空調(diào)系統(tǒng)中必須能耗的節(jié)能潛力分析

趙振波

(大連冷凍機(jī)股份有限公司，遼寧大連 116033)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源供需矛盾越來越明顯。建筑運(yùn)行能耗約占全國總能耗的20%，而空調(diào)又是建筑的耗能大戶。因此，空調(diào)系統(tǒng)能源的有效利用對于我國節(jié)能減排工作具有重要的意義。

正常運(yùn)行的一般空調(diào)系統(tǒng)能耗主要有兩個(gè)方面:一方面是為了供給空氣處理設(shè)備冷量和熱量的冷(熱)源耗能，主要受室外氣象參數(shù)、室內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、維護(hù)結(jié)構(gòu)特性，室內(nèi)人、設(shè)備、照明等熱、濕負(fù)荷，以及新回風(fēng)比等因素影響;另一方面是輸送空氣和水的風(fēng)機(jī)和水泵克服流動阻力的耗電，即動力耗能，主要受輸送空氣量、水量的大小和風(fēng)系統(tǒng)、水系統(tǒng)的阻力損失的影響。

在這些能耗中，空調(diào)房間冷負(fù)荷和新風(fēng)冷負(fù)荷以及風(fēng)機(jī)、水泵的耗電等是空調(diào)系統(tǒng)必須消耗的能量。然而，在必須的能耗中也仍有節(jié)能潛力可挖。

1 空調(diào)系統(tǒng)能耗的特點(diǎn)

首先，低品位能源即可滿足一般舒適性空調(diào)的要求，空調(diào)系統(tǒng)所用的冷源一般為4～10℃的冷水，甚至13、14℃的冷水也是可以滿足要求的?？照{(diào)系統(tǒng)熱源一般為45～75℃的熱水或0.2～0.3 MPa(表壓)的蒸汽。由于所需能源的品位低，所以太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮艿鹊榷际强梢栽诳照{(diào)系統(tǒng)中加以利用的。

其次，由于空調(diào)系統(tǒng)存在同時(shí)需要冷(熱)量和放出冷(熱)量的過程，所以對整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行有效的熱回收，可以大大提高能源有效利用率。

再有就是空調(diào)系統(tǒng)的許多能耗是由不合理的設(shè)計(jì)以及運(yùn)行所帶來的。比如，定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)負(fù)荷減少時(shí)，本應(yīng)減少風(fēng)量，繼而減少風(fēng)機(jī)能耗，而該方案卻風(fēng)量不變，用加大再熱量的辦法來解決，顯然能耗增加。所以，不合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行方案會帶來大量的無效能耗。

2 合理降低室內(nèi)溫濕度標(biāo)準(zhǔn)

夏季室內(nèi)溫度、相對濕度越低，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備能耗就越大。如果在空調(diào)設(shè)計(jì)中盲目追求舒適性，降低空調(diào)設(shè)計(jì)溫度，則會增加能耗。因此，有必要合理確定空調(diào)設(shè)計(jì)溫度，在符合規(guī)范要求并且滿足舒適性要求的前提下盡可能減小能耗。表1是某辦公樓在不同的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度、濕度與空調(diào)系統(tǒng)夏季負(fù)荷的關(guān)系。

表1 不同工況下的夏季空調(diào)冷負(fù)荷Table 1 Summer cooling load under different conditions

本辦公樓空調(diào)設(shè)定溫度為25℃，相對濕度50%，如果改為26℃、60%仍在舒適性范圍內(nèi)，但是冷負(fù)荷減少了12.7%。而在實(shí)測中發(fā)現(xiàn)室內(nèi)平均溫度為23℃，大部分房間溫度過低，因此采用該措施節(jié)能潛力很大。

3 空調(diào)負(fù)荷應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)范強(qiáng)制條文規(guī)定進(jìn)行計(jì)算

在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，濫用單位冷負(fù)荷指標(biāo)進(jìn)行夏季冷負(fù)荷估算的現(xiàn)象十分普遍。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來看，估算的結(jié)果往往偏大。比如某些辦公樓夏季空調(diào)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷指標(biāo)可以達(dá)到150 W/m2，甚至200 W/m2?！度珖裼媒ㄖこ淘O(shè)計(jì)技術(shù)措施(暖通空調(diào)·動力)》(2003版)第1.3.2條提供了各類建筑總建筑面積空調(diào)冷負(fù)荷指標(biāo)，其中辦公樓為85～100 W/m2。

估算結(jié)果偏大即總負(fù)荷偏大，導(dǎo)致了主機(jī)選擇過大，整個(gè)輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)過大，末端設(shè)備選擇過大，從而帶來的能耗過大問題便是顯而易見的了。在這樣的不合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，不管再采用多少節(jié)能新技術(shù)都會顯得舍本逐末。

《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(2012版)第7.2.1條強(qiáng)制性規(guī)定“除在方案設(shè)計(jì)或初步設(shè)計(jì)階段可使用熱、冷負(fù)荷指標(biāo)進(jìn)行必要的估算外，施工圖設(shè)計(jì)階段應(yīng)對空調(diào)區(qū)的冬季熱負(fù)荷和夏季逐時(shí)冷負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算?！钡?.2.10條強(qiáng)制規(guī)定“空調(diào)區(qū)的夏季冷負(fù)荷，應(yīng)按空調(diào)區(qū)各項(xiàng)逐時(shí)冷負(fù)荷的綜合最大值確定。而《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施(暖通空調(diào)·動力)》(2009版)，也已經(jīng)將采暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)方案設(shè)計(jì)估算指標(biāo)這一章節(jié)刪去。所以，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)人員應(yīng)從節(jié)能減排的大局出發(fā)，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范強(qiáng)制性條文，認(rèn)真詳細(xì)地進(jìn)行空調(diào)負(fù)荷計(jì)算，為整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理性打下良好的基礎(chǔ)。

4 合理的新風(fēng)控制以及正確利用室外新風(fēng)免費(fèi)供冷

控制新風(fēng)和正確利用室外新風(fēng)是空調(diào)系統(tǒng)最有效的節(jié)能措施之一?？照{(diào)系統(tǒng)冬夏取用的最小新風(fēng)量是根據(jù)人體衛(wèi)生條件要求，用來沖淡有害物、補(bǔ)償局部排風(fēng)、保證空調(diào)房間一定正壓值而制定的。過去，空調(diào)系統(tǒng)室外新風(fēng)量取30 m3/(h·人)，該值是根據(jù)室內(nèi)二氧化碳?xì)怏w允許濃度值(0.1% ～0.15%)，綜合考慮溫濕度及粉塵、氣味的影響制定的。在當(dāng)前能源緊張的情況下，很多國家降低最小新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)的呼聲很強(qiáng)烈，并且有些已經(jīng)付諸實(shí)施。

日本規(guī)定20 m3/(h·人);美國節(jié)能指南中提出，一般建筑(小住宅除外)最小新風(fēng)量為8.5 m3/(h·人);而我國在《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(2012版)中根據(jù)房間用途不同，提出了新的合理的數(shù)值。

為了控制新風(fēng)量，可以采用二氧化碳濃度控制裝置。根據(jù)室內(nèi)人數(shù)變動(二氧化碳濃度變動)自動控制新風(fēng)量，并控制回風(fēng)、排風(fēng)閥門動作，以保持風(fēng)平衡，可以有效避免人員密度變化大所造成的能量浪費(fèi)。

以某建筑面積約3萬m2的百貨大樓為例，分別選擇三種空調(diào)運(yùn)行調(diào)節(jié)方案:一是把新風(fēng)閥門固定在設(shè)計(jì)新風(fēng)量開度上;另一種是平日手動半開新風(fēng)閥門，假日手動全開;還有一種是根據(jù)客流大小用二氧化碳濃度傳感器控制新風(fēng)閥門開度，使室內(nèi)二氧化碳?xì)怏w濃度保持在0.08% ～0.1%。三種方案能耗情況比較見表2。

表2 不同新風(fēng)調(diào)節(jié)方式所消耗的能量比較(GJ/季)Table 2 Comparison of different energy consumed fresh air conditioning mode

可見，自動控制新風(fēng)閥門比固定新風(fēng)閥門最熱月系統(tǒng)冷負(fù)荷減少近1/4，最冷月系統(tǒng)冷負(fù)荷減少近68%，這一數(shù)字是相當(dāng)可觀的。

另外，當(dāng)室外空氣焓值低于室內(nèi)空氣焓值，而室內(nèi)冷負(fù)荷又為正時(shí)(通常在過渡季)或冬季內(nèi)區(qū)發(fā)熱量較大的建筑(如大的商場、會堂、劇場等)需要供冷時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)可以利用室外新風(fēng)所具有的供冷能力代替人工制冷向建筑供應(yīng)冷量，推遲人工冷源使用時(shí)間，節(jié)約人工冷源的能耗。

5 合理減少輸送系統(tǒng)的能耗

好多空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，水系統(tǒng)(或風(fēng)系統(tǒng))存在大流量小溫差的問題。比如，有些項(xiàng)目，夏季冷水系統(tǒng)的供回水溫差僅為1～2℃，最好的也只有3℃。水流量卻達(dá)到設(shè)計(jì)流量的1.3倍;而水輸送系統(tǒng)的能耗在整個(gè)空調(diào)能耗中的比例是可觀的。由此可見輸送系統(tǒng)的節(jié)能潛力也是很大的。

采用變流量技術(shù)，不改變管路特性，改善水泵運(yùn)行工況使其保持在最高效率點(diǎn)運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能的目的。由于流量的變化與功率的變化比為三次方關(guān)系，因此對于該空調(diào)系統(tǒng)，減小水流量就能保證水系統(tǒng)設(shè)備能耗明顯降低。

6 結(jié)束語

近年來，一些新的節(jié)能技術(shù)已在實(shí)際工程中大規(guī)模推廣應(yīng)用，但有很大一部分項(xiàng)目并沒有取得很好的節(jié)能效果，很多采用了節(jié)能新技術(shù)的樣板工程，其空調(diào)能耗指標(biāo)卻遠(yuǎn)高于普通的非節(jié)能建筑。原因是好多項(xiàng)目為了貼上節(jié)能、綠色、環(huán)保的標(biāo)簽，不顧實(shí)際情況和適用條件，盲目跟風(fēng)、追求“亮點(diǎn)”，由此便出現(xiàn)了“節(jié)能建筑不節(jié)能”怪現(xiàn)象。另一方面，在新的建筑空調(diào)節(jié)能技術(shù)層出不窮的同時(shí)，一些簡單又行之有效的節(jié)能措施因沒有“亮點(diǎn)”而得不到足夠的重視。

應(yīng)該指出，建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮其實(shí)際情況，因?yàn)樵诓捎媚撤N節(jié)能措施的同時(shí)，往往伴隨著某些設(shè)備、材料等投入，應(yīng)該通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，合理選擇空調(diào)技術(shù)方案，而不能盲目照抄照搬。

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［2］住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施(暖通空調(diào)·動力)［M］.北京:中國計(jì)劃出版社，2009.

［3］李兆堅(jiān)，江億.我國廣義建筑能耗狀況的分析與思考［J］.建筑學(xué)報(bào)，2006(7):30-33.

［4］張恩祥，李春旺，陳淑琴，等.辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗評價(jià)及節(jié)能潛力分析［J］.節(jié)能技術(shù)，2008，26(4):295-320.