淺談中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

黃培炫　吳杰生

【摘 要】 本文從中央空調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分出發(fā)，分析了冷熱源、水系統(tǒng)及冷卻塔、末端設(shè)備和變頻控制的節(jié)能問題，提出相應(yīng)的解決措施，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)整體節(jié)能的重要性。

【關(guān)鍵詞】 中央空調(diào)系統(tǒng) 系統(tǒng)節(jié)能 變頻

在我國(guó)的能源消費(fèi)主體中，建筑能耗占了很大的比例，據(jù)統(tǒng)計(jì)，已占我國(guó)能源總消費(fèi)的27.6%。而中央空調(diào)能耗又占了其中的40～60%。因此，如何降低空調(diào)能耗成為建筑節(jié)能的重中之重。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)能耗組成

中央空調(diào)系統(tǒng)主要是由冷熱源、水系統(tǒng)（含冷凍水和冷卻水）及冷卻塔、末端設(shè)備和控制系統(tǒng)組成。冷熱源為整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)提供所需的冷、熱源；冷凍水泵輸送冷媒至各末端設(shè)備，冷卻水泵完成冷卻水的循環(huán)，而冷卻塔則將冷凝熱排放到外界環(huán)境；末端設(shè)備將空氣處理至所需的溫濕度；控制系統(tǒng)將各部分有機(jī)地聯(lián)系起來并實(shí)施各種功能控制。

2 冷熱源節(jié)能設(shè)計(jì)

冷熱源作為中央空調(diào)系統(tǒng)的“心臟”，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，也是耗能最大的子系統(tǒng)。冷熱源選擇就是準(zhǔn)確地計(jì)算空調(diào)冷、熱負(fù)荷，科學(xué)合理地配置主機(jī)設(shè)備，使系統(tǒng)運(yùn)行處于最佳狀態(tài)。

2.1 合理選擇主機(jī)設(shè)備

（1）選擇名義工況性能系數(shù)（COP）和綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)（IPLV）高的機(jī)組。為中央空調(diào)提供冷熱源的設(shè)備中，蒸汽壓縮電制冷機(jī)組以其技術(shù)可靠、節(jié)能顯著而占主導(dǎo)地位，典型產(chǎn)品為螺桿式和離心式冷水機(jī)組。在選型時(shí)，不僅要考慮機(jī)組的COP，更要注重機(jī)組的IPLV，關(guān)于IPLV，在新版GB50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中已有明確規(guī)定。

（2）選擇能量調(diào)節(jié)范圍寬廣的機(jī)組?？照{(diào)負(fù)荷具有典型的動(dòng)態(tài)性，同一建筑物，日夜空調(diào)負(fù)荷是不同的，各季節(jié)的負(fù)荷差別更大，這就要求主機(jī)具有寬廣的能量調(diào)節(jié)范圍，以適應(yīng)負(fù)荷變化。多機(jī)頭機(jī)組、離心機(jī)組，以及變頻調(diào)節(jié)可以適應(yīng)這個(gè)要求。

（3）因地制宜合理選擇機(jī)組。當(dāng)夏天既需制冷又需制取生活熱水時(shí)可選擇具備熱回收功能的機(jī)組；具備地下水、地面水資源，或有適合水源熱泵運(yùn)行溫度的廢水等水源條件時(shí)，可采用水源熱泵機(jī)組；在電力資源緊張地區(qū)可選擇雙工況機(jī)組，并應(yīng)用蓄冷技術(shù)，利用低谷電，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.2 科學(xué)配置主機(jī)設(shè)備

以節(jié)能為原則進(jìn)行組合配置：（1）熱回收+單冷機(jī)的不同功能組合；（2）離心機(jī)+螺桿機(jī)的相同功能、不同類型設(shè)備組合；（3）按等分或1：2不等分原則配置總冷量等。

3 水系統(tǒng)及冷卻塔節(jié)能設(shè)計(jì)

水系統(tǒng)包括冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)，水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)主要從總?cè)萘科ヅ?、水泵配置、閥門選擇、管徑設(shè)計(jì)、降低冷卻水進(jìn)水溫度和變頻調(diào)節(jié)等方面入手，而冷卻塔節(jié)能設(shè)計(jì)主要從控制模式考慮。

（1）正確設(shè)計(jì)冷凍水系統(tǒng)，避免出現(xiàn)“裝機(jī)容量偏大、水泵偏大和末端設(shè)備偏大”現(xiàn)象。（2）冷凍水泵容量應(yīng)與負(fù)荷匹配。過大的水泵容量造成“大馬拉小車”，使泵的耗電大幅度增加。水泵的選取必須遵循《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的輸送能效比ER≤0.0241。（3）合理選配閥門。以流量系數(shù)確定閥門的口徑，口徑過小達(dá)不到系統(tǒng)要求且系統(tǒng)需提供較大的壓差以維持足夠的流量，加重泵的負(fù)荷；口徑過大使控制性能變差且系統(tǒng)易受沖擊和振蕩，也達(dá)不到節(jié)能目的。根據(jù)閥門流量特性選擇合適的快開、線性或等百分比的閥門，如調(diào)節(jié)閥宜選用等百分比的閥門。根據(jù)使用位置選擇閥門的類型，如冷凍水供、回水主干管道上宜選用阻力較小的閘閥，過大的閥門阻力特別是水泵前后和干管上的閥門往往多消耗水泵2～6%的動(dòng)力。（4）正確設(shè)計(jì)管道直徑。不能為節(jié)省初投資而縮小管道直徑，太小的管徑將使泵的電耗增加20～30%。（5）變頻節(jié)能技術(shù)。冷凍水和冷卻水系統(tǒng)通常按定流量系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由于建筑物大多數(shù)時(shí)間是部分負(fù)荷，同時(shí)水泵選型一般按額定流量附加10～30%的裕量。在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，水系統(tǒng)經(jīng)常處于“大流量、小溫差”的狀態(tài)，水泵滿負(fù)荷運(yùn)行，造成很大浪費(fèi)。水泵采用變頻調(diào)節(jié)，可使水泵流量與實(shí)際需求量相一致，耗功也大幅降低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。有關(guān)資料顯示，如冷負(fù)荷下降20%，則冷媒水輸送量約降至50%。若調(diào)節(jié)得當(dāng)，水泵的能耗可降至額定值的12.5%（含3～5.5%調(diào)速損耗和15.5～17.5%總動(dòng)力消耗）。（6）降低冷卻水進(jìn)水溫度實(shí)現(xiàn)節(jié)能。降低進(jìn)水溫度其目的在于降低機(jī)組冷凝溫度，從而降低壓縮機(jī)功耗。冷卻水溫每降低1℃，壓縮機(jī)功耗可減少1.8～2.6%，主機(jī)能效比將提高3.5～4.3%。因此，維持較低的進(jìn)水溫度對(duì)實(shí)現(xiàn)機(jī)組節(jié)能運(yùn)行非常有意義。為保證機(jī)組壓縮機(jī)潤(rùn)滑及系統(tǒng)節(jié)流裝置正常工作，冷卻水進(jìn)水溫度應(yīng)維持在24～30℃范圍內(nèi)較為適宜。（7）冷卻塔節(jié)能控制。自控技術(shù)的迅速發(fā)展使冷卻塔節(jié)能變?yōu)榭赡?，采用調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變頻溫控模式、調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)級(jí)數(shù)的風(fēng)機(jī)溫控模式和調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)量的多風(fēng)機(jī)群控模式，均能保持出水溫度恒定。

4 末端設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)

末端設(shè)備一般為空氣處理機(jī)和風(fēng)機(jī)盤管，主要構(gòu)成為風(fēng)機(jī)、電機(jī)、換熱器、外殼等。風(fēng)機(jī)選型是否合適、電機(jī)效率的高低、換熱器配置的合理性、外殼保溫優(yōu)劣等都是影響末端設(shè)備節(jié)能的最直接因素，在末端設(shè)備的選型和制造時(shí)，應(yīng)針對(duì)這些問題充分考慮。

（1）變風(fēng)量技術(shù)。變風(fēng)量系統(tǒng)具有控制靈活、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)空調(diào)區(qū)負(fù)荷的變化，自動(dòng)改變送風(fēng)量。系統(tǒng)送風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)的輸送能耗也相應(yīng)減少。（2）能量回收技術(shù)。將排風(fēng)的余冷（熱）通過能量回收裝置與新風(fēng)進(jìn)行熱交換，從而降低新風(fēng)處理能耗。常見的能量回收技術(shù)有轉(zhuǎn)輪熱回收、板式熱回收以及盤管熱回收等。轉(zhuǎn)輪熱回收可回收顯熱和潛熱，效率最高可達(dá)到80%；板式熱回收和盤管熱回收只回收顯熱，熱回收率約為60%。（3）新風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)。為了保證室內(nèi)空氣品質(zhì)，合理的新風(fēng)是空調(diào)系統(tǒng)所必需的。但新風(fēng)的引入必然導(dǎo)致空調(diào)負(fù)荷的劇增，新風(fēng)量的大小對(duì)空調(diào)設(shè)計(jì)負(fù)荷及全年耗能的大小有著十分重要的影響。新風(fēng)節(jié)能需從多方面考慮：合理確定新風(fēng)量，注重引入新風(fēng)的品質(zhì)而非簡(jiǎn)單的數(shù)量；新風(fēng)應(yīng)與能量回收技術(shù)結(jié)合，以減少新風(fēng)負(fù)荷；新風(fēng)應(yīng)可根據(jù)使用情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語

（1）空調(diào)系統(tǒng)大部分時(shí)間為部分負(fù)荷，選擇綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)（IPLV）高的機(jī)組更有實(shí)際意義。（2）中央空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)綜合考慮各個(gè)子系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)節(jié)能效益的最大化。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈晶，嚴(yán)新娟.對(duì)變頻離心式冷水機(jī)組全年節(jié)電的探討.《暖通空調(diào)》，2009（1）.

[2]潘金文，汪瓊珍.變頻控制技術(shù)在中央空調(diào)水系統(tǒng)中的應(yīng)用.《工程建設(shè)與設(shè)計(jì)》，2003（1）.