浅谈现代中央空调系统节能设计

　　摘要：随着我国经济建设的高速发展，中央空调的节能问题更显重要。要实现中央空调系统的节能，首先应设计合理及科学。本文简要分析空调设计时应考虑到的节能因素。
　　关键词：中央空调；节能；设计
　　1室内设计参数的选定
　　据资料统计，重庆、上海、广州等地区，夏季室内温度低1℃或冬季高1℃，工程投资将增加6％，能耗增加8％，同时，长期处于空调维持的相对“低温”热环境将使皮肤汗腺和皮脂腺收缩，腺口闭塞，导致血流不畅，神经功能紊乱等症，也就是通常说的“空调病”。由此可见，适当提高夏季的室内空气温度和降低冬季的室内空气温度有显著的节能效果。
　　为保证室内空气质量以及人们对新空气的需要，现行《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）对最小新风量作了规定，要求民用建筑满足国家现行有关卫生标准。研究表明，加大新风量是解决室内空气质量问题的有效途径，但是，加大新风量同时也意味着空调能耗的增加。在设计中应根据具体情况选取适合的值，同时考虑利用热回收技术减少新风耗能。
　　2空调冷热源的选择及主机的匹配
　　冷热源能耗约占空调总能耗的50％左右。是空调节能的重要内容。
　　设计人员在作方案设计时，应首先深入了解业主的能源状况及业主对空调的使用情况，是否有余热、废气可利用等，对比各种能源方案，首先界定主机采用何种能源。优先采用综合能耗低的方案，节约投资，降低运行管理费用。如何利用可再生能源及低品位能源是在设计中应考虑的。地源热泵空调系统就是在这种形势下发展起来的，它利源地下恒温层土壤热显著提高空调系统的COP值，使得同等制热（或制冷）量下的系统能耗大幅度下降。另外，利用太阳能供热或制冷技术也在研究开发。
　　我国很多地方为了改变电力结构，平衡电网峰谷用电量，实行峰谷电价差的政策。在这种情况下，为蓄冰系统创造了更广阔的前景。该系统夜间利用便宜的谷电蓄冷，供白天使用，避开用电高峰，可缓解电网供电压力，提高利用率。业主也能从峰谷电价差中得到实惠。而且冰蓄冷系统可提供3～5℃的低温水，减少送风量和冷冻水量，降低水泵和风机能耗10%～20%，减少水管和风管直径，提高空调使用效率，降低空调运行能耗和投资成本。
　　对于新建的商业或公共建筑群，有条件时宜采用热、电、冷联产系统，或设置集中供冷、供热站。《中华人民共和国节约能源法》中明确提出：推广热电联产、集中供热，提高热电机组的利用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联技术，提高热源综合利用率。
　　集中供冷的优势：
　　⑴不需要每栋建筑都设置冷冻站减少机房面积和重复投资，降低空调系统的总体投入；
　　⑵空调系统集中管理、控制，可降低运行维护成本，提高综合效益；
　　⑶系统调节性能增强，综合利用率增加；
　　⑷由于噪声源相对集中，中心区将会降低1至2个分贝噪音；
　　⑸室外大量冷水管网，中心区平均气温将会降低2至3℃；
　　⑹废气集中排放，中心区室外空气质量得到提升；
　　⑺扩展性非常强，哪里需要新增大楼，接根管就行了。
　　在某大学的空调设计中，采用集中冷冻站的方式统一供冷。建成后将有500万m2的建筑纳入区域供冷系统，制冷总装机容量11.8万RT，分4个集中冷站，第1冷站采用溴化锂和常规电制冷机组，2～4冷站采用冰蓄冷系统，总蓄冰量达到25.2万RTh，建成后将成为全球第二大冰蓄冷区域供冷系统。大学采用新的能源利用的供给方式，实现冷、热、电三联供。布置4套循环式天然气机组，利用燃气、蒸汽、电力能量转换的原理联合循环使用，将工业流程最尾端的余热收集起来，用于供冷系统空调冷冻水和供热系统的生活热水，这样，能源的利用率可提高至70％～80％。建成后的某大学能源利用比传统能耗节省一半。
　　在电动压缩式机组的选择时，机型的选择应根据性能价格比进行，采用名义工况制冷性能系数（COP）较高的产品，COP值应考虑满负荷与部分负荷因素。主机选择台数时，根据业主使用情况、系统大小，主机的选择应以2～3台为宜。由于主机的运行在低负荷时能耗高，设计选型时应考虑尽可能使主机在高效率的状态下运行，因此主机的匹配应根据负荷情况采用大小搭配，既符合使用要求，又能使机组在高效率状态下运行，节约主机能耗。
　　3水泵节能
　　一般空调水系统的输配用电，约占整个建筑动力用电的20％左右，因此水系统节能具有重要意义。目前，空调水系统在设计上存在着一些问题：
　　⑴选择水泵是按设计值查找水泵样本参数确定，而不是按水泵的特性曲线选定水泵型号；
　　⑵未对每个水环路进行水力平衡计算，对压差相差悬殊的回路也未采取有效措施，因此水力、热力失调现象严重；
　　⑶大流量、小温差现象普遍存在，设计中供、回水温差一般取5℃，但经实测，夏季冷冻水回水温差较好的为3.5℃，较差的只有1.5～2℃，造成实际水流比设计水量大1.5倍以上，使水泵电耗大大增加。因此，空调水系统节能应从如下方面着手考虑：
　　①设计人员应重视水系统设计，认真进行水系统各环路的计算，并采取相应措施保证各环路水力平衡；②认真校对和计算空调水系统相关系数，切实落实节能设计标准的要求值，积极推广变频调速水泵，冬、夏两用双速水泵等节能措施。
　　4末端控制、节能
　　国产风机盘管从总体水平看与国外同类产品相比差不多，但与国外先进水平比较，主要差距是耗电量、盘管重量和噪声方面。因此设计中一定注意选用重量轻、单位风机功率供冷(热)量在的机组。空调机组应该选用机组风机风量与风压匹配合理、漏风量少、空气输送系数大的机组。
　　在风机盘管的控制上，除传统的温控方式外，也可考虑与楼宇自控系统结合，对各房间的盘管进行集中控制，以避免出现人离开而空调依然运行、房间设定温度过低等浪费现象，既能提高建筑的舒适性又节约能源、便于管理，应用于酒店、写字楼、公建等有较好的效果。
　　5热回收的应用
　　由于空调系统耗能的比重较大，在能源紧张的今天，如何回收利用空调系统本身的余热也是非常关键的。例如现在一些酒店就利用制冷主机冷凝热回收制备酒店卫生热水，减少锅炉的消耗，降低运行成本。
　　利用回收排风中的冷量预冷、处理新风的新风换气机这几年也应用在一些工程中，其效果还是不错的。
　　热回收系统能显著提高空调系统能源利用率，降低业主的运行成本。但是由于系统增加初次投资，应根据实际情况做综合分析。
　　6围护结构对能耗的影响
　　空调冷(热)负荷可分为围护结构冷(热)负荷和室内冷(热)负荷。根据有关资料显示，夏季通过玻璃窗的日照热占制冷机最大负荷的20%～30%，冬季单层玻璃的热损失约占锅炉负荷的10%～20%。因此，对玻璃窗采取一些措施，是有效的节能方法之一。这就要求暖通设计师与建筑师及甲方在设计初期互相沟通。
　　⑴控制窗墙比：通过外窗的耗热量占建筑物总耗热量的30%～50%，在保证室内采光良好的前提下，合理确定窗墙比十分重要。窗墙面积比在30%～50%范围内时，年总耗能量大致不变，当窗墙面积比超过50%，负荷将明显增加。
　　⑵提高门窗气密性：房间换气次数由0.9次/h降到0.6次/h，建筑物的能耗可降低8%左右，因此设计中应采用密闭性良好的门窗。加设密封条是提高门窗气密性的重要手段。密封条应采用弹性良好、镶接牢固严密、经久耐用的产品，根据门窗的具体情况，分别采用不同的密封条，如橡胶条、塑料条或橡塑结合的密封条其形状可为条形或冲形。固定方法可用粘贴、挤紧或钉结。
　　⑶采用反射玻璃：反射玻璃其遮阳系数可达普通玻璃的50%，效果明显，能防止眩光，有半镜面的效果。
　　7结束语
　　科学的空调节能设计至关重要。空调方案的设计与选择，是一个非常复杂的问题，需要综合技术、经济等各种因素去思考、分析。暖通设计师在项目初期应与业主进行沟通，了解业主的实际情况，系统运行要求，并与各专业密切配合，才能保证空调设计方案既能满足业主使用要求又符合国家相关规范，同时又是一个合理、节能、先进的方案，达到科学节能的效果，取得较好的经济效益