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引言：該文綜述了中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的諸多機會與措施，指出節(jié)能觀念應(yīng)貫穿于中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、選型和運行的始終，以達到最大限度地節(jié)能。
1、中央空調(diào)系統(tǒng)的組成
中央空調(diào)系統(tǒng)是由一系列驅(qū)動流體流動的動件(如水泵、風(fēng)機及壓縮機)、各種型式的熱交換器(如風(fēng)機盤管、蒸發(fā)器、冷凝器及中間熱交換器等)及連接各種裝置的管道(如風(fēng)管、水管及冷媒管)和閥件所組成。中央空調(diào)系統(tǒng)一般可分下列五個循環(huán)：(1)室內(nèi)空氣循環(huán)；(2)冷水循環(huán)；(3)冷媒循環(huán)；(4)冷卻水循環(huán)；(5)室外空氣循環(huán)?？傮w說來，構(gòu)成中央空調(diào)系統(tǒng)的元件主要是熱交換器和流體機械兩種。熱交換器是作為高低溫兩種工作流體能量交換的設(shè)備。當(dāng)任何一組熱交換器效果不好時，會增加系統(tǒng)耗電率(kW/RT)，不是系統(tǒng)耗電量增加，就是冷凍能力下降。而流體機械則是推動工作流體循環(huán)的動力泵，其耗電量W=QHhr/η。耗電量的多少決定于運轉(zhuǎn)時數(shù)h，輸送的工作流體流量Q，工作流體循環(huán)所需要的揚程H以及效率η，減少其中任何一項，都可達到節(jié)能的目的。
2、中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的機會與措施
2.1選取合理的設(shè)計參數(shù)
2.1.1室內(nèi)溫、濕度從節(jié)能角度出發(fā)來確定室內(nèi)溫、濕度標(biāo)準(zhǔn)是節(jié)能的重要因素?？照{(diào)系統(tǒng)耗能大小除與當(dāng)?shù)厥彝鈿庀髤?shù)、建筑物的外圍護結(jié)構(gòu)及室內(nèi)發(fā)熱散濕量有關(guān)外，室內(nèi)設(shè)計溫、濕度標(biāo)準(zhǔn)也是直接影響負荷大小的重要因素。在保證生產(chǎn)工藝與人體健康的條件下，夏季室溫每提高1℃，約可減少熱負荷11.2%［1］，其節(jié)省的冷、熱負荷是極為可觀的。同樣，在夏季如將室內(nèi)空氣濕度由60%提高到70%，則可節(jié)約能量17%左右。據(jù)資料測算，僅僅將夏季室溫提高1℃，就可使空調(diào)工程投資總額降低約6%，運行費用減小8%左右［2］。
2.1.2新風(fēng)量新風(fēng)負荷占空調(diào)總負荷的20%～40%［2］，對其標(biāo)準(zhǔn)值高低的取舍，與節(jié)能關(guān)系重大，不可忽視。引進新風(fēng)主要是為了滿足人員的衛(wèi)生需求及部分工藝空調(diào)所需維持的室內(nèi)外壓差。而新風(fēng)量的多少直接影響空調(diào)的負載，從而影響空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機、冷水泵、壓縮機、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)扇的耗電。
一般設(shè)計是以人員最多及活動最激烈的情況來決定新風(fēng)量，但實際使用時卻幾乎不需要使用這么大的新風(fēng)量，從而造成在絕大部分的空調(diào)時段都在耗能的狀況下運轉(zhuǎn)。較有效的方法是以室內(nèi)空氣中二氧化碳含量來控制新風(fēng)量。
2.2設(shè)計合理的圍護結(jié)構(gòu)與照明
2.2.1外圍結(jié)構(gòu)增設(shè)外墻及屋頂?shù)谋貙訉Χ⑾膬杉竟?jié)能有利；減少窗、墻面積比，對減少夏季冷負荷有較好的效果，對南方有利，但對北方建筑減少冬季能耗有可能不利；增加外遮陽對夏季冷負荷或供冷量減少十分有利，但在冬季，由于陽光輻射量減少，有可能導(dǎo)致冬季采暖能耗有較大的增加。對于這些冬夏季節(jié)互為矛盾的措施，設(shè)計中應(yīng)特別予以研究和考慮；此外建筑物朝向也是設(shè)計時應(yīng)考慮的問題。
2.2.2窗在建筑節(jié)能中，窗的節(jié)能是十分重要的，據(jù)統(tǒng)計，在全部建筑物散失的熱量中，通過窗散失的熱量占(25～70)%。在窗的設(shè)計中要滿足的條件是：
(1)室內(nèi)足夠的采光要求；
(2)絕熱性，即冬天使熱量不散失到戶外，夏天又不使太多的陽光輻射吸收到屋內(nèi)；
(3)建筑物的美觀；
(4)通風(fēng)功能。窗的設(shè)計和發(fā)展經(jīng)歷了單層窗時期、雙層玻璃階段和鍍膜玻璃階段。目前最先進的節(jié)能窗是超級節(jié)能窗，雖然超級節(jié)能窗比普通窗的價格高(20～50)%，但以節(jié)能計算，它的回收期只有2～4年［3］。
2.2.3照明在我國，照明用電量已占總用量的10%以上［4］，照明用電往往直接轉(zhuǎn)化為空調(diào)冷負荷。對于空調(diào)面積大、照明容量大的地方，應(yīng)采用照明與空調(diào)的組合系統(tǒng)。采用空調(diào)組合燈具，不僅能夠改善照明裝置的工作條件，而且可以減少空調(diào)負荷。
2.3選擇合適的空調(diào)方式
2.3.1變風(fēng)量方式選取切合實際的空調(diào)方式是節(jié)能的必要途徑。為了達到節(jié)能的目的，對于不同性質(zhì)和用途的建筑物，必須采用不同的空調(diào)方式，同時還應(yīng)講究系統(tǒng)的小型化，使用靈活，便于管理，有利于節(jié)能。特別要注意建筑物朝向、位置的不同，其冷、熱負荷變化差別很大，應(yīng)采用不同的空調(diào)方式與系統(tǒng)，在諸多空調(diào)系統(tǒng)中，變風(fēng)量系統(tǒng)最為節(jié)能。根據(jù)粗略測定，當(dāng)風(fēng)量是滿負荷設(shè)計風(fēng)量的50%時，運行電流約減少26.5%［2］，因而全年的送風(fēng)動力比定風(fēng)量方式小得多，加上沒有冷、熱抵消，節(jié)能效果明顯。
2.3.2熱源熱泵空調(diào)方式熱回收式閉路水源熱泵空調(diào)方式是室內(nèi)機組、冷卻塔和熱水器等全套裝置，通過一個水系統(tǒng)加以組合，用同一個系統(tǒng)按照不同房間的不同要求分別供冷或供熱。這種以水為熱源的熱泵空調(diào)方式有三個優(yōu)點：(1)能進行熱回收，可根據(jù)需要開停機組，有利于節(jié)省能源；(2)可單獨控制室溫；(3)機組自帶制冷機和利用熱回收運行，不需集中機房和大型鍋爐裝置，可節(jié)省機房面積和節(jié)約投資。對于南方某些較暖地區(qū)的中等規(guī)模的寫字樓和底層是商場、小餐廳等發(fā)熱量較大的公共場所，而高層是寫字樓、公寓等的建筑物非常適合。廈門汀州大廈采用這種有熱回收裝置的系統(tǒng)收到很好的節(jié)能效果［5］。
2.3.3噴口側(cè)送風(fēng)方式噴口側(cè)送風(fēng)是體育館的比賽大廳最廣泛采用的一種送風(fēng)方式，其特點是射程長，由于送風(fēng)射流在噴射過程中，將不斷混入周圍空氣，使流量增加了3～5倍，送風(fēng)溫差可采用8～12℃，同時在氣流流經(jīng)觀眾席過程中，又與室內(nèi)空氣混合，使流量增加到送風(fēng)量的5～6倍，并不斷將室內(nèi)余熱從座位下的回風(fēng)口帶走，因此，無論從消除室內(nèi)余熱量還是保持應(yīng)有的風(fēng)速來看，噴口側(cè)送的送風(fēng)量比上送風(fēng)可減少(25～30)%［5］，因此是較節(jié)能的一種送風(fēng)方式。
2.3.4下送上回方式下送上回方式是一種節(jié)能的氣流組織形式，用于體育館空調(diào)時，由于每個座椅只送新風(fēng)，誘導(dǎo)室內(nèi)空氣與其充分混合，將室內(nèi)余熱量從建筑物上部排走，避免了燈光和屋頂?shù)瓤照{(diào)負荷帶入觀眾區(qū)和比賽區(qū)，使空調(diào)負荷大為減小，空氣處理設(shè)備亦相應(yīng)減小，據(jù)國外資料介紹，夏季可節(jié)省冷負荷26%以上［5］。
2.3.5衛(wèi)生間排氣系統(tǒng)從豎井內(nèi)引出一小管在衛(wèi)生間頂部設(shè)置排風(fēng)口，豎井按分區(qū)用管道連接起來，每分區(qū)用一臺通風(fēng)機進行分區(qū)排氣。這種方式可節(jié)約設(shè)備投資和節(jié)約運行費用，而且運行噪聲低，很有實用價值，且可節(jié)能。
2.4配置優(yōu)質(zhì)的節(jié)能設(shè)備
2.4.1主機為了安全起見，絕大部分的冷水主機容量要比實際尖峰熱負載大20%以上，再加上實際尖峰熱負載在全年出現(xiàn)的頻率相當(dāng)?shù)?，全年平均的熱負載大約是尖峰熱負載的(60～70)%，使得全年平均的熱負載只有冷水主機容量的(50～60)%，造成冷水主機大部分時間都在低負載下運轉(zhuǎn)。冷水主機負載率在60%以下運轉(zhuǎn)是不佳的。
由于生產(chǎn)制造技術(shù)的提高，近年來新上市的冷水主機的耗電率比20年前所生產(chǎn)的冷水主機降低約35%左右，因此在適當(dāng)時候?qū)⑴f主機換成高效率的冷水主機是非?？尚械摹８鶕?jù)實例，某用戶為了解決CFC冷媒的問題將一臺已經(jīng)運轉(zhuǎn)約15年的350RT的冷水主機換成可滿足尖峰需求的300RT的冷水主機，設(shè)備投資約可在4年左右回收［6］。配置多臺壓縮機的冷水機組具有明顯節(jié)能效果。因為這樣的機組在部分負荷時仍有較高的效率，而且，機組起動時可以實現(xiàn)順序起動各臺壓縮機，每臺壓縮機的功率小，對電網(wǎng)的沖擊小，能量損失小。
此外，可以任意改變各臺壓縮機的起動順序，使各臺壓縮機的磨損均衡，延長使用壽命。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整冷水主機的設(shè)定溫度可收到較好的節(jié)能效果。冷水溫度越高，則主機耗電率越低。每提高1℃，節(jié)電約3%。在調(diào)高冷水設(shè)定溫度時，需符合負荷端的溫度要求。調(diào)高冷水的設(shè)定溫度有兩種方法：一是冷水溫度隨室外氣溫設(shè)置；二是冷水溫度隨熱負載設(shè)置。
2.4.2泵與風(fēng)機及其變頻調(diào)速變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是泵類和風(fēng)機普遍采用的一項重要的節(jié)能措施。事實證明，泵類和風(fēng)機變速運行節(jié)能量是顯著的。
在二次泵的空調(diào)供冷、供暖水系統(tǒng)設(shè)計中，一般是通過壓差信號對二次泵進行臺數(shù)控制，以實現(xiàn)變流量調(diào)節(jié)。但根據(jù)實際空調(diào)工程來看，由于水泵實際工作點往往不能處于效率最高點，即使流量減小了，實際用電量減少并不多。而采用變頻調(diào)速裝置調(diào)節(jié)流量可收到良好的節(jié)能效果。北京某飯店采用變頻調(diào)速裝置已獲得顯著的節(jié)電效益，該飯店共選用3臺變頻調(diào)速裝置，分別對冷凍水泵、冷卻水泵和供暖水泵進行變流量調(diào)節(jié)，投入運行一年就節(jié)電50萬kW.h，而3套變頻調(diào)速裝置的投資費是13萬元，投資回收期不足2年［5］。變頻調(diào)速可在非峰值負荷時減少送風(fēng)量，從而可節(jié)省動力消耗。
據(jù)檢測，當(dāng)運行風(fēng)量減至設(shè)計風(fēng)量的50%時，運行電流約減少25.5%［5］，因而全年空調(diào)運行消耗的電力比定風(fēng)量方式小得多。如送風(fēng)面積大或房間多，設(shè)計時可將變風(fēng)量系統(tǒng)分為兩個或數(shù)個系統(tǒng)，以使控制更靈活，調(diào)節(jié)更方便，節(jié)能效果更顯著。
2.4.3管件引流三通是利用近環(huán)路過大的余壓能量來引射遠環(huán)路介質(zhì)而共同前進的一種特殊的管件，適用于一切單管或雙管冷水空調(diào)系統(tǒng)、冷卻水閉式循環(huán)系統(tǒng)和熱水采暖系統(tǒng)，安裝在回水管的合流三通處，可克服“老匯流三通”工作的缺陷(具有較大余壓的近環(huán)路支管流束沖入三通后阻礙了遠環(huán)路支管流束進入?yún)R合管。工程設(shè)計上為了解決該問題，常常是擴大遠路管徑以減少阻力消耗，加大循環(huán)水泵的場程和流量以強制遠環(huán)路介質(zhì)匯擾)。
引流三通的作用不僅保證了閉路循環(huán)系統(tǒng)中各環(huán)路的水力平衡，更重要的是使系統(tǒng)阻力降低，減小了循環(huán)壓頭，從而節(jié)省了運行費用，一般可節(jié)省電量(15～30)%［5］。
2.5水系統(tǒng)據(jù)統(tǒng)計，空調(diào)水系統(tǒng)的輸配用電，在冬季供暖期約占動力用電的(20～25)%；在夏季供冷期約占動力用電的(12～24)%。因此，降低空調(diào)水系統(tǒng)的輸配用電是目前賓館飯店節(jié)約用電的一個重要環(huán)節(jié)。調(diào)查測試一些高層賓館、飯店空調(diào)水系統(tǒng)的資料數(shù)據(jù)表明，普遍存在著不合理的大流量小溫差問題，循環(huán)水量有的是設(shè)計流量(或水泵額定流量)的1.5倍［5］。變流量水系統(tǒng)的節(jié)能效果好。設(shè)計負荷運行時間約占總運行時間的(6～8)%，水泵的能耗很大，約占空調(diào)系統(tǒng)總能耗量的(15～20)%［5］。
為此，采用變流量系統(tǒng)，使輸送能耗隨流量的增減而增減，具有顯著的節(jié)能效益。但須注意的是，設(shè)計變流量水系統(tǒng)時，必須注意到各末端裝置的流量變化與負荷的改變并不成線性關(guān)系，所以應(yīng)考慮系統(tǒng)的動態(tài)平衡和穩(wěn)定的問題，才能達到節(jié)能的最佳效果。在大多數(shù)的設(shè)計中，一臺冷水主機會搭配一臺冷卻水塔，且水塔的起停與冷水主機聯(lián)動。由于中、大系統(tǒng)冷水主機臺數(shù)偏多，使得冷卻水塔臺數(shù)也多，不易管理及維護，且無法隨著空調(diào)負載及室外氣溫條件變動而調(diào)整風(fēng)扇耗電量。
從一般的經(jīng)驗知道，冷卻水入口溫度每降低1℃可節(jié)電(1.5～2.0)%［6］，冷卻水入口溫度應(yīng)在符合冷水主機特性及外氣濕球溫度的限制下盡可能地降低，以節(jié)約冷水主機的耗電。在較低的冷卻水溫時冷水主機耗電降低，但冷卻水塔耗電升高，兩者耗電之和存在一最佳運轉(zhuǎn)效率點。冷卻水塔應(yīng)與冷水主機的運轉(zhuǎn)一起考慮，才能使系統(tǒng)整個效率提高。要達到最佳化控制，冷卻水設(shè)定溫度應(yīng)隨外氣濕球溫度而變。減少冷卻水循環(huán)量，以降低冷卻水泵耗電量。若能配合冷水主機與冷卻水塔選擇較大溫差的設(shè)計時，水流量即可降低，從而減少冷卻水泵的初裝費用和運轉(zhuǎn)費用。當(dāng)水處理量大于300m3/h以上時，方形冷卻塔可實現(xiàn)多風(fēng)機控制［5］。風(fēng)機的數(shù)量可隨著處理水量的增大而增加。方形多風(fēng)機型冷卻塔，可隨著夏季室外濕球溫度的變化隨意增減風(fēng)機數(shù)量，用于晝夜溫差較大的地區(qū)更有利于節(jié)能。
2.6采用自控制置對于空調(diào)系統(tǒng)中占(20～40)%的新風(fēng)負荷的控制，對風(fēng)機盤管、冷熱水系統(tǒng)、制冷裝置及輸風(fēng)系統(tǒng)等的自動控制，是當(dāng)前設(shè)計人員與建設(shè)單位應(yīng)該著重考慮的問題。據(jù)國外資料介紹，一個典型房間風(fēng)機盤管裝自控與不裝自控相比，可節(jié)能38%，而增設(shè)自控系統(tǒng)的投資2年左右時間就可收回［2］。所以自控系統(tǒng)取得的經(jīng)濟效益十分顯著，也是建筑物節(jié)能必不可少的重要環(huán)節(jié)。
2.7運行歌舞廳、酒吧等消夏娛樂場所的經(jīng)營時間通常僅為晚場營業(yè)，時間約19～22時，營業(yè)前2～4h將空調(diào)系統(tǒng)投入運轉(zhuǎn)，利用圍護結(jié)構(gòu)的蓄冷能力使廳內(nèi)的溫度慢慢下降至設(shè)計溫度的下限值或略低于該值，這樣當(dāng)營業(yè)后室內(nèi)熱負荷逐漸增加形成峰值時，空調(diào)設(shè)備仍能在低于峰值負荷下正常運行，達到了“預(yù)冷”降低空調(diào)設(shè)備容量的目的，大約相當(dāng)于減少了設(shè)計冷負荷的25%［7］。大型酒店、賓館的公共場所，商場、餐廳、多功能廳及大型會議廳等，需要送入的新風(fēng)量較大，在整個系統(tǒng)的實際運行中由于室外空氣溫、濕度隨季節(jié)而變化，因此，及時調(diào)節(jié)好新風(fēng)與回風(fēng)的比例就可以節(jié)能。
3、結(jié)論
中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的機會和措施是多方面的。如果能將節(jié)能思想貫穿于中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、選型與運行的始終，將會收到明顯的節(jié)能效果，平均可節(jié)省60%左右的電力［6］，從而帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益。當(dāng)前我國經(jīng)濟發(fā)展迅速但能耗高，能源供應(yīng)又相對不足，故更應(yīng)堅持長期節(jié)能的戰(zhàn)略方針，樹立新的節(jié)能觀念(對“節(jié)能”一詞應(yīng)理解為“合理用能”，不能片面理解為“少用能”)，并加以普及。
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