調查顯示:我國大型公共建筑單位面積的采暖能耗一般情況下僅為住宅或普通公共建筑的50%~80%, 而除采暖外的其他能耗, 折合成等效電耗后, 單位建筑面積能耗在70~300kwh/ (m2.年) 之間, 為住宅的5~15倍, 是建筑能源消耗的高密度領域。因此, 開展對公共建筑特別是大型公共建筑的節能研究對于推動我國的節能事業發展具有重要意義。
1 現行公共建筑暖通空調系統在高能耗的主要原因
在能耗較高的一些辦公建筑和綜合商廈等建筑中, 由開窗通風、機械排風等造成的室內外通風換氣形成的冷負荷會占到總冷負荷的50%以上。
由于設計不合理、缺少有效的空調系統調節手段, 往往造成冷機、水泵、風機長期在偏離高效點的狀態下運行, 導致能源利用率偏低。由于運行管理不善, 導致系統的開關狀態切換不及時, 匹配不合理, 增加了不必要的空調用能。
外墻多采用玻璃幕墻結構或者窗墻比較大, 有多個朝向, 而且進深較大。設計時沒有考慮內外分區或分區不合理、設計負荷不正確等因素, 使空調系統在運行中存在冬季內區偏熱、外區正常甚至偏冷等冷熱不均的現象。內區由于人員、燈光和設備負荷相對穩定, 且不受室外氣象條件的影響, 因而全年基本呈現冷負荷, 需長年供冷;外區則受室外氣象條件的影響較大, 負荷隨季節變化而出現冷、熱負荷交替變化, 夏季需供冷, 冬季需供熱。
在有水量不平衡問題的系統中, 可能某些水量特別小的用戶溫濕度得不到保證, 影響這些房間的舒適度。為了滿足這些流量偏小用戶的溫濕度要求, 最簡便的方法就是要增加冷凍水量, 降低冷凍水的供水溫度, 使得冷機的制冷效率下降, 其它用戶的冷量過剩, 影響整個空調系統的節能效果。因此, 公共建筑空調系統的節能工作應該通過現場分析, 發現一些無謂的能量消耗問題和能效不高的問題, 然后及時修正。
目前, 建筑運行中存在的問題, 除了與系統設計有關外, 與系統的運行管理情況也密切相關?？照{設備疏于清洗, 過濾器、表冷器和冷凝器均有不同程度的堵塞現象, 嚴重地影響了空調系統的正常運行;冷機的冷凝器水側結垢, 冷機COP下降。冷卻水是開式系統, 更容易有各種雜質進入, 使冷機的冷凝器結垢, 不僅會導致冷機的出力不足和COP值的下降, 而且會影響冷機的使用壽命。
2 建筑節能改造的主要技術
2.1 設計負荷的精準計算
確定室內空氣溫濕度參數和精準計算所需要的設計負荷是建筑節能的首要因素。有研究表明, 在廣州、上海等一些地區夏季室內溫度每降低1℃或冬季提高1℃, 暖通空調工程的投資約增加6%, 其能耗將增加8%左右。對于舒適性空調, 可用下面經驗公式確定夏季室內允許的最低溫度, 既:tn=22+ (tf-21) /3;式中tf為當地夏季室外通風設計溫度。如重慶地區tf=32.5℃, 則t n=2 2+ (3 2.5-2 1) /3=2 5.8℃;《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》 (JGJ134-2001) 也規定, 夏季室內溫度取26℃~28℃, 冬季取16℃~18℃, 設計時, 在滿足要求的前提下, 夏季應盡可能取上限值, 冬季盡可能取下限值。除了室內設計溫度外, 合理選取相對濕度的設計值以及溫濕度參數的優化也是減小設計負荷的重要途徑, 特別是在新風量要求較大的場合, 適當提高相對濕度, 可大大降低設計負荷, 另外要杜絕“大馬拉小車”不節能現象。在設計中央空調系統時, 因為往往不進行詳細的負荷計算, 而是采用負荷指標進行估算, 并且出于安全的考慮, 指標往往取得過大, 結果造成了系統的冷熱源、能量輸配設備、末端換熱設備的容量都大大的超過了實際要求, 因此從實際負荷需求出發, 對設計負荷精準計算不僅可以節省初投資, 更是運行節能的重要前提。
2.2 變水量系統
變頻調速技術自上世紀八十年代以來得到了越來越廣泛地應用, 它通過均勻改變電機定子供電頻率達到平滑地改變電機的同步轉速。變頻調整技術應用于制冷空調行業, 在系統部分負荷條件下產生良好的節能效果。自90年代以來變頻調速器在暖通空調行業逐漸被大家所認識并采用。變頻技術應用在空調水系統, 就形成了變水量系統。在空調系統的水系統中, 變頻技術在水泵上的應用研究目前比較成熟, 在冷水機組上的應用研究還主要集中在制冷量比較小的機組, 雖然在國內一些大型冷水機組采用了變頻, 但是由于各種條件的限制沒有被廣泛采用。
2.3 變風量系統
變風量空調系統是通過變風量末端裝置調節進入房間的風量, 并相應地調節空調機風量來適應系統的風量要求。全空氣空調系統通過向空調房間輸送足夠數量的、經過一定處理的空氣, 用以吸收室內的余熱和余濕, 從而維持室內所需要的溫度和濕度。變風量系統可以通過改變送到房間 (或區域) 風量的辦法, 來滿足這些地方負荷變化的需要, 同時整個系統的總送風量也是變化的。從而系統的總設計風量可以減少。這樣, 空調設備容量也可以減少, 既可以節省設備費投資, 也進一步降低了系統運行費用。
2.4 熱回收技術
熱回收系統是回收建筑物內、外的余熱 (冷) 或廢熱 (冷) , 并把回收的熱 (冷) 量作為供熱 (冷) 或其它加熱設備的熱源而加以利用的系統。熱回收系統可以提高建筑能源的利用率, 是建筑節能發展的一個方向?？照{系統中可供回收的余熱 (冷) 主要分布在排風和冷凝熱中。
排風冷、熱的回收?？照{房間一般設有新風系統, 同時有許多房間設有排風系統, 由于排風的空氣參數接近空調房間的室內參數, 排氣的溫度相對大氣溫度有一定的溫差, 直接排入大氣就回造成能量損失。因此, 在送入新風時, 可以回收利用這部分排風中的能耗 (包括冷量和熱量) , 達到節能效果。
冷水機組冷凝熱的回收利用。水冷冷水機組的冷凝熱通常通過冷卻塔排入大氣, 造成環境的熱污染。許多使用中央空調的建筑中要求供應熱水, 而一般熱水要求溫度在60℃左右, 根據兩種熱量性質的不同, 可以采用直接回收和間接回收, 以節約能源。
2.5 運行管理的重要性
日常管理是建筑節能是否實際有效的關鍵, 在空調系統的節能中占了20%的比例。一個設計再好的節能系統, 如果管理不善, 一樣達不到節能的目的。究其原因, 是由于管理人員的疏忽以及節能意識的欠缺。因此應加強對空調操作人員的培訓提高管理人員素質, 實行空調操作人員操作制度。另外, 用能單位和設備運行管理人員的節能觀念不強也是造成建筑能耗過高的一個重要問題。在所有的調研項目和能源審計的項目中, 幾乎沒有一家用能單位建立能耗統計制度, 設備運行管理人員也沒有通過對設備儀器儀表的統計進行能耗分析, 因此節能觀念薄弱也是影響建筑能耗和建筑節能工作開展的重要環節。
3 公共建筑中央空調系統變流量節能的應用
3.1 控制原理及系統的構成
中國電子信息產業集團公司 (CEC) 中電博達節能科技有限公司, 研發基于PC控制的分布式中央空調變流量節能控制系統, 將中央空調系統變流量控制節能設備分成下列四個智能控制設備, 完成各自的工能。
智能中央控制設備。智能中央控制設備主要由工業控制計算機、通信接口、智能電能表、輸出模塊和通信總線組成。其主要功能是系統參數設置、系統運行狀態的監測和協調控制系統的全部設備, 提供系統運行管理的各項功能。
冷凍水智能控制設備。冷凍水智能控制設備主要由基于PC智能控制器、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、變頻器和通信總線、各種控制元器件組成。其主要功能是接受中央控制指令運行或獨立運行, 按預定的程序控制冷凍水變頻器的運行頻率, 保障冷凍水系統實現最佳節能。
冷卻水智能控制設備。冷卻水智能控制設備的組成與冷凍水智能控制設備的組成基本類似。其主要功能是接受中央控制指令運行或獨立運行, 按預定的程序控制冷卻水變頻器運行頻率, 提供空調冷水機組足夠的冷卻水量, 實現預定的冷卻水出水溫度, 保障空調冷水機組的熱交換效率。
冷卻塔風機智能控制設備。冷卻塔風機智能控制設備的組成與冷凍水智能控制設備的組成基本類似。其主要功能是接受中央控制指令運行或獨立運行, 按預定的程序控制冷卻塔風機變頻器的運行頻率, 提供空調冷水機組合適的冷卻水進水溫度, 保障空調冷水機組的熱交換效率。
3.2 中央空調系統動態運行節能控制方法
冷水機組冷凍水供水溫度設置的典型值為7℃, 不宜降低。相關研究表明:冷凍水供水溫度可升高到9℃或10℃, 不會影響中央空調系統的舒適度, 但是可以大幅度節約冷水機組消耗的能源;供回水溫差設置的典型值為5℃, 可以在5℃~8℃之間選擇, 提倡大溫差小流量運行, 切忌在小溫差大流量狀態下運行。冷卻水進水溫度設置的典型值為32℃, 不宜過高, 可以在24℃~32℃之間選擇。一般情況下, 壓縮式冷水機組宜在24℃~32℃之間選擇, 吸收式冷水機組宜在28℃~32℃之間選擇。由于不同機組有一定的差異, 可以通過實際運行試驗選取合適的冷卻水進水溫度, 以保證冷水機組維持較高的COP值。冷卻水進出口水溫差典型值為5℃。各類變頻器運行頻率的上限頻率設置為45Hz, 下限頻率設置為30Hz。下限頻率設置應滿足空調冷水機組冷凍水供水流量超過冷水機組的最小流量。變頻器運行頻率的設置主要考慮滿足系統的安全性, 有時沒有實現最佳節能的數值, 但換取的是運行安全性大幅度提高。
4 結語
總之, 暖通空調系統的節能不僅關系到人們的冷暖、健康、安全、工作效果和產品質量, 還關系到國家能源安全、資源消耗和環境污染是關系國計民生和國家可持續發展的重要行業。因此, 我們每一位暖通專業工作者, 都有義務在暖通空調的節能領域里積極地貢獻自己的力量。對暖通空調系統在節能方面存在的問題給予重視, 使暖通空調系統具有并發揮經濟性、節能性、安全性、舒適性和美觀性的作用, 使其對國民經濟的發展和人民生活的提高帶來正面效應。
摘要：公共建筑成為建筑中的用能大戶, 其空調系統高能耗問題逐漸突出。我國各地區進行關于公共建筑空調系統能耗狀況以及節能技術在公共建筑空調系統中節能潛力的研究是十分必要的。本文在分析了公共建筑暖通空調高能耗的主要原因, 探討了暖通空調系統節能設計的措施, 最后就公共建筑中央空調系統變流量節能的應用進行探討。
關鍵詞：暖通空調,節能設計,措施
參考文獻
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