管理过程中的节能方法, 说明了中央

空调节能是建筑节能的一个重要方面。

关键词:建筑; 风系统; 中央空调系统; 节能

中图分类号:T U 831　　文献标识码:B 　　　文章编号:1673-0569(2008) 01-0086-03

近年来随着国民经济的发展和科学技术的进步, 人们对生活品质的追求越来越高, 中央空调系统的使用也日趋广泛。该系统可以对室内空气状态点做精确控制, 使之满足人体舒适程度或生产工艺的需要。但高质量的生活环境总是以牺牲现有的能源为代价的, 随着自然界能源的日益减少, 节能型中央空调的发展已成焦点。在建筑物的总能耗里, 中央空调系统的能耗约占40%—60%, 因此, 中央空调系统的节能是建筑节能的重要因素。本文将针对中央空调系统的节能方法谈谈个人的观点。

1　选择合理的设计参数

根据空气处理过程可以知道, 夏季室内温度越高, 相对湿度越高, 系统设备的能耗越小; 冬季室内温度越低, 相对湿度越低, 系统设备的能耗越小。实践证明, 夏季室内空气状态点的温度值上调1℃, 将减少9%的系统能耗; 冬季室内空气状态点的温度下调1℃, 将减少12%的系统能耗。在设计过程中应根据《采暖通风与空气调节设计规范》(GB 50019—2003) 中的要求选择温湿度。舒适性空调规范中规定:夏季室内温度t =22℃—28℃, 相对湿度 =40%—65%; 冬季室内温度t =18℃—24℃, 相对湿度 =30%—60%。设计人员可以根据建筑物的使用功能和人们对舒适程度的要求, 在规范规定的范围内, 夏季尽量取温湿度的上限值, 冬季取温湿度的下限值。不要盲目追求夏季温度过低、过干, 冬季温度过高、过湿。这样可以达到一定的节能效果。

2　选择合理的围护结构

通过围护结构传入室内的冷热负荷是室内负荷的重要组成部分, 所以在围护结构的设计中应采取节能措施:首先, 对于冷负荷较大的建筑物, 外表面颜色以浅色为好。建筑材料由外到内应采用热容量逐层增加的方法布置。最外层的保温材料热容量最小, 这样可以减少维护结构的蓄热负荷。其次, 在满足建筑使用功能和设计规范的基础上要减少窗户和墙体的面积比, 不要盲目追求大窗户, 这样会使室内负荷大大增加。对于空调房间应考虑采用镀膜反射玻璃、中空玻璃和遮阳措施。这些方法都可以减少室内的冷热负荷, 达到节能的目的。收稿日期:2007-12-11.

:() ,

　第1期　　　　　　　　　　赵　辛, 姜国伟:中央空调系统的节能方法873　风系统的节能方法

3. 1　空气处理末端设备的节能方法

选择末端设备时应该注意风量、风压的匹配, 保证设备在最佳状态点运行。在满足设计要求的前提下尽量减小风机的风压, 如果风压过高, 风机的耗功率将显著增大, 造成能源浪费。

选择空气输送系数(AT F) 大的末端设备, 可以节省能源。

ATF=输送的显冷量/风机的输入功率, 即单位风机消耗功率所提供的冷量。

选择漏风率小的机组, 国际规定在700Pa 压力时漏风率≤3%。洁净空调系统根据洁净等级确定漏风率。漏风率越大, 风机的能耗就越大。漏风率小的机组节能效果显著。

对于空气—水系统(例如风机盘管+新风系统) , 在过渡季节可以采用全新风运行以达到节能的目的。

选用送风温差大的末端设备。在室内负荷(Q ) 一定的前提下增大送风温差(tn -ts ) 可以减少空调机组的送风量(L) , 这样就减慢了风机电机的频率, 达到了节能的目的。采用这种送风方式时一定要注意做好风管的保温, 尽量减少在空气输送过程中的能量损失。在选择大温差末端设备的同时还可以选择大温差的冷水机组, 以达到更好的节能效果。这是因为, 冷水机组在7℃—12℃的温差下, 能耗基本不变, 在这个范围内选择大温差, 减少了冷冻水的用量, 降低了冷冻水泵的频率, 节约了冷冻水系统的运行能耗, 达到了节能的目的。

Q =C L (tn -ts )

Q —室内负荷C —空气比热容 —空气密度L —送风量tn —室内温度ts —送风温度(tn -ts ) —送风温差

采用变风量系统可以达到节能的效果。空调系统在设计时一般都是以最大负荷为基本设计参数的, 对于大多数建筑的中央空调系统来说, 每年只在短短的几十天里系统在最大负荷下工作。季节的变化、昼夜的更替都使室内负荷时刻处在变化中。如果使空调一直在最大负荷下运行会造成能源的浪费和过冷现象产生。传统的定风量系统是通过设立再热装置来解决这一问题的。经过末端设备冷却、去湿过的空气, 经过再热器时会发生冷热抵消的现象, 这会造成能量的浪费。而变风量系统则很好地解决了这一问题。当室内负荷变化时, 变风量系统是通过改变送风量来保持送风温差不变的。该系统不需要再热设备, 减少了能量的损失。随着风机变频技术的发展, 变风量系统的应用越来越广泛, 节能效果也日趋显著。实践证明, 在相同环境下变风量系统较定风量系统节能30%—50%。

对于有独立新风和排风系统的建筑物, 可以采用热回收装置, 用排风中的热(冷) 量, 预热(冷) 新风, 达到节能的效果。

3. 2　合理布置风管

在布置风管道时也要注意节能。管道布置要简洁尽量减少沿程和局部阻力损失, 做好保温处理, 节约能耗。

4　水系统的节能方法

4. 1　水系统的变频控制技术

冷水机组的变频控制。冷水机组是整个中央空调系统的核心设备。在设计时是按照最大负荷来选定的, 压缩机电机的容量也是按最大需求来决定的。但在实际运行中, 满载运行所占的比例非常小, 设计容量偏大, 这样会造成能源浪费。变频冷水机组就是通过运用变频技术控制压缩机的转速来调节其排气量, 以达到对制冷量的控制, 使冷水机组处于最合理的节能工作状态。通常变频调速不宜低于额定转速的50%, 结合冷水机组的实际情况计算确定, 其百分比最好处于75%—100%。

水泵的变频控制。水泵变频控制是当整个系统承担的负荷发生变化时, 变频器根据水泵负载的变化

　　　　　　　　　　　　　　渤海大学学报88(自然科学版) 　　　　　　　　　　　　　　第29卷管的压力变化或冷冻水的回水温度作为参数; 对于冷却水泵可以采集冷却水供回水主管的压差或冷却水的出水温度作为参数, 通过变频器调整冷冻水泵、冷却水泵的运行频率来改变水泵的工作点, 使之沿着管路的特性曲线移动, 保证水泵在最高效率点上运行, 达到最佳的节能效果。水泵的电机转速下降, 电机从电网吸收的电能就会大大减少。其减少的功耗为△P =P 0[1-(N 1/N 0) ], 其减少的流量△Q =Q 0[1-(N 1/N 0) ]。其中P 0—原电机转速下电机消耗的功率, Q 0—原电机转速下产生的水泵流量, N 0—电机原来的转速, N 1—改变后的转速。从上面两个公式可以看出流量的减少与转速减少的一次方成正比, 但功耗的的减少却与转速减少的三次方成正比。

4. 2　二次泵系统

当系统较大, 阻力高, 且各环路有负荷特性差异或阻力相差大时, 冷冻水则宜采用二次泵系统达到节能的目的。

4. 3　选择输送效率高的载能介质

水作为载能介质消耗的能量比空气要小, 在中央空调系统中尽量把冷冻水输送到各末端设备控制区域内的使用点上, 尽量减少风管路的铺设。

空调水系统的输配用电, 在冬季供暖期间约占动力用电的20%—50%; 夏季供冷期间约占12%—24%, 因此水系统的节能具有重要意义。3

5　加强中央空调系统的运行管理

先进的设备只有使用得当才能发挥最大的功效。因此, 在中央空调系统运行过程中要加强对空调操作人员的培训, 提高操作人员的素质。定期清扫滤清器, 换热设备表面也要定期除垢除灰; 对设备构件要及时维护, 防止冷热水和冷热风的跑、冒、滴、漏等现象的发生; 对于不连续工作的末端设备在预冷的过程中采用循环风, 不引入新风, 以便节约能耗。

6　小结

从以上介绍的中央空调系统的节能方法中可以看到, 中央空调的节能空间是非常巨大的, 在采用新技术、新设备的同时, 更需要设计、施工、设备厂家和运行管理等各个部门的通力合作, 这样才能充分挖掘系统的节能潜力, 最大限度地实现节能。

参考文献:

[1]中华人民共和国建设部. 采暖通风与空气调节设计规范[M ]. 北京:中国计划出版社, 2003.

[2]中原信生. 建筑和建筑设备的节能[M ]. 北京:中国建筑工业出版社, 1990.

[3]俞炳丰. 中央空调新技术及其应用[M ]. 北京:化学工业出版社, 2004. 8.

[4]赵荣义. 简明空调设计手册[M ]. 北京:中国建筑工业出版社, 1998.

Energy-saving methods for central air-conditioning system

ZHA O Xin, JIA N G G uo -wei

(Department of Civil Eng ineering an d Architecture, Liaoning Un iversity of T echnology, J inzhou 121001, China)

Abstract :Based on the design metho ds and practical eng ineering , the energ y-saving m ethods for centr al air-conditioning system ar e illustr ated by cho osing cerain design parameter s, envelope structure , air system , water system , and system manag ement . Ener gy -saving is an im po rtant par t in a building.

Key words :building ; air system; central air -conditioning sy stem ; energ y-saving