節能在舒適性中央空調系統中的應用

殷君湘    成元琳

陜西建工集團第六建筑工程有限公司

    中央空調是現代建筑不可缺少的重要設備之一，它能改善和提高建筑內部的環境質量，營造一個舒適宜人的工作和生活環境。但中央空調運行時間長，耗電量大。如何既保障建筑內部的舒運環境，又能降低空調的能源消耗，是目前及今后一段時間內的一個迫切需要解決的問題。

一、圍護結構的選擇和改善

    1.控制窗墻比

    在圍護結構中,窗的傳熱系數遠大于墻體的傳熱系數，從建筑節能方面考慮,窗的面積越小越好。但從建筑采光和通風方面，窗的面積越大越好。這是一對矛盾。《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》指出，窗戶面積不宜過大,南向窗墻比不宜大于0.35；北向窗墻比不宜大于0.25；東(西)向窗墻比控制比較嚴格，一般不宜大于0.10。近年來隨著節能窗技術的快速發展,窗戶的傳熱系數和遮擋系數比原來普通窗小的多，但從有利于建筑物的采光和通風換氣出發。建筑節能設計標準制定的窗墻比應該應窗而定，而不能統一規定。由于外窗的耗熱量占總建筑物總耗熱量的35%~45%，因此，在保障室內采光的前提下,合理確定窗墻比十分重要。

    2.提高門窗氣密性 降低房間換氣次數

    A.換氣次數=房間送風量/房間體積，單位：次/小時。

    1）舒適性空調房間，換氣次數不宜小于5次/小時，高大的房間除外。 2）工藝性空調房間，換氣次數不宜小于下表數值。

按空調精度的換氣次數表

    B.6級及6級以下的亂流潔凈室是通過稀釋作用控制室內潔凈度的，當室內熱濕負荷不大時，室內潔凈度是通過換氣次數來保證的。我國現行規范對6級及6級以下的潔凈室規定了換氣次數設計范圍。一般新風攜帶的塵粒和室內發塵量是潔凈室的兩大塵源，實際工程中新風攜帶塵粒與潔凈室周圍環境及新風量有關，室內發塵量則與室內使用情況有關，后者根據潔凈室用途變化范圍較大。在實際潔凈室設計中，換氣次數的選取是與上述這兩個因素有關的，在設計中要根據具體情況選取合適的換氣次數。

    房間換氣次數由0.8h-1降到0.5h-1，建筑物的耗冷可降低8%左右，因此設計中應采用密閉性良好的門窗。加設密閉條是提高門窗氣密性的重要手段。

    3.圍護結構和屋面保溫

    采暖建筑物的耗熱量大約75%均通過圍護結構的傳熱耗熱量構成,因此,圍護結構成為節能的重點部位。在可能的條件下,要合理選擇有利的建筑朝向,嚴格控制建筑體形系數,加強圍護結構和屋面系統的保溫措施,以減少傳熱耗熱量。對于墻體不僅要提出不同溫度帶的熱阻值指標,而且要規定墻體不得超過相應的厚度,以促進節能材料和技術的順利應用,實現墻體節能和墻體革新。

    經過多年的實際應用，證明采用該類保溫系統的建筑，無論是從建筑物外裝飾效果還是居住的舒適程度，是一項值得在全球范圍內推廣應用的節能新技術。

二、空調設備的節能

    中央空調能耗一般包括三部分，即1）空調冷熱源； 2）空調機組及末端設備； 3）水或空氣輸送系統。這三部分能耗中，冷熱源能耗約占總能耗的一半左右，是空調節能的主要內容。

    1.加設冰蓄冷系統

    冰蓄能系統即：建筑物空調時所需冷負荷的全部或者一部分在非使用空調時間制備好，將其能量蓄存起來供空調時使用。該系統主機所耗的總能量變化不大，但是可以在用電低峰時用電，而在高峰時少用或不用電能—平衡電網峰谷荷，減緩電廠和供配電設施的建設，是一種值得推薦的節能方法。采用蓄冷系統時，有兩種負荷管理策略可考慮。當電費價格在不同時間里有差別時，我們可以將全部負荷轉移到廉價電費的時間里運行。可選用一臺能蓄存足夠能量的傳統冷水機組，將整個負荷轉移到高峰以外的時間去，這稱之為“全部蓄能系統”。

    這種方式常常用于改建工程中利用原有的冷水機組，只需加設蓄冷設備和有關的輔助裝置，但需注意原有冷水機組是否適用于冰蓄冷系統。這種方式也適用于特殊建筑物，需要瞬時大量釋冷，如體育館建筑物。在新建的建筑中，部分蓄能系統是最實用的，也是一種投資有效的負荷管理策略。在這種負荷均衡的方法中，冷水機組連續運行，它在夜間用來制冷蓄存，在白天利用蓄存的制冷量為建筑物提供制冷。將運行時數從14小時擴展到24小時，可以得到最低的平均負荷。需電量費用大大地減少，而冷水機組的制冷能力也可減少50-60%或者更多一些。   

    2.電動機變頻技術的應用

    隨著控制技術的發展，不同類型的冷水機組都有較完善的自動控制調節裝置，能隨負荷變化自動調節運行，保持高效率運行。對空調機組、末端設備和水泵等設備采用變頻控制，可以使能耗減少30%以上。 重視水系統設計，認真進行水系統各環路的設計計算，并采取相應措施保證各環路水力平衡。認真核對和計算空調水系統相關系數，切實落實節能設計標準的要求值，積極推廣變頻調速水泵，冬、夏兩用雙速水泵等節能措施。

    3.優化空調機組和末端設備的選擇

    對于多數舒適性空調要求來說，并不需要十分嚴格的溫度和濕度的控制。變風量系統則可以克服上述缺點，它可以通過改變送到房間（或區域）里去的風量的辦法，來滿足這些地方負荷變化的需要。當然，整個系統的總送風量也在發生變化。因此，變風量系統在運行中是一種節能的空調系統。在一幢大型民用建筑中，各個朝向的房間一天中最大負荷并不出現在同一時刻。對于定風量系統來說，由于它送到房間去的風和系統總風量都是固定的，因而只能按各房間的最大負荷來設計送風量。而變風量系統則可以適應一天中同一時間各朝向房間的負荷并不都處于最大值的需要，空調系統輸送的風量（實際上輸送的是能量）可以在建筑物由各個朝向的房間之間進行轉移，從而系統的總設計風量可以減少。這樣，空調設備的容量也可以減小，既可節省設備費的投資，也進一步降低了系統的運行能耗。

三、加強空調系統的設計

    1.強化方案或系統的選擇

    對于多數舒適性空調要求來說，并不需要十分嚴格的溫度和濕度的控制。變風量系統則可以克服上述缺點，它可以通過改變送到房間（或區 域）里去的風量的辦法，來滿足這些地方負荷變化的需要。當然，整個系統的總送風量也在發生變化。因此，變風量系統在運行中是一種節能的空調系統。這樣，空 調設備的容量也可以減小，既可節省設備費的投資，也進一步降低了系統的運行能耗。

    再如：利用電動二通閥對經過空調末端的水流進行控制，使流量追隨負荷的變化，加上變頻技術的應用，從而達到節能的目的。

    2.加強設計計算

    目前，空調水系統存在著許多問題，如選擇水泵是按設計值查找水泵樣本的銘牌參數確定，而不是按水泵的特性曲線選定水泵號；對壓差 相差懸殊的回路也未采取有效措施，因此水力、熱力失調現象嚴重；大流量、小溫差現象普遍存在。水系統節能應從如下方面著手：設計人員應重視水系統設計，認 真進行水系統相關系數，切實落實節能設計標準的要求值。

四、強化系統的運行管理

    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證制度。各項調節和節能措施的實施，都與操作人員的技術素質直接相關；具備必要的制冷空調知識；要懂得根據室外參數的變化進行調節；要懂得怎樣調節才會節能。集中空調實行計量收費，也是建筑節能的一項基本措施。實行集中空調計量收費后，其節能率在8%~15%以上是空調節能的部分措施。隨著新技術的發展、應用，越來越多節能技術將應用到暖通專業中來，節能效果將更加顯著。

參考文獻：

國家標準《制冷設備、空氣分離設備安裝工程施工及驗收規范》

（本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尹維維 尚雯瀟 編輯  文徑 審核)