基于當前節(jié)能標準公共建筑空調綜合能效比分析

官玲俊，謝澤淵，江向陽

1 前言

《GB50189－2005公共建筑節(jié)能設計標準》［1］中，對于空調系統中制冷系統的空調機組COP值、水泵輸送能效比ER，空調末端空氣處理機組單位風量耗功量Ws均有性能指標約束與限制、但對于空調系統末端設備綜合能效比及冷卻塔風機單位流量耗電比尚無明確的規(guī)定。雖然對末端設備有風機功率的約束，但無法準確判定末端設備進行冷熱交換的高效性與適用性。當前評價空調系統設計均以使用能耗作為評估依據，是存在不足與缺陷的，無法判定空調系統的設計的合理性與高效性，文獻［2］等已對空調系統設計能效比已有明顯的約束與限制。因此，研究當前現行的標準規(guī)范對于空調系統的能效比的約束值，對于指導既有建筑節(jié)能運營與新建建筑空調系統的設計具有顯著的意義。

2 空調系統綜合能效比概述

一般來講，空調系統由五大循環(huán)系統組成，共同構成了整套空調系統，它們分別是制冷站循環(huán)系統P1、冷卻塔循環(huán)系統P2、凍凍水循環(huán)系統P3、冷卻水循環(huán)系統P4和空調未端循環(huán)系統P5。

中央空調系統的能效比EER（Energy Efficiency Ration），表示系統單位制冷量所需的用電功率，其中中央空調系統的綜合能效比是由五大循環(huán)系統組成，具體如下:

其中:

EER1— 制冷站循環(huán)系統冷水機組的能效比（W/W）;

EER2—冷卻塔循環(huán)系統風機的能效比 （W/W）;

EER3— 冷凍水循環(huán)系統冷凍水泵的能效比（W/W）;

EER4— 冷卻水循環(huán)系統冷卻水泵的能效比（W/W）;

EER5—空調未端循環(huán)系統未端風機的能效比（W/W）;

P1—制冷循環(huán)系統冷水機組的功率比 （W）;

P2—冷卻塔循環(huán)系統風的功率 （W）;

P3—冷凍水循環(huán)系統冷凍水泵的功率 （W）;

P4—冷卻水循環(huán)系統冷卻水泵的功率 （W）;

P5— 空調未端循環(huán)系統未端風機的功率（W）;

Q1—制冷循環(huán)系統冷水機組的制冷量 （W）;

Q2—冷塔循環(huán)系統冷卻塔容量 （W）;

Q3—冷凍水循環(huán)系統冷凍水泵輸送的冷量（W）;

Q4—冷卻水循環(huán)系統冷卻水泵輸送的冷量（W）;

Q5—空調未端循環(huán)系統末端風機輸送的冷量（W）

而對于中央空調系統，整個空調系統的綜合能效比EER可由下式計算獲得:

其中，Q—代表建筑的空調冷負荷 （中央空調系統的機組制冷量）。

然而，中央空調系統的綜合能效比又是由各空調子系統的能效比構成，即;

3 空調系統綜合能效比分析

空調系統各子系統能效比對空調系統整體節(jié)能運行至關重要，因此，分析各子項系統能效比對空調綜合能效比也十分重要。根據文獻 ［1］對于能效比的要求，其中:

EER1，即是中央空調系統中機組的COP值，并對不同類型的機組及不同制冷量做出不同程度的限制與約束。

EER2，即是冷卻塔系統的能效比，文獻 ［1］對于冷卻塔的能效比并未做出明確的規(guī)定，主要原因是冷卻塔在整個中央空調系統當中消耗能源量相對較小。但依據文獻 ［3］，冷卻塔耗電比不應大于0.04kW/m3·h，因此，假定冷卻水循環(huán)供回水溫差為5℃，計算出冷卻塔風機EER2計算值約為145（W/W）。

EER3，即冷凍水循環(huán)系統的水泵能效比，按照文獻 ［1］的要求，空調冷水管道的ER（輸送能效比）值最大不應超過0.0241，其中，ER3=1/EER3，即 EER3=41.5（W/W）。

EER4，即冷卻水循環(huán)系統的水泵能效比，按照文獻 ［1］要求，空調冷水管道的ER（輸送能效比）值最大不應超過0.0241，其中，ER4=1/EER4（W/W）。

EER5，即空調未端系統中風機的能效比，文獻［1］對空調末端不同形式對于單位風量的耗功率Ws均有不同的限制與約束，單位風量耗功率Ws最低限值為0.42W/m3·h（空調系統為二管制定風量系統），但是由于空調系統末端的冷量不僅承擔了室內顯熱負荷，還承擔了室內除濕的負荷，因此，僅依據顯熱來計算空調末端能效結果導致末端能效比減小。依據文獻 ［4］，采用不同末端類型對應的空調典型工況下末端能效比進行了數值限制，規(guī)定全空氣系統為8.0 W/W，新風加風機盤管系統為12 W/W，風機盤管系統為32 W/W。

因此可知，要滿足國家規(guī)范與基本要求，一個中央空調系統在設計工況下的綜合能效比最低限值為:

若空調末端采用全空氣系統，制冷機COP采用文獻［1］最高標準約束值，則中央空調系統的綜合能效比為:

若空調末端采用全風機盤管，則中央空調系統的綜合能效比為:

可見，空調系統采用的全空氣系統能效比最低，采用全風機盤管系統能效比最高，因此，風機盤管+新風系統的空調系統能效比處于全空氣系統與全風機盤管之間，即2.65～3.54之間。

通過上式分析可得出空調系統的各子項系統能效比對整體綜合能效比的影響:

（1）制冷機組的COP值對空調系統的整體綜合能效比影響最為顯著;

（2）冷卻塔的能效比對空調系統的整體綜合能效比影響最為薄弱;

（3）水泵的能效比選擇對空調系統的整體綜合能效比影響也是至關重要的;

（4）空調末端形式的選擇直接影響到空調系統的綜合能效比，影響比重較大。

因此，空調系統的設計特別要關注冷水機組與空調末端能效比的設計，兩者對空調系統的綜合能效比優(yōu)劣設計起著決定性的作用。

由上式可得出中央空調系統制冷站的綜合能效比，其中空調制冷站包括制冷機組、冷卻塔、冷凍水泵、冷卻水泵，即:

可見，制冷站的能效比值應大于4.0，才能滿足節(jié)能標準基本要求。

4 結論

（1）國家現行標準規(guī)范對于空調系統設計的綜合能效比最低約束值為2.65，此值為權衡空調系統節(jié)能設計具備一定參考價值;

（2）國家標準規(guī)范中空調系統的綜合能效比研究，對于評價既有建筑空調系統節(jié)能運營提供了可靠的技術數據支撐。

［1］中華人民共和國建設部.GB50189－2005公共建筑節(jié)能設計標準［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005

［2］深圳市建筑節(jié)能與墻體材料改革辦公室.SZJG 29－2009公共建筑節(jié)能設計標準深圳市實施細則 ［S］．深圳:中國建筑工業(yè)出版社，2009

［3］北京玻璃鋼研究設計院.GB7190.2－2008玻璃纖維增強塑料冷卻塔第2部分:大型玻璃纖維增強塑料冷卻塔［S］．北京:中國標準出版社，2008

［4］中國標準化研究院.GBT 17981－2007空氣調節(jié)系統經濟運行 ［S］．北京:中國標準出版社，2007

［5］韓錚，朱穎心.不同風系統末端裝置的能效比比較［J］．暖通空調，2009，（39）:73－76