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摘要:近年來,電力供應日漸緊張,炎熱的夏季是空調用電高峰季節,許多城市為保證人民生活用電而對一些用電企業等實行拉閘限電,限制了企業的發展;既要保證企業的正常生產及人們的正常生活,這就使得空調系統的節能尤其重要。
1暖通空調系統能耗的構成
1.1 空調系統能耗的構成及特點為了獲得良好的生產和生活環境,現代建筑中通常采用設置空調系統來保證這一需求。因為空調系統能對空氣進行溫度、濕度、清潔度及流速的處理,進而滿足生活和生產的需要;而其所消耗的全部能量稱之為空調系統的能耗。該能耗包括建筑物冷熱負荷引起的能耗、新風負荷引起的能耗及輸送設備(風機和水泵)的能耗。影響暖通空調系統能耗的主要因素是建筑環境,包括室外氣候條件、室內環境、圍護結構的性能、建筑規劃設計、室內人員及設備照明的狀況以及新風系統的設置等等。一般可將空調系統的能耗可分為兩大部分:
①供給空氣處理設備冷(熱)量的冷熱源耗能。
②動力耗能:克服空調系統工作介質循環阻力的耗能。
1.2 空調系統的能耗的特點:
①系統的設計、選型、運行管理的不合理將會降低能量使用效率;
②維持室內空氣環境所需的冷熱能量品位較低且有季節性,這就使得在滿足條件的要求情況下盡可能利用天然能源,如太陽能、地熱能、廢熱、淺層土壤蓄熱等;
③冷熱量的處理通常以交換形式處理,可以采用冷熱量回收的措施來減少系統的能耗,有效利用能量。
1.3 空調節能的重要性當前,現有的暖通空調系統所使用的能源基本是高品位的不可再生能源,其中電能占絕大比例。對這些能源的大量使用,使得地球資源日益匱乏,同時也帶來嚴重的環保問題,隨著二氧化碳、氮氧化物、硫化物、煙塵等的排放增加,酸雨現象頻繁發生,對生態環境和可持續發展造成了很大的影響。據暖通空調行業的研究成果,現有空調系統的能耗是驚人的,如果采用節能技術,現有空調系統節能20%——50%是完全可能的.因此,在暖通空調系統中考慮節能意義重大。因此,采用合理的措施和策略來節約空調能耗,對我國來說可以節約資源、保護環境,而且可避免不必要的電力建設投資;對用戶來說則可減少空調運行費用的開支,其經濟性是顯見的。在某種程度上,綜合利用各種技術措施達到空調節能,有利于國民經濟的可持續發展,是一件利國利民的好事。
1.4 影響空調能耗的因素影響空調能耗的因素有很多,例如,室內溫濕度設定值、室外空氣量、空調方式、空調系統的控制運行和維護管理等。建筑物的朝向和平面布置、建筑維護結構的保溫性能、窗戶隔熱和建筑遮陽等也對空調能耗產生很大影響,因此,在空調設計運行時應綜合考慮各個因素的影響,力求在最大程度上降低空調能耗。
2空調系統的節能分析
2.1 優化設計方案暖通空調設計方案的選擇是一個直接關系到暖通空調工程項目的成敗和經濟效益優劣的重要問題。在對設計方案進行經濟性比較分析時,必須綜合考慮暖通空調設備的廢氣、廢水、廢渣和噪聲等污染治理的費用。在設計方案比較選擇時必須對工程設計項目的環境條件的特點、實際需求和環境條件的變化趨勢等情況進行深入調查研究,對各種技術方案的特點、適用條件和范圍進行客觀深入的分析,對暖通空調各種技術發展的方向和趨勢有深入的了解,尤其必須對各種設計方案的可行性、可靠性、安全性、投資、能耗、運行費用、調節性、操作管理的方便性、環境影響、舒適性和美觀性等技術經濟評價因素進行客觀準確的計算和綜合對比分析。只有這樣才能對各種設計方案進行科學的比較和優選,避免因片面性和主觀性帶來的失誤和經濟損失,產生不必要的能耗。
2.2選擇合理有效的節能技術
2.2.1 圍護結構首先墻體和屋面做好內外保溫,控制好窗墻比,通常外窗的耗熱量可占建筑物總耗熱量的35%~45%;在保證室內采光的前提下;合理確定窗墻比十分重要。一般規定各朝向的窗墻比不得大于下列數字:北向25%;東向30%;南向35%。
其次提高門窗氣密性房間換氣次數,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,當房間換氣次降低0.2次/h-0.3次/h,建筑物的能耗可降低8-10%左右,根據門窗的具體情況,分別采用不同形式的密封條.如橡膠條、塑料條或橡塑結合的密封條,其形狀可為條形或沖浪形。塞緊并固定。
2.2.2 空調冷熱源中央空調能耗主要包括三部分,即空調冷熱源、空調機組及末端設備、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。
對于冷水機組可以通過計算機對樓宇內外環境溫度、濕度實時測量及對樓宇熱慣性的預測,確定最優化的設備啟、停時間。此項措施預計可使主機、水泵、冷卻塔風機平均每天減少運行時間。同時根據樓宇冷負荷變化,通過變頻裝置調節冷凍水、冷卻水的流量及風機類設備的風量,也可使主機負荷下降,從而控制機組運行臺數。
針對熱水系統如果采用的是鍋爐系統,首先根據供暖需求量,通過開關鍋爐的臺數進行控制;其次根據室外溫度對供水水溫重新進行設定,減小能量消耗;第三采用變頻泵調節供水量,以適合負荷變化。如果使用的是熱交換器系統,首先根據空調負荷的大小,通過變頻泵調節供水量;其次通過一個室外恒溫器,當負荷減少時重新設定供水溫度,當熱水泵不運行時,通過流量開關聯鎖把兩通閥關閉。
采用人工冷、熱源進行預熱或預冷運行時新風系統應能關閉,其目的在于減少處理新風的冷、熱負荷,節省能量消耗;在夏季的夜間或室外溫度較低的時段,直接采用室外溫度較低的空氣對建筑進行預冷,是節省能耗的一個有效方法,應該推廣應用。
2.2.3 空調水系統空調水系統的節能主要體現在用電上,一般空調水系統的輸配用電,在冬季供暖期間約占整座建筑物動力用電的25~30%,夏季占15%~25%。因此水系統節能具有重要意義目前,空調水系統在設計上可采取下列措施:①根據水泵的特性曲線選定水泵型號,同時結合水泵的銘牌數據進行校核;②每個水環路進行水力平衡計算,對壓差相差懸殊的回路采取有效措施,避免水力、熱力失調,通常,空調系統冬季和夏季的循環水量和系統的壓力損失相差很大,如果勉強合用,往往使水泵不能在高效率區運行,或使系統工作在小溫差、大流量工況之下,導致能耗增大,所以一般不宜合用。但若冬、夏季循環水泵的運行臺數及單臺水泵的流量、揚程與冬、夏系統工況相吻合,冷水循環泵可以兼作熱水循環泵使用積極推廣變頻調速水泵,冬、夏兩用雙速水泵等節能措施;③大流量、小溫差現象普遍存在,經實測,夏季冷凍水回水溫差較好的為35℃,較差的只有1.5~2℃,造成實際水流比設計水量大1.5倍以上,使水泵電耗大大增加。因此,可采用“大溫差”技術達到節能的目的,即當媒介攜帶的冷量加大后,循環流量將減小,可以節約一定的輸送能耗并降低輸送管網的初投資。雖然該技術近幾年剛剛發展起來,具體實施的項目并不多,但由于其顯著的節能性,隨著我們技術上的不斷成熟,大溫差系統必然會得到廣泛應用;我國采用大溫差技術的典型工程有:上海萬國金融大廈、上海浦東國家金融大廈等。
2.2.4 空調機組和末端設備變風量空調系統是以節能為目的發展起來的一種空調系統形式。眾所周知變風量空調系統是通過改變送風量也可調節送風溫度來控制某一空調區域溫度的一種空調系統。該系統是通過變風量末端裝置調節送入房間的風量,并相應調節空調機(AHU)的風量來適應該系統的風量需求。變風量空調系統可根據空調負荷的變化及室內要求參數的改變,自動調節空調送風量(達到最小送風量時調節送風溫度),以滿足室內人員的舒適要求或其他工藝要求。同時根據實際送風量自動調節送風機的轉速,最大限度地減少風機動力,節約能量。它的設計是真正基于逐時負荷的設計,系統可根據需要隨時調節分配到各區域的送風量或供冷、供熱量,系統總送風量(冷、熱負荷)為各時段中所有區域要求的風量(冷、熱量)這和的最大值,而不是通常定風量空調系統設計中所有區域在各時段要求的風量(冷、熱量)的最大值之和。前者通常只占后者的70%~90%。因此,變風量空調系統可顯著減少系統總送風量和裝機容量,達到節能和減少投資的目的。
與普通集中式空調相比,變風量系統有其優越性:①節約能源 由于變風量空調系統是通過改變送入房間的風量來適應負荷的變化,所以風量的減少帶來了風機能耗的降低。②區別于常規的定風量或風機盤管系統,在每一個系統中的不同朝向房間,它的空調負荷的峰值出現在一天的不同時間,因此變風量空調器的容量不必按全部冷負荷峰值疊加來確定,而只要按某一時間各朝向冷負荷之各的最大值來確定。這樣,變風量空調器的冷卻能力及風量比定風量可風機盤管系統減少10-20%,所以適應于各房間溫度要求不一致的工況。③變風量空調系統屬于全空氣系統,與風機盤管系統相比有明顯的好處是冷凍水管與冷凝水管不進入建筑吊頂空間,因而免除了盤管凝水和霉變問題。④系統的靈活性較好,易于改、擴建,尤其適用于格局多變的建筑。
3推廣應用使用可再生能源或低品位能源的空調系統
3.1地源熱泵空調系統是利用地下恒溫層土壤熱顯著提高空調系統的COP值,使得同等制熱(或制冷)量下的系統能耗大幅度下降。另外,利用太陽能供熱或制冷技術也在開發研究著。
3.2 開展冷熱回收利用的研究運用工作,實現能源的最大限度利用目前許多空調系統冷熱回收利用研究也在蓬勃開展,如空調系統排風的全熱回收器,夏季利用冷凝熱的衛生熱水供應等,都是對系統冷熱的回收利用,顯著提高了空調系統能源利用率。
4結束語
節能和環保是實現可持續發展的關鍵。而從可持續發展理論出發,中央空調節能的關鍵又在于提高能量效率。無論是制訂中央空調節能標準還是從事具體工程項目的設計,都就把提高能量效率作為建筑節能的著眼點。此外,引進國外一些先進技術,結合我國的地理環境特點最大限度地開發利用新能源并對已有建筑存在問題進行改造。不僅能夠緩解我國能源短缺的問題,而且有利于環境條件的改善。在新能源開發上,積極推動太陽能、地熱能、原子能等新能源在建筑中的應用。這些能源的開發利用日益引起世界各國的重視,它將是解決世界能源危機的根本措施。我國已有這方面的研究應用,如地源熱泵系統、太陽能一水源熱泵系統及太陽能一空氣能熱泵系統等。這些系統高效節能、無污染,不失為一種有效利用自然能的好途徑。加大節能宣傳力度,全社會都動員起來,節能從我做起,從現在做起。