调查显示:我国大型公共建筑单位面积的采暖能耗一般情况下仅为住宅或普通公共建筑的50%~80%, 而除采暖外的其他能耗, 折合成等效电耗后, 单位建筑面积能耗在70~300kwh/ (m2.年) 之间, 为住宅的5~15倍, 是建筑能源消耗的高密度领域。因此, 开展对公共建筑特别是大型公共建筑的节能研究对于推动我国的节能事业发展具有重要意义。
1 现行公共建筑暖通空调系统在高能耗的主要原因
在能耗较高的一些办公建筑和综合商厦等建筑中, 由开窗通风、机械排风等造成的室内外通风换气形成的冷负荷会占到总冷负荷的50%以上。
由于设计不合理、缺少有效的空调系统调节手段, 往往造成冷机、水泵、风机长期在偏离高效点的状态下运行, 导致能源利用率偏低。由于运行管理不善, 导致系统的开关状态切换不及时, 匹配不合理, 增加了不必要的空调用能。
外墙多采用玻璃幕墙结构或者窗墙比较大, 有多个朝向, 而且进深较大。设计时没有考虑内外分区或分区不合理、设计负荷不正确等因素, 使空调系统在运行中存在冬季内区偏热、外区正常甚至偏冷等冷热不均的现象。内区由于人员、灯光和设备负荷相对稳定, 且不受室外气象条件的影响, 因而全年基本呈现冷负荷, 需长年供冷;外区则受室外气象条件的影响较大, 负荷随季节变化而出现冷、热负荷交替变化, 夏季需供冷, 冬季需供热。
在有水量不平衡问题的系统中, 可能某些水量特别小的用户温湿度得不到保证, 影响这些房间的舒适度。为了满足这些流量偏小用户的温湿度要求, 最简便的方法就是要增加冷冻水量, 降低冷冻水的供水温度, 使得冷机的制冷效率下降, 其它用户的冷量过剩, 影响整个空调系统的节能效果。因此, 公共建筑空调系统的节能工作应该通过现场分析, 发现一些无谓的能量消耗问题和能效不高的问题, 然后及时修正。
目前, 建筑运行中存在的问题, 除了与系统设计有关外, 与系统的运行管理情况也密切相关。空调设备疏于清洗, 过滤器、表冷器和冷凝器均有不同程度的堵塞现象, 严重地影响了空调系统的正常运行;冷机的冷凝器水侧结垢, 冷机COP下降。冷却水是开式系统, 更容易有各种杂质进入, 使冷机的冷凝器结垢, 不仅会导致冷机的出力不足和COP值的下降, 而且会影响冷机的使用寿命。
2 建筑节能改造的主要技术
2.1 设计负荷的精准计算
确定室内空气温湿度参数和精准计算所需要的设计负荷是建筑节能的首要因素。有研究表明, 在广州、上海等一些地区夏季室内温度每降低1℃或冬季提高1℃, 暖通空调工程的投资约增加6%, 其能耗将增加8%左右。对于舒适性空调, 可用下面经验公式确定夏季室内允许的最低温度, 既:tn=22+ (tf-21) /3;式中tf为当地夏季室外通风设计温度。如重庆地区tf=32.5℃, 则t n=2 2+ (3 2.5-2 1) /3=2 5.8℃;《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》 (JGJ134-2001) 也规定, 夏季室内温度取26℃~28℃, 冬季取16℃~18℃, 设计时, 在满足要求的前提下, 夏季应尽可能取上限值, 冬季尽可能取下限值。除了室内设计温度外, 合理选取相对湿度的设计值以及温湿度参数的优化也是减小设计负荷的重要途径, 特别是在新风量要求较大的场合, 适当提高相对湿度, 可大大降低设计负荷, 另外要杜绝“大马拉小车”不节能现象。在设计中央空调系统时, 因为往往不进行详细的负荷计算, 而是采用负荷指标进行估算, 并且出于安全的考虑, 指标往往取得过大, 结果造成了系统的冷热源、能量输配设备、末端换热设备的容量都大大的超过了实际要求, 因此从实际负荷需求出发, 对设计负荷精准计算不仅可以节省初投资, 更是运行节能的重要前提。
2.2 变水量系统
变频调速技术自上世纪八十年代以来得到了越来越广泛地应用, 它通过均匀改变电机定子供电频率达到平滑地改变电机的同步转速。变频调整技术应用于制冷空调行业, 在系统部分负荷条件下产生良好的节能效果。自90年代以来变频调速器在暖通空调行业逐渐被大家所认识并采用。变频技术应用在空调水系统, 就形成了变水量系统。在空调系统的水系统中, 变频技术在水泵上的应用研究目前比较成熟, 在冷水机组上的应用研究还主要集中在制冷量比较小的机组, 虽然在国内一些大型冷水机组采用了变频, 但是由于各种条件的限制没有被广泛采用。
2.3 变风量系统
变风量空调系统是通过变风量末端装置调节进入房间的风量, 并相应地调节空调机风量来适应系统的风量要求。全空气空调系统通过向空调房间输送足够数量的、经过一定处理的空气, 用以吸收室内的余热和余湿, 从而维持室内所需要的温度和湿度。变风量系统可以通过改变送到房间 (或区域) 风量的办法, 来满足这些地方负荷变化的需要, 同时整个系统的总送风量也是变化的。从而系统的总设计风量可以减少。这样, 空调设备容量也可以减少, 既可以节省设备费投资, 也进一步降低了系统运行费用。
2.4 热回收技术
热回收系统是回收建筑物内、外的余热 (冷) 或废热 (冷) , 并把回收的热 (冷) 量作为供热 (冷) 或其它加热设备的热源而加以利用的系统。热回收系统可以提高建筑能源的利用率, 是建筑节能发展的一个方向。空调系统中可供回收的余热 (冷) 主要分布在排风和冷凝热中。
排风冷、热的回收。空调房间一般设有新风系统, 同时有许多房间设有排风系统, 由于排风的空气参数接近空调房间的室内参数, 排气的温度相对大气温度有一定的温差, 直接排入大气就回造成能量损失。因此, 在送入新风时, 可以回收利用这部分排风中的能耗 (包括冷量和热量) , 达到节能效果。
冷水机组冷凝热的回收利用。水冷冷水机组的冷凝热通常通过冷却塔排入大气, 造成环境的热污染。许多使用中央空调的建筑中要求供应热水, 而一般热水要求温度在60℃左右, 根据两种热量性质的不同, 可以采用直接回收和间接回收, 以节约能源。
2.5 运行管理的重要性
日常管理是建筑节能是否实际有效的关键, 在空调系统的节能中占了20%的比例。一个设计再好的节能系统, 如果管理不善, 一样达不到节能的目的。究其原因, 是由于管理人员的疏忽以及节能意识的欠缺。因此应加强对空调操作人员的培训提高管理人员素质, 实行空调操作人员操作制度。另外, 用能单位和设备运行管理人员的节能观念不强也是造成建筑能耗过高的一个重要问题。在所有的调研项目和能源审计的项目中, 几乎没有一家用能单位建立能耗统计制度, 设备运行管理人员也没有通过对设备仪器仪表的统计进行能耗分析, 因此节能观念薄弱也是影响建筑能耗和建筑节能工作开展的重要环节。
3 公共建筑中央空调系统变流量节能的应用
3.1 控制原理及系统的构成
中国电子信息产业集团公司 (CEC) 中电博达节能科技有限公司, 研发基于PC控制的分布式中央空调变流量节能控制系统, 将中央空调系统变流量控制节能设备分成下列四个智能控制设备, 完成各自的工能。
智能中央控制设备。智能中央控制设备主要由工业控制计算机、通信接口、智能电能表、输出模块和通信总线组成。其主要功能是系统参数设置、系统运行状态的监测和协调控制系统的全部设备, 提供系统运行管理的各项功能。
冷冻水智能控制设备。冷冻水智能控制设备主要由基于PC智能控制器、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块、变频器和通信总线、各种控制元器件组成。其主要功能是接受中央控制指令运行或独立运行, 按预定的程序控制冷冻水变频器的运行频率, 保障冷冻水系统实现最佳节能。
冷却水智能控制设备。冷却水智能控制设备的组成与冷冻水智能控制设备的组成基本类似。其主要功能是接受中央控制指令运行或独立运行, 按预定的程序控制冷却水变频器运行频率, 提供空调冷水机组足够的冷却水量, 实现预定的冷却水出水温度, 保障空调冷水机组的热交换效率。
冷却塔风机智能控制设备。冷却塔风机智能控制设备的组成与冷冻水智能控制设备的组成基本类似。其主要功能是接受中央控制指令运行或独立运行, 按预定的程序控制冷却塔风机变频器的运行频率, 提供空调冷水机组合适的冷却水进水温度, 保障空调冷水机组的热交换效率。
3.2 中央空调系统动态运行节能控制方法
冷水机组冷冻水供水温度设置的典型值为7℃, 不宜降低。相关研究表明:冷冻水供水温度可升高到9℃或10℃, 不会影响中央空调系统的舒适度, 但是可以大幅度节约冷水机组消耗的能源;供回水温差设置的典型值为5℃, 可以在5℃~8℃之间选择, 提倡大温差小流量运行, 切忌在小温差大流量状态下运行。冷却水进水温度设置的典型值为32℃, 不宜过高, 可以在24℃~32℃之间选择。一般情况下, 压缩式冷水机组宜在24℃~32℃之间选择, 吸收式冷水机组宜在28℃~32℃之间选择。由于不同机组有一定的差异, 可以通过实际运行试验选取合适的冷却水进水温度, 以保证冷水机组维持较高的COP值。冷却水进出口水温差典型值为5℃。各类变频器运行频率的上限频率设置为45Hz, 下限频率设置为30Hz。下限频率设置应满足空调冷水机组冷冻水供水流量超过冷水机组的最小流量。变频器运行频率的设置主要考虑满足系统的安全性, 有时没有实现最佳节能的数值, 但换取的是运行安全性大幅度提高。
4 结语
总之, 暖通空调系统的节能不仅关系到人们的冷暖、健康、安全、工作效果和产品质量, 还关系到国家能源安全、资源消耗和环境污染是关系国计民生和国家可持续发展的重要行业。因此, 我们每一位暖通专业工作者, 都有义务在暖通空调的节能领域里积极地贡献自己的力量。对暖通空调系统在节能方面存在的问题给予重视, 使暖通空调系统具有并发挥经济性、节能性、安全性、舒适性和美观性的作用, 使其对国民经济的发展和人民生活的提高带来正面效应。
摘要：公共建筑成为建筑中的用能大户, 其空调系统高能耗问题逐渐突出。我国各地区进行关于公共建筑空调系统能耗状况以及节能技术在公共建筑空调系统中节能潜力的研究是十分必要的。本文在分析了公共建筑暖通空调高能耗的主要原因, 探讨了暖通空调系统节能设计的措施, 最后就公共建筑中央空调系统变流量节能的应用进行探讨。
关键词：暖通空调,节能设计,措施
参考文献
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