空调系统能源有效利用和节能

1、前言

制冷空调系统的出现为人们创造了舒适的空调环境，但20世纪70年代的全球能源危机，使制冷空调系统这一能源消耗大户面临严重考验，节能降耗成为空调系统设计的关键环节。据统计，我国建筑能耗约占全国总能能耗的35%，空调能耗又约占建筑能耗的50%～60%左右。由此可见，暖通空调能耗占总能耗的比例可高达22.75%[1-2]。因此，在建筑能耗占整个能源消耗的比例不断增加的现状下，尤其是当前世界“能源危机”日益紧迫的关头，空调建筑节能特别是建筑中的空调系统节能已成为节能领域中的一个重点和热点。

2、建筑环境对空调节能的影响

首先，空调负荷的确定是建立在克服室外环境影响的基础上的，室外干球温度、空气的相对湿度以及太阳辐射是对空调负荷影响较大的气象因素。设计人员在建筑规划设计阶段必须充分考虑这些气象因素，有效结合当地的大气环流因素和地理因素，使得暖通空调节能规划设计更加符合节能标准，实现预期的节能目标。由于空调建筑周围良好的植树和绿化能降低小气候的温度，减少建筑物吸收的太阳辐射量，改变环境的热、湿平衡，降低建筑空调负荷，实现建筑节能。据研究，好的绿化在夏季可降低室外向建筑物内部传热6%～30%[3]。因此，我们尽可能的在建筑周围进行绿化，一方面降低空调的负荷，使建筑物周围可空气环境清新舒适，另一方面可配合建筑物的美观需要，使建筑物达到既节能又环保舒适。

其次，空调内环境也要尽量能满足节能要求。一方面，研究设计人员应该注重改善建筑条件和采用适当的建筑措施以降低空调负荷，从而降低空调能耗。建筑设计不要片面追求建筑立面效果，而应充分考虑建筑节能设计。另一方面，适当增加墙体、屋顶的保温性能，可以减少通过这些围护结构产生的冷热负荷。例如；采用新型节能墙体——小型混凝土空心砌块做墙体可有效减轻建筑物的负荷，其墙体传热系数K＝0.54W/m2，比传统粘土实心砖墙节能一倍以上。根据权威部门对住宅围护结构的热工测试结果证明，住宅内热量损失有40%～50%是通过门窗损失，所以应尽量采用密封性好、保温节能的新型塑钢门窗[4]。

3、暖通空调系统的节能

首先，空调新风问题是影响空调是否节能的一个方面，新风量过多会增加其负荷，进而增加电耗，处理的新风量过少则会影响空调环境的质量，因此针对具体的空调环境做好送风温度和新风比例的调整非常有利于节能。比如，对于夏季需供冷、冬季需供热的空调房间，室外新风量愈大，系统能耗愈大，在这种情况下，室外新风应控制到卫生要求的最小值。而在过渡季节，空调室内一般不需供冷或供热，可全部采用新风，这种方法是空调系统最有效的节能措施之一。

其次，选择合适的空调方式是空调节能的一个重要方面。进几年来，变频空调由其具有节能和提供舒适内环境的显著特点，而得到飞速发展，到目前为止，变频空调器占日本房间空调器市场销售份额的80%以上[5]。根据日本JRA404标准，变频空调器季节能效比远高于定频空调器，在冷负荷相当的情况下使用变频空调器消耗的功率仅为定频空调器的66%，即省电34%[6]。因此，变频空调应是空调发展的一个趋势，使空调尽可能达到节能要求。在中央空调系统中，我们应采用变频技术，其主要有两种形式：用变速泵和变速风机替代调节阀，减少系统内部消耗，提高整机效率。或者采用变流量技术，根据空调负荷改变水流量或风流量，从而达到节能效果。

再次，尽量对空调系统进行优化设计，在既要节能，又要保证室内空气品质的前提下，风量可调的置换式送风系统、冷辐射吊顶系统、结合冰蓄冷的低温送风系统、蒸发冷却和去湿空调系统以及免费供冷系统等在国外绿包办公建筑中已成为流行的空调方案。目前国内外不少公司、科研院所的研究人员都在致力于这方面的研究工作。

还有，空调系统能耗特点之一是大量余热的浪费。从节能考虑，将系统中需排掉的余热移向需要热的地方去是节能的一种趋势。一种常用的方式采用热轮回收余热，它由多孔和高比热容量的材料制成，有转盘式和转鼓式两类结构形式。转轮式全热交换器，其热传递效率现可达到75%～80%[7]。此外还有一些常用热回收装置，如热管换热器、板式换热器、热回收环路等。相对来说，热泵系统回收方式更普遍，热泵可以回收100℃～120℃以下的废热，可利用自然环境(如空气和水)和低温热源(如地下热水、低温太阳热和余热)来节约大量采暖、供热燃料，是一种新型的高效利用低温能源的节能技术。如果热泵与直接接触式热回收设备联合使用，其热回收效率比单一设备要高的多。工程中有转轮式热回收与热泵的联合工作系统，热管热回收与热泵的联合工作装置等[8]。

最后，我们应当积极开发新能源，积极推动太阳能、地热能、原子能等新能源在建筑中的应用。这些能源的开发利用日益引起世界各国的重视，它将是解决世界能源危机的根本措施。我国已有这方面的研究应用，如地源热泵系统、太阳能—水源热泵系统及太阳能—空气能热泵系统等。这些系统高效节能、无污染，不失为一种有效利用自然能的好途径。

4、结论

本文介绍了空调系统能源有效利用和节能的几个主要途径。一是改善建筑环境，提倡绿色建筑和建筑物的自身节能。二是优选建筑物空调系统运行模式及设备，加强自动控制运行管理方式。在空调领域，舒适和节能成为当今建筑、设计的基本课题，保护环境，利用自然能源，削减能源负荷，成为今后建筑设计的方向。