空调系统的节能方案

2002年8月大学学报(自然科学版)Vol 25 No 8第25卷第8期Journal of Chongqing University( Natural Science EditionAug.2002文章编号】000-582X2002)8-0092-04空调系统的节能方案赵声萍1,郑洁1,串钢(1.重庆大学城市建设与环境工程学院重庆400045;2.重庆交通学院重庆400041)摘要建筑节能一直都是世界各国所关注的焦点问题之一。在整个建筑系统中空调系统的能耗尤为突出约占整个建筑能耗的35%以上因此研究空调系统的节能方案具有重要的社会意义和巨大的经济效益。蓄冰空调、地板辐射供热等是髙效节能的暖通空调系统通过采用节能型围护结构材料、利用合理的控制系统可实现空调系统的节能运行。另外还就空调系统中所存在的设计保守、技术上合理的节能方案难以推广运用等问题进行了讨论。关键词建筑能耗;节能;暖通空调;围护结构中图分类号:TU833文献标识码A建筑节能一直是世界各国所关注的热点问题之采用热电冷三联供系统也称总能系统 TES( Total20世纪90年代加里弗利亚能源短缺不再被简单 Energy System)和燃气热泵(GEH)后由于利用废地理解为能源危杋洏而被视为是必须面对的能源挑热GEHP的综合利用效率可达80%~85%。对于战1虽然改革开放以来我国经济发展有了长足进TFS方式实现热电冷三联供后其综合利用效率可步能源生产也有了巨大的提高但是由于生产力总体达65%~80%2水平不高、人民的生活水平较低、人均能源消耗量少,1.2蓄冰空调系统因此岀现了能源的低水平富裕然而我国能源利用水蓄冰空调系统是利用电力系统峰谷电价差、针对平却不高能源的平均利用率只有30%左右。如何提电力输配网的用电峰谷进行移峰填谷在夜间的低谷高能源利用水平、向单位能源要效率是节约能源、降电价时制冰蓄存冷量而在白天用电高峰时不开或少低能耗的发展方向。在我国建筑能耗占全国总能耗开制冷机用蓄冰供空调运行使用。就科学原理和单的11.7%而建筑能耗中的空调能耗高达35%以上用户而言蓄冰空调系统非但不节能还是耗能的因此研究空调系统的节能方案有重要的经济效益和社但是对整个社会而言蓄冰技术有重要的经济价值和会意义。环保意义。蓄冰空调移峰1kW电力投资是1200元,1采用高效节能的暖通空调系统而建一座30万kW的火力发电厂投资在20亿元以上其投入是6.67元/W,是蓄冰空调投入的5倍现代建筑中广泛采用了空调、给排水、照明、电梯多3。另外少建火力发电厂就可以减少CO2等温室等耗能系统如何在有效利用各种系统的同时实现节气体的排放具有重大的环保意义和社会意义。能是十分必要的在整个建筑系统中空调系统能耗尤1.3高大空间分层空调系统为突出约占整个建筑能耗的35%以上因此研究空对高度超过10m的高大空间如果采用传统的全调系统的节能设计方案就显得尤为重要。空调系统就需要对上部的非工作区进行空调处理这1.1热电冷三联供系统既没有中国煤化工用分层空调系统只考据1997年统计我国电厂热效率为32.95%电虑空调CNMH(调区域对它的影响厂供热效率为83.68%能源转换总效率为38.07%。而不需要对整个高大空间的全部负荷进行完整考虑,收稿日期2002-04-20作者简介赵声萍1977-)女云南昭通人重庆大学硕士研究生。主要从事建筑消防工程理论与技术的研究。第25卷第8期赵声萍等:空调系统的节能方案故较之全空调系统更加节能。减小空调冷热负荷也不失为一个有效的节能手段。长江三峡电站发电机房长39.0m、宽38.3m、高2.1节能型墙体38.7m设计时就采用了分层空调系统。由于只考虑采用传热系数小、热惰性大的墙体材料可有效降对底层的人员活动区域进行空调处理所以对顶部的低围护结构冷热负荷。常用的节能型墙体有加气混非空调区域在左侧墙上部安装侧送式轴流风机、右侧凝土外墙、砖墙內保温外墙、粘土空心砖内保温外墙、屋顶安装排风机通过通风换气带走部分非空调区的外保温外墙和夹心保温外墙等。墙体外保温技术还可室内冷热负荷及部分外围护结构的传热量减少它们有效防止热桥现象并且不占室内空间因此开发高效对空调区域的辐射转移量。通过控制空调送风口的送节能的外保温墙体应是节能型墙体的发展方向风温度和速度来保证空调区域温度场和速度场的均匀2.2性能优越的窗户材料性实现节能运行。外窗得热是太阳辐射热负荷的主要部分。采用性能1.4冷媒自然循环系统优越的玻璃材料不仅可以有效减少室内热负荷而且可冷媒自然循环系统的最大特点是利用工质密度差以为设计师与设备师的合作提供一个更大的共享空间作为驱动力因此就不需要压缩机作为动力源相应的用于窗结构的节能材料主要有透明绝热材料透明热反也就不需要电力输入、没有效率转换可实现高效的节射薄膜以及光谱自调制涂层。另外外遮阳的灵活利用能运行。如表1所示与常规空调系统相比冷媒自然也可为建筑节能提供有效保证如我国南方地区夏季炎循环系统的节能优越性是显而易见的。热可设置固定外遮阳减少进入室内的太阳辐射长江流表1冷媒自然循环系统节能运行情况比较%域地区冬冷夏热则应设置活动外遮阳以利于夏季阻挡媒自然太阳辐射而在冬季则有效利用太阳辐射北方寒冷地区项目集中式分散式循环系统为了有效利用太阳辐射则不应设置外遮阳。冷热源装2.3节能型屋顶116机容量现在的建筑屋面多为平屋顶设计从节能角度而耗电量言这是不合理的。坡屋顶可利用阁楼通风换热倒置运行成本100式屋面则有利于防水和提高其耐久性。总之发展轻注表中数据按1万m2办公楼面积计算。质高效、不吸水或少吸水的保温材料作为屋面保温隔1.5地板辐射供热热层采用微通风构造以利于排除湿气等措施应是节传统的供热方式是将散热器沿外墙安装在窗户下能型屋面的发展方向边但是这种散热方式存在着2大热损失散热器背面的墙体会被过分加热而这部分热量会通过外墙无3空调系统的节能控制益地损失掉ρ热空气的上浮特性会使温度沿高度分自动控制技术是使空调系统能够高效节能运行的布不均于是在房间顶部形成热空气的停滞层造成上不可或缺的组成部分部区域过热的无谓浪费。随着电子技术、计算机和网络技术的提高空调系统若采用地板辐射供热方式则可以避免传统供热方的控制技术在软、硬件方面都有了迅猛发展。例如江森式的2大热损失。另外由于人体足部是主要的热敏公司的 Mestas中央监控系统以 Microsoft window作为感区为了避免过热造成无谓的能量损失采用地板辐开发平台人机界面友好使用了分布于整个网络、面向射供热后可将供热温度降低2℃。由于降低了室内目标的软件体系。传感器的数据可以共享并传递到操作供热温度因此减少了室内外温差,节能11.4%4。站实现系统的实时监控及长时间的统计分柢如绘制运行趋势2采用先进的围护结构中国煤化工)保证系统节能运行。另外聞CNMHG蒼理人员可看到故障《建筑节能九五"计划和2010年规划》提出了实发生的趋势变化从而防患于未然。又如国外在高层办现建筑节能50%的发展目标。如果仅依靠改进暖通公建筑中所采用的利用用户传感器控制卫生间、走廊等空调设备的性能、采用合理的空调系统的单一措施是公共区域的照明和通风系统可实现节能10%。再如通很难达到这一目标的为此采用先进的围护结构材料,过在线检测新回风的O浓度采用满足需要通风控制重庆大学学报(自然科学版)2002年Demand( ontrol ventilation)既能满足 ASHRAE Standard并不一定能够组建一个节能系统。62-198R的通风新标准又能达到节能的目的5一个针对以上情况,方面我们可以对已有的典型暖通可靠、精确、具有智能功能的计算杋检测与控制系统应该空调系统进行实测统计建立热舒适标准旳相关数据库可以依据室外气象条件与室内热湿负荷在满足使用要在资金允许的情况下研究符合我国具体国情的热舒适求的前提下确定最佳节能温、湿度控制方案和最节能的标准进行补充最终发展一个中国式标准为设计计算及空气处理过程使空调系统自动运行在最节能工况下。相关研究提供基本保证。另一方面我们应采用动态设采用先进的控制设备也可以大大提高空调系统的计的方法应用计算机辅助系统分析、能耗分析、计算流运行效率。例如可编程恒温控制阀是目前设定控制温体力学的工程应用、计算网络等新的设计工具设计系度的新型产品它可以通过改变程序来设定、改变和存统实现系统中各设备的最佳匹配、节能运行。储多个数据。暖通空调系统使用者可根据个人需要设4.2在实际推广使用中的一些问题置每月甚至每天的控制程序让空调系统按预定的要求各种节能空调系统的优越性是显而易见的但其工作在保证热舒适的前提下节能10%6又如中仍存在着许多问题有待解决其中尤为突出的是投个直接数字式控制器DDC)可以满足空调系统的传统资问题。控制方式需要多个控制器、繁复的接线才能实现的联例如蓄冰空调系统由于增加了蓄冰装置而且夜动控制、延迟控制、切换等多种功能的要求。与传统的间蓄冰白天供冷较直接供冷方式耗能多因此就投资控制系统相比在控制内容及规模相同的前提下DDC商而言这一系统形式并不节省投资。但是如果囯家的总成本大大减低而且其功能的多样性控制的灵活利用相关政策加以引导电力部门进一步降低夜间的性更是传统控制系统所望尘莫及的。低谷电价甚至补偿一定的初投资费用那么将会出现开发并利用功能强大、界面友好的控制软件也是投资商和国家共同获益的双赢局面。保证空调系统节能运行的有效措施。例如采用自适又如地板辐射供热方式虽然比传统的供热方式应控制与模糊控制等髙级控制软件减少调试工作量,热效率高、节能,但是其初投资约为100~-120元/提高控制精度从而扩大温、湿度的允许控制范围达相当于传统的供热方式的4倍多。如果在设计中考虑到优化节能的目的利用地面向下的传热量取消保温层则可减少下层楼4采用节能方案中的一些问题板中的盘管数大大降低造价另外风冷热泵系统同样是一个节能系统但是由4.1设计偏大的问题于其冬季岀霜的控制问题室外侧散热面积是传统散长期以来我国在暖通空调系统的设计上面往往热器的散热面积的2倍大大提高了此系统的工程造过于保守结果是设备选型偏大出现大马拉小车”的价影响了它的推广使用。例如某写字楼供冷量为问题造成巨大的投资与运行浪费究其原因主要有以420万k/h供热量为210万k/h采用风冷热泵系统下2方面或水冷机组与电热水器联合供冷供热的方式2个系1)热舒适标准不适宜。我国目前所使用的空调统的方案比较如下热舒适标准是源于欧美发达国家这些国家是以白种1)初投资:见表2。人为试验对象其气候环境、人民的生活消费水平、生表2不同系统的初投资比较活习惯和饮食结构、人体体形系数和体表面积等与中方案风冷热泵系统水冷机组与电热水器联供国人都有很大差异。因此不加深究的借用往往是不适主机:180万元水冷螺杆机组:70万元Lw功率300kW合我国国情的。设备情况中国煤化工冷却水泵10万元2)设计计算方法不当。目前设计人员往往采用CNMHGkW静态的设计方法组建空调系统即通过负荷计算选择电微小器143万元功率600kW一台台孤立的设备组建系统。但是这样组建的系统各电增容费24万元台设备的运行特性曲线在运行工况下并不一定能很好总投资197.2万元118万元地吻合。可见即使每一台设备均是节能型产品,它们注电增容费为400元/kVA。第25卷第8期赵声萍等:空调系统的节能方案952)年运行费能耗大的现状这种以有效利用能源为节能目标的观冬夏两季均按3个月每月运行20a每天工作8h念转变无疑是我国暖通空调行业的一大机遇。计当地电价0.60元/kWh则水冷机组与电热水器联供方式的运行费比风冷热泵系统多5.184万元/a。参考文献:3)回收年限1 JAY ALTHOF, EUGENE SMITHART, JANEN=(197.2-118y5.184=15.28aSIDEBOTTOM. The HVAC Response to the energy可见由于风冷热泵系统的初投资太高所以它的Change j] ashare Journal 2001 (5):40-43节能优越性就受到了很大影响。[2]李先瑞郎四维.热泵的现状与发展[J]暖通空调新技节能型暖通空调系统有着巨大的发展潜力但是术1999(2)24-28其中存在的技术问题应引起充分重视。只有有效解决[3]龙维定试论建筑节能的新观念[J1暖通空调,1999(1)31-34了技术难题系统造价下降到一个可接受的范围该系【4]杨富强周磊,美国建筑节能现状J建筑节能19统才能得到广泛应用真正做到创利于民、节能于国。(2)24-305结束语[5]晋欣桥王盛卫夏清.满足新标准 ASHRAE Standard621989R空调系统的实时控制J]暖通空调,199随着节能技术的日臻完善空调的节能目标已由昔日的以牺牲舒适性标准或降低空气质量要求来实现[6] OFER PITTEL, PAUL EHRLICH. New Guidelines for节能转变为在保证舒适要求的前提下以提高能源利Specifying dDc system J ]. ASHARE Journal, 2001用率来实现节能。针对我国能源利用率低、暖通空调(7)31-33Strategies for Energy-saving of Air-conditioning SystemsZHAO Sheng-ping, ZHENG Jie, CHUAN Gang(1. College of Urban Construction and Environment Engineering Chongqing University Chongqing 400045, China2. Chongqing Jiaotong University Chongqing 400041, ChinaAbstract The building energy consumption is one of the major problems concerned by all the countries in the worldIn the integral building systems the consumption of the hvav systems is more than 35 percent of the total buildingconsumption. So it is important to study the strategies of energy-saving for air-conditioning systems. This paperexplains some efficient and energy-saving HVAC systems such as ice-storage air-conditioning system and underfloorLir-conditioning system , and presents the strategies to accomplish the energy-saving purpose by using materials ofenergy-saving for enclosure structure and proper control systems. Some problems on the conservation of design andthe difficulties in practical operation of energy-saving air-conditioning systems in exiting are discussedKey words building energy consumption i energy-saving i HVAC i enclosure structure责任编辑陈移峰)中国煤化工CNMHG