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    • 中央空調系統節能技術的關注與思考
    •   來源:中國節能在線
    • 2016-01-21
    隨著社會經濟建設迅速發展,人民的生活條件得到了改善,對物質生活條件要求也越來越高,對綜合大樓和商場可能更高一些,中央空調系統的使用也推廣開來。中央空調系統一般超過建筑能耗的二分之一以上,大概在70%左右,正因為如此,在中央空調空前普及的大背景下,空調節能具有很大的現實意義。
     
    1引言
     
    空調系統主要有兩個方面的能耗,一方面是制冷、制熱的能耗,用來供給空氣處理設備的冷量和熱量;另一方面是為空調區域提供循環水的水泵、循環風的風機使用的電能源。
     
    建筑需要的供熱量和供冷量決定了冷熱源的使用消耗,建筑物的熱量和冷量所需受室外氣象數據、門窗的傳熱特點,照明、散濕情況、新風量、室內人員、以及設備散熱狀況等影響,水泵、風機輸送所需能耗受水量、風系統、水系統空氣量的阻力所影響,風水系統的阻力與流量的影響有風溫差、水溫差、系統形式、水流速、送風、效率、冷熱源設施所受阻力以及空氣所用的處理設備等,依據這些影響空調使用的因素,大致可以把現階段用于中央空調節能的方法、措施、技術歸結為五種:增強冷、熱源的使用效率、降低冷、熱負荷、充分使用自然冷源、自動控制調節水泵和風機的耗電量、改善氣流組織。
     
    2常用中央空調節能技術分析
     
    2.1提高冷源效率
     
    空調是依據冷熱負荷系統設計的,水泵循環、風機盤管、新風和制冷機組、新風機組等都是根據冷熱負荷來選擇規格型號的,如若能夠降低建筑負荷,就能夠節約投資、減小配電功率,減少空調系統的耗電量以及配電投資,節約運行成本,降低冷熱負荷是節約建筑成本的最有效的方法,具體的降低負荷方法有以下幾點:
     
    (1)改善保溫性能。房間里的冷熱量會經過門窗墻體往外傳遞,減小建筑物的冷熱負荷量最有效的方法就是提高建筑的保溫隔熱能力,改善隔熱保溫可以從建筑的幾個地方著手:設計合理的窗戶遮陽;掌握墻窗的面積比例;要合理設計玻璃幕墻和窗戶;設計合理的室內參數。使用空調的目的是為了創造一個更加舒適的室內環境,可以滿足人們學習、娛樂、辦公、衛生、舒適的環境要求。在不同季節設定空調溫度太高或太低都會加大空調的負荷量,一般在能夠滿足舒適要求的情況下,把冬夏季節空調的室內溫度與濕度相協調,節約能源。
     
    (2)及時排除熱源??紤]到空調局部發熱量比較大,在熱源附近設置排風,把空調設備所散熱量直接排到室外,以防熱量排到室內,減少夏天使用空調的冷負荷。
     
    (3)正確控制新風使用。新風負荷占據建筑物負荷總量的15~30%,如果使用和控制新風的方法得當,會節約一定的能耗,要嚴格的控制負荷使用量,合理的運用新風,有些房子在冬季還有過渡季還需要供冷,當室內空氣大于室外空氣焓值的時候,可以利用室外的新風降低室內的溫度,這種方法減少主機開啟的頻率,節約能耗。
     
    2.2降低冷熱負荷
     
    在條件相同的情況下,制冷機的制冷系數與蒸發溫度和冷凝溫度有關,在使用過程中空調冷凍水和冷卻水溫度過低或過高,都會影響制冷系數,如果冷凝系數過低,就會消耗過多的能量,增加耗電量和建筑成本,想要進一步提高能源的使用效率,可以采取一些可行性的方法:
     
    (1)降低冷卻水溫度。冷卻水溫度的上升與制冷系數的下降是息息相關的,要加強降低冷卻水溫度的管理,管理冷卻塔水管的閥門,一旦與冷卻塔溫度高的水相混合,就會引起水溫升高,造成制冷系數下降,在用過冷卻塔一段時間后,要進行及時的保養,否則冷卻效率降低,影響使用。
     
    (2)提高冷凍水溫度。冷凍水的溫度降低與制冷機制有關,與制冷系數也有很大關系,同樣冷凍水每升高一度制冷系數就可能升高2%―4%,所以降低冷凍水的溫度要適可而止,要設置適合的冷卻水溫度,為了防止冷凍水流入其他管路,要管理好冷凍水系統的閥門,保持制冷機組的水量,如果制冷機組把冷凍水的溫度降到過低,會影響機組的使用效率。
     
    2.3降低水泵電耗
     
    受建筑物燈光、電腦設施、人員的影響,當春秋季節室內溫度高于室外溫度時,房間還需要持續的供冷,特別是在沒有外窗和外墻的房間,如果在寒冷的冬季,室內沒有好的途徑散發熱量,就必須開啟制冷開關,給室內供冷,這就增加了能源的消耗,降低機組的效率,這種情況也可以運用自然的條件供冷給房間。有兩種途徑可以供給自然冷源,地下水和室外的冷空氣,地下水一般常年會保持在大概19℃左右,它自身的條件,可以讓它不管在夏季還是冬季都能發揮作用,夏天的時候可以作為冷卻水,提供給空調系統的所需,冬天又可以當作經水源熱泵機提供給空調系統所需的熱量,這就是我們經常說的那個地源熱泵機空調系統,此外,在冬季和過渡季一般室外的溫度都要低于室內溫度,可以直接用室外過低的溫度給空調設備供冷。
     
    利用室外的冷空氣同樣也有兩種不同的方法,在冬天和春秋季節,可以直接把室外低溫空氣引入到室內,降低室內溫度,為了充分利用春秋季節的室外低溫,做新風道的時候充分地考慮到了如何把室外新風引進,還有一種方法就是如何利用冷卻塔供冷,先把水溫經冷卻塔處理降至最低,再利用換熱器把循環水冷凍,把處理后的循環水送到設備末端,像空調機組和風機盤管,再轉送到每個需供冷房間。
     
    還有一個辦法就是利用全熱交換器把冷熱量回收,也會起到節約能耗的作用.隨著生活水平的提高,人們對舒適性要求也不斷提升,這就要求保證空氣的新鮮感,經過全熱交換器,引進一定量的新鮮空氣,把室內污染過的空氣排出,空調設計的室內參數就是排風的濕度和溫度參數,冬天室內溫度要比室外溫度高,夏天室內溫度又要比室外低,將排風經交換器將冷熱量輸送給新風,能夠回收近50%~80%左右的冷熱量,節能作用最明顯。
     
    2.4改善中央空調控制系統
     
    (1)冷卻水開式系統改為閉式系統。在開式冷水系統中,冷卻水泵一方面要提供把冷卻水送往高位冷卻塔的能量,一方面要克服水在管道的流動阻力,如果把冷卻水池取消,把冷卻塔的水管與冷卻泵的入口相連,這種被稱作關閉式冷卻水系統,這就減少了冷卻水泵還要給冷卻塔提供能量的環節,只需要提供水流管道阻力即可,所以可以降低水泵的揚程。(2)減小過濾器閥門阻力。過濾器和閥門是組成空調水系統的主要部件,空調在使用的過程中要定期進行過濾,以免造成空調堵塞,要是沉淀物堵塞了過濾器,就會增加循環水的阻力。閥門主要是用來調節管路阻力和各支路平衡的,保證滿足各支路的所需水流量,因為閥門阻力對水泵電耗和揚程有一定影響,所以一般不建議使用閥門調節來調節阻力,在實際的工作中,有很多不合理的使用閥門調節的情況,浪費了大量的水泵電耗。
     
    (3)提高水泵效率。原動機在泵軸上被流體使用的程度,就叫做水泵效率。一般水泵的工作效率在0~80%左右變化,在相同要求下輸送流體時或者在輸出功率相同時輸送流體,如果水泵效率過低,所需輸入功率就大,就會消耗大量能耗,為了保持水泵的高效率運作,在設計空調時選擇水泵要合適,才能達到最好的工作效率,在管理空調系統時,選擇水泵高效率時進行管理。
     
    (4)設定合適水流量??照{系統的水溫差和冷熱負荷決定了空調系統的水流量,水泵所消耗的電量與空調水流量、水溫溫差相關,空調水流量過小會降低蒸發器流速,降低換熱系數,增大換熱面積,增加金屬耗材,事實證明,冷凍水溫度在4~6℃時,是最經濟合理的,空調熱水的溫差保持在9℃是最合理的,大部分的空調系統設計都是按照10℃調熱溫差和5℃冷凍溫差來設計的。
     
    根據相關的信息得出,水流量和水泵的循環量是成正比的,有些工程實際工作中的水溫差只有1~3℃,如果把水溫差調節到5℃,水流量就會和原來相比降低50%,耗電量也較少了90%,節能效果差別很大,在部分工程中,水流量的較少,可能會造成夏季室內溫度居高不下,這些情況的出現,是因為水系統阻力控制不平衡造成的,必須降低溫差和提高水流。水流過小時,小水流在阻力大的支路上滿足不了需要,導致房間內過熱,這種系統設計有一定的缺陷,他是以耗電量和增加流量為代價,這就提醒我們在設計的時候,一定要考慮到阻力平衡的問題,避免水流失衡的現象出現。水泵變頻使用得當也會產生節能效益,室內外空氣的溫度也在不斷地變化中,空調系統的負荷在一年之中變化也很大,一年之中最大負荷占50%以上,如果使用變頻調節空調冷熱負荷,全年的水流量也會減少40%以上,水泵能耗也只有原來的13.5%,節能效果顯著,在使用變頻技術的時候,要先查看制冷機組有什么樣的要求,要是機組需要定流量工作的話,就要設置旁通支路或閥門;現在很多空調廠家的流量范圍都比較廣泛,只要稍微注意一下這個機組的流量運行范圍即可。
     
    2.5改善氣流組織
     
    定期檢修、定期過濾、風機變頻、皮帶松緊程度、工作位置有無傾斜、送風狀態良好與否都是為了降低風機能耗的方法。
     
    設置空調的回、送風口要合理,避免短路發生,回風盡量不要采用吊頂回風,吊頂會使冷負荷增加,加大了機體的能耗。
     
    現在許多空調都沒有設計自控系統,即使有的設計了自控系統,也因為年久失修不能使用,這增加了空調管理的難度,尤其對于大型的商業建筑,管理人員每天啟停機組的經歷都沒有,實時的調整機組的運行參數調整就更不用說了,所以許多商業化的建筑不得不全天運行,如果空調都能夠加裝控制系統,即使只有啟??刂乒δ?,也會節約較多的空調能耗。
     
    3中央空調節能技術實踐應用
     
    空調系統的設計強調舒適、節能、可靠。在舒適基礎上進行節能,根據用戶的要求和建筑物概況確定新風量、濕度、溫度。如果忽視空調使用的舒適度去談節能是沒有任何什么現實意義的。
     
    3.1確定系統負荷
     
    依據建筑的不同情況、用戶所需、應用功能來確定空調的使用負荷。冷熱負荷大小會直接影響空調投資和使用功能,更會涉及到運行費用和系統能耗,在設計空調系統前要精確地計算好冷熱負荷,在新項目中,要先計算每個房間的負荷,再逐個進行累加,并不是說把最大負荷相加,最后把各個相加的負荷值確定空調冷熱負荷。在改造的建筑項目中,有的用戶不能提供設計的原圖紙,有些用戶也會覺得空調系統設置得不合理,這就要求我們在改造之前,一定要清楚空調配置和形式,把握好運行的實際數據,確定空調冷熱負荷再進行改造。
     
    3.2選擇熱、冷源
     
    依照建筑物附近的能源狀況、地理位置、需求和應用功能確定熱、冷源。選擇熱、冷源是設計空調系統中比較重要的步驟,空調設備的能效比是由熱、冷源決定的,空調設備的可靠性也受其影響,同時熱、冷源還決定了空調設備的能源消耗,所以熱、冷源的選擇對空調系統設計成功至關重要。熱、冷源的選擇不是固定的,沒有適合所有項目的熱、冷源,根據不同系統的條件和特點,選擇適宜的熱、冷源,以便取得最佳效果。
     
    3.3末端設備的水系統和流量調節設計
     
    通過電動三通或者兩通實現流量調節,末端系統的流量根據負荷量進行調節,取得節能的目的。當設計水系統的管道時,平衡水系統能夠使支路的阻力保持平衡,使每個支路的水流量得到滿足。一方面在條件不同的情況下設計盡量同程式;另一方面利用阻力計算取得合理變徑;同時,管道流量還可以通過閥門調節。
     
    4結語
     
    在設計空調系統的過程中,需要靈活應用不同節能措施和新技術,根據不同項目的實際情況,找到提高空調設備經濟性和可靠性的最佳設計。譬如,制冷機組采用回收冷凝熱,空氣系統考慮回收排風熱,另外空調節能還可以合理利用太陽能等自然資源,可以帶來巨大的經濟效益、環境效益和社會效益。
     
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