现代大楼中央空调系统节能探讨

GXF360 2017-06-20

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现代大楼中央空调系统节能探讨

陈东武

（广西荣泰建筑设计有限责任公司，广西柳州 545007）

摘要：中央空调系统虽然能够为人们日常生产生活提供较为舒适的温度保障，但是却是以极大的能耗为代价的，特别是大型中央空调系统的水能、电能及人力成本消耗都较高，因此，相关专业人士正在积极进行中央空调系统节能的研究和改革。文章首先阐述了中央空调系统的能耗构成情况，进而有针对性的提出了相应的解决建议和节能措施。

关键词：中央空调；节能；措施

随着社会经济的快速发展，我国城市化进程不断加快，作为现代化的建筑大楼中必不可少的配套设备，空调，特别是大型中央空调对于建筑内部气温的调节，并在为人类提供舒适的生活和工作环境方面的作用越来越突出。与此同时，中央空调运转过程中所消耗的电能、水能等资源量也十分惊人，基本上都在建筑总耗能量的一半左右。因此，十分有必要对现代化的大楼建筑的中央空调系统节能进行研究和探讨，以期能够寻求到合理的可行性的解决途径，促进我国建筑产业的朝着节能、低耗、绿色、环保的方向稳步发展。

1　中央空调系统的能耗构成

1.1　必要能耗

不论空调的型号是哪种，也不论空调体型的大与小，或者空调工作所依赖的是哪种系统，空调在运行过程中的热源设备、输送设备和交换设备的工作都或多或少的消耗了电能资源，电力的消耗我们都能通过电表或其他控电设备得知，该数值往往为空调的制冷、制热所消耗的电能总和。这些能耗也就是我们常说的显性消耗，是空调运转必要的能量消耗。每一个空调系统一般都会有其装机容量的说明，而这个容量的数值计算一般需要经过一定的过程，具体来讲就是先搜集历年来的逐时气象信息，并求出标准年的资料，然后以空调房间进行动态的负荷量的模拟，计算出逐时的负荷量，然后利用空调系统正常运转来进行系统模拟和装置的耗能模拟，最终计算出逐时消耗量即可。在实际能耗模拟时，一般需要负荷模型、空气处理模型及装置能耗模型的建立（见图2）。

图1　空调能耗计算模型关系图

需要指出的是，设备能耗模拟需要对风机、水泵和冷机等设备的特性变化事先进行了解，这样才能较为准确的得出能耗量或装机容量。而在实际的空调系统的运转过程中，因受到其他因素的干扰，空调还会产生一些额外的能量消耗，这些都计到显性额外能耗之中。

1.2　隐性能耗

通俗的讲，隐性能耗大多是在空调系统正常运转过程中看不见摸不着的一些能量消耗。比如有些空调系统的密封不到位，或者水机出现故障，极易造成空调水系统中水能的浪费。再如如果空调的线路出现问题，还可能浪费过多的电能，这些都会造成显性额外能耗增加或者隐性能耗的产生。长期的隐性能耗也在一定程度上加剧了中央空调系统的能耗量，这些并不是空调系统正常运转过程中必须的能耗，因此造成了极大的资源浪费。

2　现代大楼中央空调系统节能措施

2.1　水系统节能优化措施

空调在设计和生产时为了节约水能消耗，大多也都进行了较为合理的水系统设计，以最大限度的控制其显性水系统的能耗，因此水系统的节能优化应当以降低水系统的隐性消耗为主。中央空调的水系统大多由冷却水和冷冻水两大系统构成，这也是节能的主要部位。空调水系统消耗水量较大，而且会增加水压。

对于冷冻水系统的节能方面，冷冻水系统是通过空间载冷来调节空调系统的，水资源会通过管路保温的冷量消耗，还可能会通过冷冻水消融而流失。这些隐性能耗主要是由旁通阀或者排污阀失灵或者不牢固造成的。在实际的空调系统检查和调试运行时，如果发现对膨胀水箱过于频繁的进行补水或者空调机身漏水现象的话，则应当警惕排污阀或者旁通阀是否关好，并及时排除故障，降低由于冷冻水的流失而造成的水资源浪费和设备电能的消耗。

针对冷却水系统，其节能应当从其水能消耗的重点方面抓起。首先，对于蒸发消耗的水能，空调制冷主要通过冷却塔中热水蒸发达到冷却目的，在这一过程中，一些冷却水分就会散发到空气中。水分蒸发所吸收的热量除了冷却塔内的热水还有一部分来自空气，如果空调风量不变，冷却负荷降低的话，其实际干球温度就会下降。此外，风机运行能够大大降低冷却塔出水口的温度，但也因此增加了风机和水机的电能消耗，综合来讲也不能达到节能的目的。

另外，还可以通过减少冷却废水来减少水耗。有些空调系统可能存在循环水量过多的问题，在设备运转时很可能造成水滴的带出，因此，必须要对播水器的循环角度进行动态调整，及时清洁散水槽，进行适宜的风机叶片角度调节，降低废水能耗。空调使用过程中都需要进行排污换水，但是通过提高水系统的清洁度可以有效减少操作次数，也能在一定程度上节约水耗。

2.2　风系统节能优化措施

风系统的节能优化主要通过改进系统设计来进行。

首先，要对风系统进行内外分区，以减少两个部位之间冷热传递，提高能量利用率，应当根据风系统形式及分区特点，尽量使用天然冷源，或者全新风，提高冷却效率。

其次，要通过革新风比系统来进行节能，该方式对于风系统的内外分区系统节能都有促进，内区节能效果更佳明显。新风系统主要依靠内循环，而利用风比系统则能有效降低空调能耗。对于一些人流量较大的场所，比如大型的商超及办公大楼，空调系统设计时可以根据室内人员变动情况通过控制检测二氧化碳含量来及时动态调整风量，在保证环境舒适的基础上，最大限度降低能耗，特别是在室内没有人员活动时，尽可能的关闭所有设备，只运行换气风扇即可。如果使用全新风，则可及时观测外界空气及气温情况，合理运行系统。

再次，要积极采用先进的变风量系统即空调的VAV系统。传统的空调机通常会采用全年最小新风量来设计，以便于控制，并且一般只能按照冬季和夏季两种模式进行设定，而对于过渡季节大多没有过多的设计，这样增加了冷水机的运行时间和能量消耗。而新型的VAV空调系统通过全新风供冷能够有效降低冷水机运行时长，降低了设备容量值。对于采用定风量系统的空调而言，为了满足各个房间的不同负载需求，一般其送风量是各房间热量或者冷量的和。相比较而言，VAV系统则可以独立控制风量和制冷制热量，为每一个房间设定相同的送风量，这种设计模式，大大降低了空调机组的耗能，其总的风量和制冷或者制热量要比采用定风量系统输送的总风量小，进而减少了整个建筑的冷风机容量，达到节能低耗的目的。最后，风系统的节能还可以通过对排风机产生的热能进行回收来减少能耗。当室内排风需要对新风进行热处理或者冷却时，空调机组新风负荷就会降低，提高节能效率。

2.3　综合利用能源及设备

现代大楼的中央空调系统大多是一项较为繁杂和庞大的工程，因此，要对中央空调系统自身及附加的设备和所需的能源进行综合且高效的利用。比如，有些空调系统在满足夏季供冷的需求之外，还通过冷水机组的直燃吸收来为居民生活提供热水，并且对于居民生活产生的废热还可以通过冷水机组进行吸收利用，双向节能。

2.4　强化自动控制系统的合理设置

随着科技水平和工业的快速发展，设备的自动化程度越来越高。中央空调系统也逐步配备了相应的自动化控制系统来保证运行的稳定和高效。因此，应当强化空调的自动控制系统的合理设置，逐步减少手动运行控制可能带来的高消耗。