中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

張江濤

中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東東營(yíng) 257026

0 引言

中央空調(diào)已經(jīng)被越來越廣泛地應(yīng)用于建筑，工程及天氣寒冷千千瓦很常見?？照{(diào)系統(tǒng)需要消耗大量的能源（主要是電力），其能源建筑能耗占全國(guó)1/3以上的消費(fèi)。空氣調(diào)節(jié)設(shè)備廣泛使用，雖然房間，公共場(chǎng)所等提供了更舒適的環(huán)境，也給城市供電的巨大壓力。因此，研究如何提高空調(diào)系統(tǒng)能源的有效利用率，如何節(jié)約空調(diào)制冷能耗、降低電力峰值負(fù)荷、推廣新技術(shù),具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 空調(diào)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)

1.1 采用合理的系統(tǒng)分區(qū)與系統(tǒng)形式

暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的多功能綜合建筑，應(yīng)根據(jù)功能，使用房間的特性（如商場(chǎng)，餐廳每天都使用，辦公用房只在白天，會(huì)議室是可利用的，迪斯科舞廳和夜用等）來劃分系統(tǒng)。特性應(yīng)在指定的同一系統(tǒng)不同的房間中使用，以避免使用一些房間和整個(gè)系統(tǒng)打開的情況下。集中使用了大面積的房間（如商場(chǎng)，餐廳，歌舞廳，大型會(huì)議室等）的，應(yīng)集中供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)計(jì)；小面積的多個(gè)單獨(dú)的房間（如房間，辦公室，會(huì)議室等），對(duì)于使用的方便性和節(jié)省能源，該系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)為風(fēng)機(jī)盤管;單源遠(yuǎn)離寒冷的房間，為了節(jié)省系統(tǒng)管理和易用性，應(yīng)專為窗式，分體或機(jī)柜等地方的空氣調(diào)節(jié)。

1.2 變風(fēng)量系統(tǒng)

空氣流量定風(fēng)量系統(tǒng)是基于房間的最大負(fù)荷，負(fù)荷大多數(shù)房間小于該值的實(shí)際操作的設(shè)計(jì)。當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷減小時(shí)，要求以確保該室的溫度，它必須被加熱到空氣中。這種浪費(fèi)的冷卻能力，而且還消耗的卡路里量。如果負(fù)載降低時(shí)，室時(shí)無需加熱和空氣通過減少所需的量的方法，確保了房間的溫度，這樣可以節(jié)省風(fēng)和熱的浪費(fèi)在空氣中給定數(shù)量的冷卻系統(tǒng)中的那部分空氣加熱。另外，由于風(fēng)量降低時(shí)，風(fēng)扇的能量消耗也降低了。因此，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能潛力是相當(dāng)大的，大量的實(shí)際工程運(yùn)行表明變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)比定風(fēng)量系統(tǒng)節(jié)能30 %至60% ，而商場(chǎng)，酒樓，歌舞廳，會(huì)議室等相對(duì)濕度要求不高的場(chǎng)合是理想的。采用電機(jī)變速調(diào)節(jié)方式，可獲得較好的節(jié)能效果。

1.3 采用變水量系統(tǒng)

當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷減少通過減少水的量以調(diào)整的方式，該系統(tǒng)可避免能量損失冷污損和節(jié)省泵的能量。

1.4 冷卻水系統(tǒng)節(jié)能

設(shè)計(jì)冷卻水系統(tǒng)時(shí)，常常在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一個(gè)循環(huán)水池。為減小循環(huán)水泵的振動(dòng)和冷卻水池對(duì)結(jié)構(gòu)的荷載，一般都將冷卻水循環(huán)泵及循環(huán)水池設(shè)在建筑物的底層或地下室，冷卻塔則設(shè)在建筑物的頂部，此時(shí)冷卻水循環(huán)泵所需的壓頭即為系統(tǒng)管路及設(shè)備的阻力損失往往很大，消耗大量的電能。如果取消循環(huán)水池，則減少了循環(huán)水泵的靜水壓頭，在冷卻塔位置較高時(shí)，節(jié)省的這部分能量非?？捎^。

1.5 采用封閉循環(huán)水系統(tǒng)

通過流體力學(xué)的流動(dòng)理論認(rèn)為：一個(gè)封閉的水循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)泵壓頭，只有克服阻力損失環(huán)路和環(huán)路不用克服了靜水壓頭。因此，閉環(huán)節(jié)省開環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)，以克服水的靜壓頭的能量消耗，這是能量損失的一部分的部分通常是大于循環(huán)，尤其是高層建筑物的電阻。

1.6 合理的形狀，構(gòu)造

設(shè)備應(yīng)設(shè)計(jì)成裝入空調(diào)系統(tǒng)的配置，但大部分在一個(gè)運(yùn)行大于設(shè)計(jì)負(fù)載，增加的能量消耗降低無效的時(shí)間，因此，選擇與合理的容量幾個(gè)不同的設(shè)備在不同載荷下，使在高效率的工作面積，降低能耗是無效的。目前，長(zhǎng)制冷機(jī)在空調(diào)系統(tǒng)中變得越來越無菌凝視，模塊化冷水機(jī)科學(xué)會(huì)分解為模塊結(jié)構(gòu)，可根據(jù)自動(dòng)增加或減少工作的模塊化單元的數(shù)目，其單位步進(jìn)的方式來解決運(yùn)行空調(diào)負(fù)荷的變化其他單位解決不了的問題，即從最小的到的情況下，最大的變化的負(fù)載，這兩個(gè)單元的輸出可以保持與負(fù)載的最佳匹配，節(jié)能效果顯著。

2 降低新風(fēng)負(fù)荷

中央空調(diào)系統(tǒng)中，新風(fēng)負(fù)荷大約要占到總能耗的20%—30%，對(duì)高級(jí)賓館和辦公室等建筑可能更高，如何降低新風(fēng)能耗，回收空調(diào)排風(fēng)中的能量，是中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)的重要內(nèi)容之—。

2.1 合理補(bǔ)給新風(fēng)

在滿足衛(wèi)生、補(bǔ)償排風(fēng)、保持正壓等要求的前提下，根據(jù)各類空調(diào)對(duì)象的不同要求，合理確定不同的新風(fēng)量，同時(shí)應(yīng)更重視新風(fēng)入口周圍環(huán)境衛(wèi)生條件，重視新風(fēng)采氣質(zhì)量和室內(nèi)污染源的控制。

2.2 熱回收

為了滿足空調(diào)房間的衛(wèi)生要求，需要對(duì)空調(diào)系統(tǒng)不斷地補(bǔ)充室外空氣和排出室內(nèi)空氣來稀釋室內(nèi)空氣濃度有害物質(zhì)的含量。夏季氣溫，水分容量，所需的冷卻除濕，濕度低的冬季新風(fēng)，小的水分含量，溫度加濕需求。由于室內(nèi)空氣被排出室內(nèi)空氣的溫度，需要避免能源浪費(fèi)，應(yīng)對(duì)其復(fù)蘇，尤其是在新鮮的空氣需要的大型宴會(huì)廳，餐館，劇院，商場(chǎng)，這部分能量的濕度是非?？捎^的。

3 室內(nèi)參數(shù)的合理設(shè)定

根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，不同的參數(shù)有空調(diào)的房間，空調(diào)節(jié)能是非常有利的。對(duì)室內(nèi)空氣的參數(shù)，允許的場(chǎng)合有一定波動(dòng)，夏季應(yīng)增加室內(nèi)參數(shù)，溫度，在天花板設(shè)置的濕度值;冬季，由于較低的室內(nèi)參數(shù)，溫度，設(shè)定在下限濕度值。由于夏季溫度從26℃提高到28℃，冬季從20℃降低到18℃，每年可節(jié)約冷空調(diào)負(fù)荷大約是20%，節(jié)電30%左右的熱量。

4 計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到能源管理技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。用于空調(diào)系統(tǒng)和最優(yōu)控制的集中管理的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，能源，包括冷熱的控制，啟動(dòng)和停止時(shí)間和運(yùn)行方式的新鮮空氣控制，設(shè)備控制，設(shè)定溫度和濕度控制，送風(fēng)溫度控制，自動(dòng)顯示，存儲(chǔ)和記錄，以確定所需的熱量來提供冷量，那種熱源經(jīng)營(yíng)單位，空調(diào)，風(fēng)機(jī)，水泵，工作秩序和運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行的各個(gè)方面空調(diào)系統(tǒng)的操作模式，以實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行效果。

5 應(yīng)用蓄冷技術(shù)

中央空調(diào)的負(fù)荷是隨著季節(jié)、時(shí)間、室內(nèi)條件和使用要求的不同而變化的，高峰、低谷的負(fù)荷差異很大。傳統(tǒng)的中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中冷水機(jī)組等設(shè)備是按高峰負(fù)荷設(shè)計(jì)選擇的，這些設(shè)備只有在短時(shí)間的峰值負(fù)荷時(shí)才能充分發(fā)揮其效益。而在大部分時(shí)間內(nèi)均非在設(shè)計(jì)工作點(diǎn)上運(yùn)行。這勢(shì)必造成初投資大、設(shè)備利用率低等情況，且造成運(yùn)行期間峰谷用電量極不平衡。在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用蓄冷技術(shù)是解決上述問題的重要措施之一，空調(diào)蓄冷技術(shù)是轉(zhuǎn)移用電負(fù)荷，其基本概念是在夜間低谷負(fù)荷時(shí)工作，將冷量?jī)?chǔ)存起來，供白天空調(diào)負(fù)荷高峰時(shí)取冷使用，轉(zhuǎn)移制冷設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，減少冷水主機(jī)及其輔助設(shè)備(如水泵、冷卻塔、變壓器等)裝機(jī)容量達(dá)30%～70%，使制冷設(shè)備滿負(fù)荷高效率運(yùn)行，并可均衡電網(wǎng)負(fù)荷。

空調(diào)常用的蓄冷系統(tǒng)有水蓄冷和冰蓄冷兩種。

4.1 水蓄冷

在空調(diào)蓄冷系統(tǒng)中，水因其來源豐富、熱容量大、且宜儲(chǔ)存，是最合適的蓄能介質(zhì)。水蓄冷是一種顯熱蓄能，一般蓄冷溫度由12℃降至7℃，溫差為5℃，而每公斤水溫度下降1℃可蓄冷4.19kJ(1大卡)。水蓄冷系統(tǒng)原理比較簡(jiǎn)單，當(dāng)夜間用電低谷時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)冷水主機(jī)，將蓄水池中12℃冷水降溫至7℃；在白天用電尖峰時(shí)間將所儲(chǔ)的冷水送至空調(diào)器供冷，蓄水池中水溫回升至12℃，如此利用水的溫差蓄冷而達(dá)到轉(zhuǎn)移尖峰負(fù)荷的目的。

4.2 冰蓄冷

冰蓄冷是80年代發(fā)展起來的新技術(shù)，利用顯熱與潛熱同時(shí)蓄能。如果在前述顯熱水蓄冷基礎(chǔ)上，利用水的相變(結(jié)冰)蓄能，即構(gòu)成冰蓄冷系統(tǒng)；冰蓄冷充分利用了相變潛熱的蓄冷量，蓄冷能力大大增強(qiáng)，故蓄存同樣冷量所需蓄冷體積較小。

冰蓄冷時(shí)，先將冷水由12℃降溫至0℃，每公斤冷水儲(chǔ)存顯熱50kJ(12大卡)，再繼續(xù)使0℃水結(jié)成0℃的冰，以獲得334kJ(80大卡)的相變潛熱，合計(jì)每公斤大約可儲(chǔ)存384kJ(92大卡)的冷量，約為水蓄冷方式儲(chǔ)冷量的17倍。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)種類較多，較常用的有冰盤管式、完全凍結(jié)式、機(jī)械制冰式、冰球式和冰晶兩相式等。

5 利用天然冷源

天然冷源是最廉價(jià)的空調(diào)能源，在有條件的地區(qū)應(yīng)優(yōu)先考慮利用天然冷源供冷空調(diào)。

5.1 利用地下水、水庫深水供冷空調(diào)

如果地下水、水庫深水的水質(zhì)、水量和水的參數(shù)能夠滿足空調(diào)工程要求，在進(jìn)行可行性分析和經(jīng)濟(jì)性比較的基礎(chǔ)上應(yīng)優(yōu)先采用。對(duì)于以深井水為冷源的空調(diào)系統(tǒng)，為避免地下水位下降，甚至地面沉降，應(yīng)采用人工補(bǔ)給地下水的回灌技術(shù)，一般在冬季利用環(huán)境溫度低的特點(diǎn)，向地下灌入冷水，到夏季時(shí)從地下抽出作為空調(diào)的冷源。但是這種回灌技術(shù)將增加水系統(tǒng)在非空調(diào)運(yùn)行期的能耗，所以必須在合理的條件下使用。

5.2 利用室外新風(fēng)供冷

利用新風(fēng)供冷是過渡季節(jié)空調(diào)節(jié)能的一種方法。春秋季節(jié)，室內(nèi)的氣溫高，而室外的空氣已相當(dāng)適宜，此時(shí)的室外新風(fēng)可作為空調(diào)的一種輔助冷源。根據(jù)當(dāng)時(shí)氣候特點(diǎn)，空調(diào)可考慮采用部分新風(fēng)或全部新風(fēng)。在室外空氣溫度下降到送風(fēng)溫度時(shí)，就可不開主機(jī)，利用新風(fēng)供冷，當(dāng)新風(fēng)溫度符合送風(fēng)溫度要求時(shí)采用全新風(fēng)空調(diào)，當(dāng)新風(fēng)溫度低于所需送風(fēng)溫度時(shí)，使新風(fēng)和室內(nèi)空氣混合，使之達(dá)到要求后送人室內(nèi)。

6 結(jié)論

我國(guó)的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力巨大，應(yīng)大力提倡空調(diào)設(shè)計(jì)人員在設(shè)備中采用最節(jié)省能源的設(shè)計(jì)方法；同時(shí)，條件適宜的地區(qū)應(yīng)盡量采用蓄冷等新技術(shù)。

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