空调工程节能设计的探讨

　　摘要：空调系统的节能是一个系统工程,要求在能源利用的各个环节和系统从规划到运转的全过程中贯彻节能观点,才可能达到节能的效果。如果在任何一个环节上造成了能源的浪费,整个系统也就不能说成是节能的。本文探讨了空调工程节能设计。

　　关键词：空调工程;节能设计;建筑节能

　　随着国民经济的发展与人民生活水平的提高,城市建设中现代化建筑的不断增多与新型住宅的快速发展, 能源的需求必将产生大幅度的提高。而且随着空调系统的广泛应用,空调能耗逐年上升,空调能耗又占建筑能耗的30%~50%。另一方面,空调系统现在所使用的能源基本上是高品味的不可再生能源,其中电能占了绝对比例,如果不在建筑与利用上采取节能措施, 必将给供电系统造成很大的压力, 也会对我国经济的发展产生影响。

　　空调系统的节能是一个系统工程, 要求在能源利用的各个环节和系统从规划到运转的全过程中贯彻节能观点,才可能达到节能的效果。如果在任何一个环节上造成了能源的浪费,整个系统也就不能说成是节能的。

　　一、优化设计，实现节能目标

　　1、空调水系统的选择

　　有资料显示,水系统的年平均耗电量占空调系统年总耗电量的17.1%。因此, 在空调水系统设计中要尽可能多地采用节能技术措施, 以降低能耗。在实际设计中,宜采取以下措施来提高水系统的节能效果。

　　(1)由于开式系统循环水泵扬程大,需要耗费更多的能量, 应采用闭式循环水系统。

　　(2)由于三管制水系统冷热水共用一根回水管, 有冷热混合损失,宜慎用。

　　(3)系统管径的确定应当同时考虑到投资费用及运行费用。

　　(4)系统较大、阻力较高、各环路负荷特性或压力损失相差悬殊时,应采用双级泵系统。在冷、热源侧与负荷侧分别设置循环水泵, 可以降低电耗。二次泵宜根据流量需求的变化采用变速变流量调节方式;单级泵则更适用于系统较小或压力损失相差不大的系统。

　　(5)冷水机组的冷水供水和回水, 其设计温差不应小于 5℃。在技术可靠、经济合理的前提下宜尽量加大冷水的供水和回水的温差。

　　(6)空气调节水系统的定压和膨胀宜采用高位膨胀水箱方式。

　　2、空调风系统的选择

　　(1)针对房间空间较大、人员较多的空气调节区,如报告厅,需要新风量大,采用风机盘管系统不仅投入大, 运行费用也相应增加。在这种情况下,单风管全空气的空气调节系统应为最佳选择。

　　(2)水环热泵空气调节系统可以回收建筑物内部余热,具有在建筑物内部进行冷热量转移的特点。对于我国北方地区办公、商业等建筑来说,建筑物内区面积大,常年有稳定的大量余热,使用水环热泵空气调节系统十分有效。但对于南方地区采暖时间短或建筑物内余热很小的情况,水环热泵空气调节系统毫无节能优势。

　　(3)对于各房间需要独立调节室温的建筑物,如宾馆,采用风机盘管加新风系统的,可在满足客人对温度个体性要求的同时,随时开关机组,节约运行费用,节能效果良好。对没有设置集中新风、排风系统的房间,可在空调房间分别安装带热回收功能的双向换气装置,让新风与排风在该装置中进行显热或全热交换。据有关资料显示,该方法可以从排出空气中回收55%以上的热量或冷量,有较好的节能效果,设计时应该提倡。

　　3、冷热源的选择

　　空气调节系统的冷热源宜采用集中设置的冷(热)水机组或换热设备。当前各种机组、设备品种繁多,电制冷机组、溴化锂吸收式机组及蓄冷蓄热设备等各具特色,由于机组或设备的选择受占地面积、使用特征、当地能源种类、投资和运行费用、环保规定等多种因素的影响和制约,设计人员只有在充分做好上述因素的调研后, 客观全面地对冷热源方案进行综合论证, 才能真正达到节能、 使用效果的双赢。

　　二、空调工程节能设计

　　空调工程节能设计按工程设计步骤, 应将实现节能的目标贯穿于设计的全过程, 具体要求有以下几大方面:

　　1、空调系统方案设计

　　空调系统方案设计,应根据建筑物的用途、规模、使用特点、负荷变化情况与参数要求、所在地区气象条件与能源状况等,经过技术经济比较选择确定空气调节系统;并应优先选择能耗低、经济性好的空调系统。使用时间、温度、湿度等要求条件不同和新风比相差悬殊的空调区, 不宜划分在同一个定风量全空气空调系统中。当全空气空调系统必须服务于不同新风比的多个空调区域时, 不应采用新风比最大区域的数值作为系统的总新风比, 应按公共建筑节能设计标准规定的方法进行计算确定。集中空调系统应采用便于实现系统运行节能的自动监测与控制, 并根据建筑功能和系统类型选择确定自动监控的参数内容和调节控制方式。空调风系统 (包括空气调节机组) 应满足下列基本监控要求:

　　(1)空气温、湿度的监测和控制。

　　(2)定风量全空气空调系统宜采用变新风比焓值控制。

　　(3)采用变风量系统时, 风机应采用变速控制。

　　(4)设备运行状态的监测及故障报警。

　　(5)过滤器超压报警及显示。

　　(6)应为节能监测专门设置空调系统及设备的用电量独立计量装置。

　　2、气流组织设计

　　风口的选择和布置应依据建筑物的内部条件、功能、供冷和供暖系统方案、人员活动区可能形成的流场,以及可供选择的风口形式等综合因素确定。

　　对于高大空间的气流组织设计, 从节能考虑应优先采用分层空调技术, 工程设计宜在理论计算的基础上对室内热环境进行计算机气流组织 ( CFD)模拟, 以此来辅助设计, 并对送、回风口的形式、位置等进行流场节能优化。

　　3、设计参数确定

　　由于人们个体的差异,对室内空调舒适性的要求差别较大,因此对民用空调而言, 可有一个较为宽泛的舒适区。在这个区域内,冬季取暖时,采用较低的干球温度和相对湿度值;夏季制冷时,采用较高的干球温度和相对湿度值。这样采取全年动态的室内参数设定值,就能达到一定的节能效果。夏季把设计温度从26℃提高到28℃时,冷负荷可减少约22%;冬季把设计温度从20℃降低到18℃时, 热负荷可减少约28%。对于像我国这样的耗能大国来说, 节能总量是相当可观的。

　　4、负荷计算

　　空调施工图设计阶段, 对每一空调房间或区域必须进行逐项逐时的冷负荷计算; 空调系统设计冷负荷必须按照不同系统类型用不同的计算方法; 新风冷负荷怎么算, 也因系统型式而定。应根据空调区人员的群集情况和设备与照明的同时使用率, 以及所服务空调区的同时使用情况、空调系统的类型及调节方式等, 按标准规定计算确定空调室内热源形成的冷负荷。在下列情况下宜采用通过国际验证的计算机模拟软件对空调系统进行全年动态负荷计算和分析:

　　(1)需要对空调方案进行能耗和投资等经济分析时;

　　(2)采用利用热回收装置回收冷热量、利用室外新风作冷源调节室内温度、冬季利用冷却塔提供空调冷水等节能措施,需要计算节能效果时;

　　(3)采用蓄热蓄冷装置, 需要确定装置的容量时。

　　5、冷热输配系统设计

　　施工图设计阶段,应严格进行空调冷热水系统的水力平衡计算,并作为选择冷热源设备、输配设备、空气处理末端设备、自控和调节阀门等的计算依据。空调冷水的供、回水设计温差不应小于5℃。在保证技术可靠、经济合理的前提下, 宜尽量加大冷水供回水温差, 也就是采用冷冻水大温差技术,这有利于降低水系统的输配能耗;设计空调系统的冷(热)量计量装置, 是实现空调设计节能的技术措施之一,工程设计上应符合下列要求:

　　(1)采用区域性冷源和热源时,在每栋公共建筑的冷源和热源人口处, 应设置冷量和热量计量装置;

　　(2)公共建筑内部宜按经济核算单位分别设置冷量和热量计量装置。节能设计要求空调风系统的作用半径不宜过大,应合理选用空调风系统的风机:

　　a风机压头和空气处理机组机外余压应依据水力计算结果来确定, 不应选择过大。

　　b应采用高效率 (至少在52%以上) 的风机和电机。

　　c从节能设计考虑宜优先选用直联驱动的风机。

　　6、系统冷(热)源设备的选择

　　选择空调冷(热)源、冷(热)水机组时, 不仅要考虑机组满负荷的COP值,还要考虑部分负荷的COP值,综合性能系数(IPLV)和部分负荷非标性能系数(NPLV) 来考量全年的综合能效。制冷(热)机组的单台容量及台数的选择, 应根据空调系统负荷全年变化规律及系统运行特点来确定。居住建筑除特殊要求外,一般不考虑采用集中冷(热) 源的空调。

　　7、系统保冷与保温

　　空调系统管道设备的保冷(保温) 也是空调节能设计的重要内容, 空调冷、热水管道绝热层厚度的计算应按下列原则进行:

　　(1)单冷管道应按防结露方法计算保冷层厚度, 再按经济厚度法核算, 对比后取其较大值。

　　(2)单热管道应采用经济厚度法计算保温层厚度。

　　(3)冷热合用管道, 应分别按冷管道与热管道的计算方法计算绝热厚度, 对比后取其较大值。

　　以上是空调系统设计时节能设计体会,随着技术的发展,越来越多的技术将应用到空调节能中来。不能因节能而降低使用水平和抑制合理要求,而应该从设计方案做起,采取对策解决问题,寻求提高能源利用效率的最佳途径

　　参考文献：

　　[1] 丁高.建筑节能技术的实践[J]. 中国住宅设施, 2007,(05) .

　　[2] 王李龙,刘丹. 建筑及空调节能的几点探讨[J]. 制冷与空调(四川), 2007,(01)