1、空调系统节能的重要性和可行性
随着社会的发展,建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大,在发达国家已达到40%,而在建筑能耗里,用于空调的能耗又占建筑能耗的30%-50%,且在逐年上升。建筑节能是建筑发展的基本趋势,也是当代建筑科学技术的一个新的生长点。随着人均建筑面积的不断增大,暖通空调系统的广泛应用,用于暖通空调系统的能耗将进一步增大。这势必会使能源供求矛盾的进一步激化。另一方面,现有的暖通空调系统所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源,其中电能占了绝对比例。对这些能源的大量使用,使得地球资源日益匮乏,同时也带来严重的环境问题。
2、目前空调系统存在的问题
要实现空调系统的节能降耗,已经具备了许多成熟的条件,但同时也存在许多问题有待于解决。
2.1空调系统的设计管理问题
空调系统的设计对空调系统的节能性有着重要的影响。然而在实际中往往得不到一些设计部门和设计人员的足够重视,使得设计建造的系统不仅初投资大,运行能耗也相当惊人,大大超过了国家标准。
2.2空调系统的运行管理问题
除设计外,我们发现运行管理也起着重要的作用。有些单位的空调系统,一年四季只有开机关机和冬夏季转换操作,显然系统达不到相应的节能效果。为此要求运行管理人员不仅要有强烈的责任心,上岗前还必须要进行系统的培训和考核,对没有达到要求的,应重新培训,考核合格后才能上岗。在调查中我们发现,同样一套系统,管理人员不同,系统的能耗大不相同,有的甚至相差50%以上。
2.3新型空调方式、控制方法及新的节能技术的开发应用问题
采用新型空调方式、新的控制方法,不仅能显著提高热舒适性而且可以使系统大幅度节能。在我省对新型空调方式和控制方法的研究可以说在全国都是比较晚的,并且已经取得了一些可喜的成果,只要政府部门略加扶持这些成果将很快能得到适用,并形成产业化,对这些项目的实施,将对我省的能源、环境和经济都将起到巨大的推动作用。
2.4公众对空调系统作用的理解观念问题
对于舒适性空调系统,从本专业的角度来讲就是使人体有好的热舒适性。而在社会上我们常常发现一种这样的观念:认为空调在夏季是越冷冬季越热效果越好。这显然与舒适性空调的出发点相违背的。
2.5使用可再生能源空调系统的开发推广应用问题
利用可再生能源的暖通空调系统,如地源热泵空调系统、太阳能制冷、供热系统,不仅有着显著的环境和社会效益,有的还有着显著的经济效益,应大力开发推广。当然,和其他任何新技术一样,这些技术也存在着一些问题,也需要进一步研究完善,也需要政府部门的重视和支持。
3、空调系统节能的途径与方法
空调系统的节能主要可从以下几个方面考虑:系统的选择、设备的选配及系统的运行管理。
3.1系统的选择
首先,在空调系统设计之初选定空调方案时,即应将节能作为重要依据之一。中央空调能耗一般包括三部分:空调冷热源;空调机组及末端设备;水或空气输送系统。这三部分能耗中,冷热源能耗约占总能耗的一半左右,是空调节能的主要内容。
3.1.1采用冰蓄能系统
冰蓄冷技术是利用峰谷电价的差别将用电高峰时的空调负荷转移到电价较为便宜的夜间,从而节约运行费用。对于传统的冰蓄能系统,主机所耗的总能量变化不大,因而可节约运行费用但不节能;如采用再冷式冰蓄能系统则因采用了新型的冰剥离法,而减少了剥离能耗,即可节约运行费用又可节能。采用冰蓄能系统时,具体地有下面几种方案可供选择:“全部蓄能系统”:当电价在峰、谷时段里有差别时,可将全部负荷转移到廉价电费的时间里运行。这种方式常用于改建工程,它可利用原有的冷水机组,只需加设蓄冷设备和有关的辅助装置;这种方式也适用于需要瞬时大量释冷的特殊建筑物,如体育馆建筑物等。“部分蓄能系统”:冷水机组连续运行,它在夜间用来制冷蓄能,在白天利用蓄存的制冷量为建筑物提供制冷。将运行时数从14h扩展到24h,可以得到最低的平均负荷。需电量费用大大地减少,而冷水机组的制冷能力也可减少50%~60%或者更多一些。在新建的建筑中,这是最实用的、投资有效的负荷管理方案。
3.1.2采用变风量系统,以减少空气输送系统的能耗
考虑到现代化楼宇的空凋要求,正从集中式控制向各个房间进行独立、个别控制的方面发展。变风量空调(VAV)控制系统可以克服定风量系统的诸多缺点,它可以根据各个房间温度要求的不同进行独立温度控制,通过改变送风量的办法,来满足不同房间(或区域)对负荷变化的需要。这样,空调设备的容量也可以减小,既可节省设备费的投资,也进一步降低了系统的运行能耗。有资料显示,采用变风量系统可节省能源达到30%,并可同时提高环境的舒适性。该系统最适合应用于楼层空间大而且房间多的建筑。尤其是办公楼,更能发挥其操作简单、舒适、节能的效果。因此。变风量系统在运行中是一种节能的空调系统。
3.1.3利用能量回收系统节能
在室内外温差较大的情况下,可在系统中增设热回收系统,可得到较为明显的节能效果。
3.1.4根据国家能源政策、能耗指标和当地能源条件合理选择冷热源
在制冷机组的选用中.根据“提高电力在终端能源消耗中的比重,降低煤炭在一次能源中的比重,有效利用石油和天然气资源”的国家能源政策,鼓励采用电制冷机组,限制采用燃煤锅炉的产品。同时,可积极发展太阳能空凋与燃气空调(直燃机)、合理利用其他热源。
太阳能空调:建立在太阳能热水器应用的基础上的太阳能空调,可充分利用夏天的太阳能,具有很好的经济性。利用太阳能供冷与供热,不仅可以节省电力和常规能源,对环境保护尤其有重要意义。
燃气空调:燃气空调具有削减夏季电力高峰、填补夏季燃气低谷的益处,1996已成为我国中央空凋市场的主导产品。
土壤热源的有效利用:与地面上环境空气相比,地下5rn以下全年土壤温度稳定且约等于年平均温度,可以分别在夏冬两季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度。所以从原理上讲,土壤是一种比环境空气更好的热泵系统的冷热源。土壤热源热泵的主要优点有:节能效果明显(可比空气源热泵系统节能约20%);埋地换热器不需要除霜,减少了冬季除霜的能耗;由于土壤具有较好的蓄热性能,可与太阳能联用改善冬季运行条件;埋地换热器在地下静态的吸放热,可减小空调系统对地面空气的热污染及噪音污染。水源热泵系统:水源热泵系统空调系统是一种水冷的整体式供冷/供热机组,可进行制冷/制热循环,因而是一种全年运行的空调设备。其制冷(热)性能受外界环境变化的影响较小,换热效率也高于空气热泵。水源热泵系统空调系统是一种极具特色的新新产品,具有不同于传统中央空调系统的诸多技术特点,是一个热回收和内部能量平衡的系统,尤其在过渡季其节能的效果非常显著。由于其设计安装简单、控制管理方便、总体造价较低,故目前常用于住宅小区。
3.2空调系统设计中的设备节能选配方案
3.2.1离心式冷水机组的选择
在空调系统的设计中,主张选用高能效制冷机,但也反对盲目追求能效。实际采用方法应结合中国当前经济发展水平、采用系统法选用高效离心式制冷机的方法。
工况差异对蒸气压缩式水冷冷水机组满负荷效率存在很大的影响。故在选用冷水机组时,必须重视工况不同对冷水机组性能产生的影响,考虑并满足中国气候和水质条件的要求,以保证机组长期高效可运行。
3.2.2末端设备
国产风机盘管从总体水平看与国外同类产品相比差不多,但与国外先进水平比较,主要差距是耗电量、盘管重量和噪声方面。因此设计中一定注意选用重量轻、单位风机功率供冷(热)量大的机组。空调机组应该选用机组风机风量、风压匹配合理,漏风量少,空气输送系数大的机组。
3.2.3冷冻水泵
在一般公共和民用建筑中空调水系统的能耗约占空调总能耗的15%~20%。因此,空调水系统的节能也具有十分重要的意义。水系统节能除了重视水系统设计,认真进行水系统各环路的设计计算,并采取相应措施保证各环路水力平衡外,采用变频调速水泵进行变流量运行,或采用冬、夏两用双速水泵是两种较为有效的节能措施。有资料表明,空调水系统采用变流量运行具有很大的节能潜力,变频器投资在1~2年内即可收回。冷却水泵变速驱动和风机起停控制是两种较为有效的节能运行方式。
3.3系统运行过程中的节能
3.3.1加强中央空调的运行管理,采用一定的计量方法
在空调能耗中,有很大一部分是由于管理不善而引起的。各项调节和节能措施的实施,亦与操作人员的技术素质直接相关。故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证制度。
另外,集中空调实行计量收费,是建筑节能的一项基本措施。目前在欧美等国热量计量已是成熟的技术,据国外调查资料表明:实行集中空调计量收费后,其节能率在8%~l5%。我国在计量方面也已取得了一定的成就。
3.3.2通过控制设备进行调节控制
随着用能计量收费体制的改革,室内空调系统装配温控阀后整个空调系统如何正确配备控制设备是非常重要的。每一个有效节能的空调系统都应配置相应的调节控制设备,如自力式流量控制阀、压差控制阀、温度控制阀等等。在控制模式上需根据建筑物的具体功能、气候条件、使用状况等灵活处理,无统一的模式可循。如:①年运行管理问题,主要应考虑过渡季节的运行:室外新风的利用、新风量的确定等;②日运行管理问题,主要应考虑随室外温度的变化采取不同的日节能运行模式,这可采用合理的自控系统及一定的手动调节装置来实现;③建筑预冷预热时间的合理选择。建筑预冷预热时间的选择将直接影响冷热设备的大小,从而影响初期投资。特别是对于大空间的体育场馆等蓄热量较大的建筑,如何做到既不影响正常使用,又能实现节能或节约投资,预冷预热时间的合理选择是关键。
3.4利用建筑构造实现节能
如有条件,可在制定建筑方案阶段就有暖通专业人员参与,保证在不对建筑方案造成较大影响的前提下在建筑构造方面充分体现节能的要求、满足节能的需要。在空调建筑中,围护结构的传热热损失占总的热损失的比例是较大的,以4个单元6层的砖墙、混凝土楼板的典型多层建筑为例,在乌鲁木齐地区,通过围护结构的得到的热量占全部得热量的77%(其中外墙25%,窗户24%,楼梯间隔墙11%,屋面9%,阳台门下部3%,地面2%);通过门窗缝隙的空气渗透得热量约占23%;由此可见改善围护结构的热工性能对于空调节能具有重要意义。
3.4.1合理控制窗墙比、对外墙及屋顶的导热系数等提出具体要求
通过外窗的耗热量占建筑物总耗热量的35%。故在进行前期建筑设计时,在保证室内采光的前提下,合理确定窗墙比将十分重要。
3.4.2提高门窗的气密性
有资料表明,房间换气次数由0.8h-1降到0.5h-1,建筑物的耗冷可降低8%左右,因此设计中应采用密闭性良好的门窗。加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段之一。
3.4.3使用环保、节能型建筑材料
使用环保、节能型建筑材料,可有效减少通过围护结构的传热这一主要的空调负荷,从而各主要设备的容量,达到显著的节能效果。当然,这可能会在一定程度上增大初期投资,这可通过合理的技术经济比较后确定。
3.4.4“冷屋顶”节能
冷屋顶”(coolroofs)指具有高El射反射率的屋顶,通过在普通屋顶表面涂上浅色的、高反射率的屋顶,通过在普通屋顶的日射反射率,减少太阳热量的吸收,从而达到减少空调冷负荷、节约空调能耗的目的。采用“冷屋顶”节能可使空调负荷减少约10%-50%。
4、结束语
节能和环保是实现可持续发展的关键。空调领域作为一用能大户,其能耗已占总能耗的40%左右,故节能意义十分巨大。而从可持续发展理论出发,空调系统如何适应在低负荷下高效节能运行及在系统设计中对设备进行节能选配就成为空调节能的关键,这对于节约能源、降低运行费用、促进国民经济发展具有十分重要的意义。
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