中央空調(diào)系統(tǒng)如何節(jié)能

1、引言:該文綜述了中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的諸多機(jī)會與措施,指出節(jié)能觀念應(yīng)貫穿于中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選型和運(yùn)行的始終,以達(dá)到最大限度地節(jié)能。1、中央空調(diào)系統(tǒng)的組成中央空調(diào)系統(tǒng)是由一系列驅(qū)動流體流動的動件(如水泵、風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)、各種型式的熱交換器(如風(fēng)機(jī)盤管、蒸發(fā)器、冷凝器及中間熱交換器等及連接各種裝置的管道(如風(fēng)管、水管及冷媒管和閥件所組成。中央空調(diào)系統(tǒng)一般可分下列五個(gè)循環(huán):(1室內(nèi)空氣循環(huán);(2冷水循環(huán);(3冷媒循環(huán);(4冷卻水循環(huán);(5室外空氣循環(huán)?？傮w說來,構(gòu)成中央空調(diào)系統(tǒng)的元件主要是熱交換器和流體機(jī)械兩種。熱交換器是作為高低溫兩種工作流體能量交換的設(shè)備。當(dāng)任何一組熱交換器效果不好時(shí),會增加系統(tǒng)耗電

2、率(kW/RT,不是系統(tǒng)耗電量增加,就是冷凍能力下降。而流體機(jī)械則是推動工作流體循環(huán)的動力泵,其耗電量W=QHhr/。耗電量的多少決定于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)數(shù)h,輸送的工作流體流量Q,工作流體循環(huán)所需要的揚(yáng)程H 以及效率,減少其中任何一項(xiàng),都可達(dá)到節(jié)能的目的。2、中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的機(jī)會與措施2.1選取合理的設(shè)計(jì)參數(shù)2.1.1室內(nèi)溫、濕度從節(jié)能角度出發(fā)來確定室內(nèi)溫、濕度標(biāo)準(zhǔn)是節(jié)能的重要因素?？照{(diào)系統(tǒng)耗能大小除與當(dāng)?shù)厥彝鈿庀髤?shù)、建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)及室內(nèi)發(fā)熱散濕量有關(guān)外,室內(nèi)設(shè)計(jì)溫、濕度標(biāo)準(zhǔn)也是直接影響負(fù)荷大小的重要因素。在保證生產(chǎn)工藝與人體健康的條件下,夏季室溫每提高1,約可減少熱負(fù)荷11.2% 1,其節(jié)省的

3、冷、熱負(fù)荷是極為可觀的。同樣,在夏季如將室內(nèi)空氣濕度由60%提高到70%,則可節(jié)約能量17%左右。據(jù)資料測算,僅僅將夏季室溫提高1,就可使空調(diào)工程投資總額降低約6%,運(yùn)行費(fèi)用減小8%左右2。2.1.2新風(fēng)量新風(fēng)負(fù)荷占空調(diào)總負(fù)荷的20%40%2,對其標(biāo)準(zhǔn)值高低的取舍,與節(jié)能關(guān)系重大,不可忽視。引進(jìn)新風(fēng)主要是為了滿足人員的衛(wèi)生需求及部分工藝空調(diào)所需維持的室內(nèi)外壓差。而新風(fēng)量的多少直接影響空調(diào)的負(fù)載,從而影響空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、冷水泵、壓縮機(jī)、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)扇的耗電。一般設(shè)計(jì)是以人員最多及活動最激烈的情況來決定新風(fēng)量,但實(shí)際使用時(shí)卻幾乎不需要使用這么大的新風(fēng)量,從而造成在絕大部分的空調(diào)時(shí)段都在耗能的

4、狀況下運(yùn)轉(zhuǎn)。較有效的方法是以室內(nèi)空氣中二氧化碳含量來控制新風(fēng)量。2.2設(shè)計(jì)合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)與照明2.2.1外圍結(jié)構(gòu)增設(shè)外墻及屋頂?shù)谋貙訉Χ?、夏兩季?jié)能有利;減少窗、墻面積比,對減少夏季冷負(fù)荷有較好的效果,對南方有利,但對北方建筑減少冬季能耗有可能不利;增加外遮陽對夏季冷負(fù)荷或供冷量減少十分有利,但在冬季,由于陽光輻射量減少,有可能導(dǎo)致冬季采暖能耗有較大的增加。對于這些冬夏季節(jié)互為矛盾的措施,設(shè)計(jì)中應(yīng)特別予以研究和考慮;此外建筑物朝向也是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的問題。2.2.2窗在建筑節(jié)能中,窗的節(jié)能是十分重要的,據(jù)統(tǒng)計(jì),在全部建筑物散失的熱量中,通過窗散失的熱量占(2570%。在窗的設(shè)計(jì)中要滿足的條件是

5、:(1室內(nèi)足夠的采光要求;(2絕熱性,即冬天使熱量不散失到戶外,夏天又不使太多的陽光輻射吸收到屋內(nèi);(3建筑物的美觀;(4通風(fēng)功能。窗的設(shè)計(jì)和發(fā)展經(jīng)歷了單層窗時(shí)期、雙層玻璃階段和鍍膜玻璃階段。目前最先進(jìn)的節(jié)能窗是超級節(jié)能窗,雖然超級節(jié)能窗比普通窗的價(jià)格高(2050%,但以節(jié)能計(jì)算,它的回收期只有24年3。2.2.3照明在我國,照明用電量已占總用量的10%以上4,照明用電往往直接轉(zhuǎn)化為空調(diào)冷負(fù)荷。對于空調(diào)面積大、照明容量大的地方,應(yīng)采用照明與空調(diào)的組合系統(tǒng)。采用空調(diào)組合燈具,不僅能夠改善照明裝置的工作條件,而且可以減少空調(diào)負(fù)荷。2.3選擇合適的空調(diào)方式2.3.1變風(fēng)量方式選取切合實(shí)際的空調(diào)方式是

6、節(jié)能的必要途徑。為了達(dá)到節(jié)能的目的,對于不同性質(zhì)和用途的建筑物,必須采用不同的空調(diào)方式,同時(shí)還應(yīng)講究系統(tǒng)的小型化,使用靈活,便于管理,有利于節(jié)能。特別要注意建筑物朝向、位置的不同,其冷、熱負(fù)荷變化差別很大,應(yīng)采用不同的空調(diào)方式與系統(tǒng),在諸多空調(diào)系統(tǒng)中,變風(fēng)量系統(tǒng)最為節(jié)能。根據(jù)粗略測定,當(dāng)風(fēng)量是滿負(fù)荷設(shè)計(jì)風(fēng)量的50%時(shí),運(yùn)行電流約減少26.5%2,因而全年的送風(fēng)動力比定風(fēng)量方式小得多,加上沒有冷、熱抵消,節(jié)能效果明顯。2.3.2熱源熱泵空調(diào)方式熱回收式閉路水源熱泵空調(diào)方式是室內(nèi)機(jī)組、冷卻塔和熱水器等全套裝置,通過一個(gè)水系統(tǒng)加以組合,用同一個(gè)系統(tǒng)按照不同房間的不同要求分別供冷或供熱。這種以水為熱源

7、的熱泵空調(diào)方式有三個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1能進(jìn)行熱回收,可根據(jù)需要開停機(jī)組,有利于節(jié)省能源;(2可單獨(dú)控制室溫;(3機(jī)組自帶制冷機(jī)和利用熱回收運(yùn)行,不需集中機(jī)房和大型鍋爐裝置,可節(jié)省機(jī)房面積和節(jié)約投資。對于南方某些較暖地區(qū)的中等規(guī)模的寫字樓和底層是商場、小餐廳等發(fā)熱量較大的公共場所,而高層是寫字樓、公寓等的建筑物非常適合。廈門汀州大廈采用這種有熱回收裝置的系統(tǒng)收到很好的節(jié)能效果5。2.3.3噴口側(cè)送風(fēng)方式噴口側(cè)送風(fēng)是體育館的比賽大廳最廣泛采用的一種送風(fēng)方式,其特點(diǎn)是射程長,由于送風(fēng)射流在噴射過程中,將不斷混入周圍空氣,使流量增加了35倍,送風(fēng)溫差可采用812,同時(shí)在氣流流經(jīng)觀眾席過程中,又與室內(nèi)空氣混合,

8、使流量增加到送風(fēng)量的56倍,并不斷將室內(nèi)余熱從座位下的回風(fēng)口帶走,因此,無論從消除室內(nèi)余熱量還是保持應(yīng)有的風(fēng)速來看,噴口側(cè)送的送風(fēng)量比上送風(fēng)可減少(2530%5,因此是較節(jié)能的一種送風(fēng)方式。2.3.4下送上回方式下送上回方式是一種節(jié)能的氣流組織形式,用于體育館空調(diào)時(shí),由于每個(gè)座椅只送新風(fēng),誘導(dǎo)室內(nèi)空氣與其充分混合,將室內(nèi)余熱量從建筑物上部排走,避免了燈光和屋頂?shù)瓤照{(diào)負(fù)荷帶入觀眾區(qū)和比賽區(qū),使空調(diào)負(fù)荷大為減小,空氣處理設(shè)備亦相應(yīng)減小,據(jù)國外資料介紹,夏季可節(jié)省冷負(fù)荷26%以上5。2.3.5衛(wèi)生間排氣系統(tǒng)從豎井內(nèi)引出一小管在衛(wèi)生間頂部設(shè)置排風(fēng)口,豎井按分區(qū)用管道連接起來,每分區(qū)用一臺通風(fēng)機(jī)進(jìn)行分區(qū)

9、排氣。這種方式可節(jié)約設(shè)備投資和節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用,而且運(yùn)行噪聲低,很有實(shí)用價(jià)值,且可節(jié)能。2.4配置優(yōu)質(zhì)的節(jié)能設(shè)備2.4.1主機(jī)為了安全起見,絕大部分的冷水主機(jī)容量要比實(shí)際尖峰熱負(fù)載大20%以上,再加上實(shí)際尖峰熱負(fù)載在全年出現(xiàn)的頻率相當(dāng)?shù)?全年平均的熱負(fù)載大約是尖峰熱負(fù)載的(6070%,使得全年平均的熱負(fù)載只有冷水主機(jī)容量的(5060%,造成冷水主機(jī)大部分時(shí)間都在低負(fù)載下運(yùn)轉(zhuǎn)。冷水主機(jī)負(fù)載率在60%以下運(yùn)轉(zhuǎn)是不佳的。由于生產(chǎn)制造技術(shù)的提高,近年來新上市的冷水主機(jī)的耗電率比20年前所生產(chǎn)的冷水主機(jī)降低約35%左右,因此在適當(dāng)時(shí)候?qū)⑴f主機(jī)換成高效率的冷水主機(jī)是非常可行的。根據(jù)實(shí)例,某用戶為了解決CFC冷

10、媒的問題將一臺已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)約15年的350RT的冷水主機(jī)換成可滿足尖峰需求的300RT的冷水主機(jī),設(shè)備投資約可在4年左右回收6。配置多臺壓縮機(jī)的冷水機(jī)組具有明顯節(jié)能效果。因?yàn)檫@樣的機(jī)組在部分負(fù)荷時(shí)仍有較高的效率,而且,機(jī)組起動時(shí)可以實(shí)現(xiàn)順序起動各臺壓縮機(jī),每臺壓縮機(jī)的功率小,對電網(wǎng)的沖擊小,能量損失小。此外,可以任意改變各臺壓縮機(jī)的起動順序,使各臺壓縮機(jī)的磨損均衡,延長使用壽命。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整冷水主機(jī)的設(shè)定溫度可收到較好的節(jié)能效果。冷水溫度越高,則主機(jī)耗電率越低。每提高1,節(jié)電約3%。在調(diào)高冷水設(shè)定溫度時(shí),需符合負(fù)荷端的溫度要求。調(diào)高冷水的設(shè)定溫度有兩種方法:一是冷水溫度隨室外氣溫設(shè)置;二是冷水溫度隨

11、熱負(fù)載設(shè)置。2.4.2泵與風(fēng)機(jī)及其變頻調(diào)速變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是泵類和風(fēng)機(jī)普遍采用的一項(xiàng)重要的節(jié)能措施。事實(shí)證明,泵類和風(fēng)機(jī)變速運(yùn)行節(jié)能量是顯著的。在二次泵的空調(diào)供冷、供暖水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,一般是通過壓差信號對二次泵進(jìn)行臺數(shù)控制,以實(shí)現(xiàn)變流量調(diào)節(jié)。但根據(jù)實(shí)際空調(diào)工程來看,由于水泵實(shí)際工作點(diǎn)往往不能處于效率最高點(diǎn),即使流量減小了,實(shí)際用電量減少并不多。而采用變頻調(diào)速裝置調(diào)節(jié)流量可收到良好的節(jié)能效果。北京某飯店采用變頻調(diào)速裝置已獲得顯著的節(jié)電效益,該飯店共選用3臺變頻調(diào)速裝置,分別對冷凍水泵、冷卻水泵和供暖水泵進(jìn)行變流量調(diào)節(jié),投入運(yùn)行一年就節(jié)電50萬kW.h,而3套變頻調(diào)速裝置的投資費(fèi)是13萬元,投資回收期不

12、足2年5。變頻調(diào)速可在非峰值負(fù)荷時(shí)減少送風(fēng)量,從而可節(jié)省動力消耗。據(jù)檢測,當(dāng)運(yùn)行風(fēng)量減至設(shè)計(jì)風(fēng)量的50%時(shí),運(yùn)行電流約減少25.5%5,因而全年空調(diào)運(yùn)行消耗的電力比定風(fēng)量方式小得多。如送風(fēng)面積大或房間多,設(shè)計(jì)時(shí)可將變風(fēng)量系統(tǒng)分為兩個(gè)或數(shù)個(gè)系統(tǒng),以使控制更靈活,調(diào)節(jié)更方便,節(jié)能效果更顯著。2.4.3管件引流三通是利用近環(huán)路過大的余壓能量來引射遠(yuǎn)環(huán)路介質(zhì)而共同前進(jìn)的一種特殊的管件,適用于一切單管或雙管冷水空調(diào)系統(tǒng)、冷卻水閉式循環(huán)系統(tǒng)和熱水采暖系統(tǒng),安裝在回水管的合流三通處,可克服“老匯流三通”工作的缺陷(具有較大余壓的近環(huán)路支管流束沖入三通后阻礙了遠(yuǎn)環(huán)路支管流束進(jìn)入?yún)R合管。工程設(shè)計(jì)上為了解決該問題

13、,常常是擴(kuò)大遠(yuǎn)路管徑以減少阻力消耗,加大循環(huán)水泵的場程和流量以強(qiáng)制遠(yuǎn)環(huán)路介質(zhì)匯擾。引流三通的作用不僅保證了閉路循環(huán)系統(tǒng)中各環(huán)路的水力平衡,更重要的是使系統(tǒng)阻力降低,減小了循環(huán)壓頭,從而節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用,一般可節(jié)省電量(15 30%5。2.5水系統(tǒng)據(jù)統(tǒng)計(jì),空調(diào)水系統(tǒng)的輸配用電,在冬季供暖期約占動力用電的(2025%;在夏季供冷期約占動力用電的(1224%。因此,降低空調(diào)水系統(tǒng)的輸配用電是目前賓館飯店節(jié)約用電的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。調(diào)查測試一些高層賓館、飯店空調(diào)水系統(tǒng)的資料數(shù)據(jù)表明,普遍存在著不合理的大流量小溫差問題,循環(huán)水量有的是設(shè)計(jì)流量(或水泵額定流量的1.5倍5。變流量水系統(tǒng)的節(jié)能效果好。設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行

14、時(shí)間約占總運(yùn)行時(shí)間的(68%,水泵的能耗很大,約占空調(diào)系統(tǒng)總能耗量的(1520%5。為此,采用變流量系統(tǒng),使輸送能耗隨流量的增減而增減,具有顯著的節(jié)能效益。但須注意的是,設(shè)計(jì)變流量水系統(tǒng)時(shí),必須注意到各末端裝置的流量變化與負(fù)荷的改變并不成線性關(guān)系,所以應(yīng)考慮系統(tǒng)的動態(tài)平衡和穩(wěn)定的問題,才能達(dá)到節(jié)能的最佳效果。在大多數(shù)的設(shè)計(jì)中,一臺冷水主機(jī)會搭配一臺冷卻水塔,且水塔的起停與冷水主機(jī)聯(lián)動。由于中、大系統(tǒng)冷水主機(jī)臺數(shù)偏多,使得冷卻水塔臺數(shù)也多,不易管理及維護(hù),且無法隨著空調(diào)負(fù)載及室外氣溫條件變動而調(diào)整風(fēng)扇耗電量。從一般的經(jīng)驗(yàn)知道,冷卻水入口溫度每降低1可節(jié)電(1.52.0%6,冷卻水入口溫度應(yīng)在符合

15、冷水主機(jī)特性及外氣濕球溫度的限制下盡可能地降低,以節(jié)約冷水主機(jī)的耗電。在較低的冷卻水溫時(shí)冷水主機(jī)耗電降低,但冷卻水塔耗電升高,兩者耗電之和存在一最佳運(yùn)轉(zhuǎn)效率點(diǎn)。冷卻水塔應(yīng)與冷水主機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)一起考慮,才能使系統(tǒng)整個(gè)效率提高。要達(dá)到最佳化控制,冷卻水設(shè)定溫度應(yīng)隨外氣濕球溫度而變。減少冷卻水循環(huán)量,以降低冷卻水泵耗電量。若能配合冷水主機(jī)與冷卻水塔選擇較大溫差的設(shè)計(jì)時(shí),水流量即可降低,從而減少冷卻水泵的初裝費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。當(dāng)水處理量大于300m3/h以上時(shí),方形冷卻塔可實(shí)現(xiàn)多風(fēng)機(jī)控制5。風(fēng)機(jī)的數(shù)量可隨著處理水量的增大而增加。方形多風(fēng)機(jī)型冷卻塔,可隨著夏季室外濕球溫度的變化隨意增減風(fēng)機(jī)數(shù)量,用于晝夜溫差較

16、大的地區(qū)更有利于節(jié)能。2.6采用自控制置對于空調(diào)系統(tǒng)中占(2040%的新風(fēng)負(fù)荷的控制,對風(fēng)機(jī)盤管、冷熱水系統(tǒng)、制冷裝置及輸風(fēng)系統(tǒng)等的自動控制,是當(dāng)前設(shè)計(jì)人員與建設(shè)單位應(yīng)該著重考慮的問題。據(jù)國外資料介紹,一個(gè)典型房間風(fēng)機(jī)盤管裝自控與不裝自控相比,可節(jié)能38%,而增設(shè)自控系統(tǒng)的投資2年左右時(shí)間就可收回2。所以自控系統(tǒng)取得的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著,也是建筑物節(jié)能必不可少的重要環(huán)節(jié)。2.7運(yùn)行歌舞廳、酒吧等消夏娛樂場所的經(jīng)營時(shí)間通常僅為晚場營業(yè),時(shí)間約1922時(shí),營業(yè)前24h將空調(diào)系統(tǒng)投入運(yùn)轉(zhuǎn),利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄冷能力使廳內(nèi)的溫度慢慢下降至設(shè)計(jì)溫度的下限值或略低于該值,這樣當(dāng)營業(yè)后室內(nèi)熱負(fù)荷逐漸增加形成峰值時(shí),空調(diào)設(shè)備仍能在低于峰值負(fù)荷下正常運(yùn)行， 達(dá)到了 “預(yù) 冷”降低空調(diào)設(shè)備容量的目的，大約相當(dāng)于減少了設(shè) 計(jì)冷負(fù)荷的 25%7 。大型酒店、賓館的公共場所， 商場、餐廳、多功能廳及大型會議廳等，需要送入的 新風(fēng)量較大，在整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中由于室