1、办公建筑中央空调节能设计研究摘要:由于我国能源形势日益紧迫，节能减排已成为一项基本国策。商业建筑中央空调系统是能源消耗大户，必须采用必要的措施，以实现空调的节能。本文从设计阶段、运行管理阶段方面介绍了商业建筑中央空调系统节能设计的若干节能措施，实现了降低空调能耗的目标，可供参考。 关键词:中央空调；设计阶段；运行管理阶段；节能措施；自动控制 中图分类号：TU831.3+5 文献标识码： A 文章编号： 随着我国经济建设的发展，商用建筑，包括了办公楼、大中型商场等大量兴建，中央空调系统在商业建筑中也得到了广泛应用。但商业建筑中央空调系统的运行能耗也是十分惊人的，空调能耗约占建筑总能耗的 30%4
2、0%，节约商业建筑空调能耗是刻不容缓的。空调的节能潜力是很大的，关键是如何挖掘。为此，如何减少空调的耗能问题，应用更多的节能措施以降低耗能，成为设计人员必须要思考的问题。 1 中央空调系统的节能评价标准 中央空调系统的节能评价是节能分析的前提条件，通常办公楼的中央空调系统的能量来源有“热源”和“冷源”之分。目前对中央空调系统能量有效利用的评价方法有以下两种： 1.1 空调耗能系数 由方法(2)可知，利用 CEC 的值可以判断中央空调系统的节能性，当对空调系统采取节能措施时，CEC 的值可以反映出系统能耗的降低。对不同规模、不同地区的标准办公楼中央空调系统利用计算机进行仿真模拟，得到楼宇 CEC
3、 的仿真数值，通过对已有的资料研究发现，标准的中央空调系统 CEC 值一般在 1.6 左右，而节能型的 CEC 较低，达到了 1.1。 1.2 建筑物热特性评价标准 建筑物围护结构的保温性能是决定楼宇空调房间的冷、热负荷的直接而关键的因素，其重要性不言而喻，因此，如果想要从根本上节约中央空调系统的能耗，就必须对围护结构的保温性能做到相应的改善，以此来达到节能的目的。部分国家和地区采用的是限制年负荷系数(PAL)这个指标来进行规定的。 (3) 2 设计阶段空调系统的节能措施 2.1 新风负荷计算的合理优化 负荷的计算是空调系统设计的前提条件，新风的负荷要考虑系统末端的新风机、回风机、变风量风机、
4、盘管风机等送风设备的运行控制方式。目前，很多办公楼都采用有效措施改变风机的转速，来调节办公室的送风量，当然在基于节能的基础上都要用变频器来进行控制，从目前的数据来看，不仅效果明显，而且便于控制，灵活，另外也可有效避免冷冻水水漫顶棚的麻烦，这是实现中央空调风系统节能的根本途径。在进行设计的过程中应该注意房间的人数，这个是设计新风负荷的基础，因为房间的人数直接决定了新风负荷的大小。从整个调查范围数据分析显示，新风负荷占据空调负荷约 40%，所以新风负荷对总负荷的大小的影响是比较突出的。设计者往往按照自己的主观经验对房间的人数进行估算，造成计算负荷值偏大。 图 1 某办公室平面布置图 图 2 某办公
5、室装修平面图 例如图 1 是某办公楼中一间面积为 80m2 的办公室。假定工作人员密度为通常标准即 5m2/人，估算得出该办公室总人数为 805=16(即 16 人)。图 2 是根据客户要求制作的室内装修效果图，该房间实际人员为 12 人。如果按照新风量 30m3/人?h 的取值进行新风量估算的话。对前后两次计算结果对比分析，我们可以发现夏季空调系统的新风量可以减少120m2/h。那么新风量的减少必然导致新风负荷的减少，随即空调系统总负荷也将减少。在不知道室内装修的情况下，采用通常标准 5m3/人进行负荷计算是不合理的，按甲方的实际需求，前一种情况下计算得到的负荷大了。 2.2 合理确定实际的
6、室内温、湿度 室内温、湿度对于办公楼空调系统的设计是考虑的必要因素，在忽略空调室外机计算参数的变化的情况下，夏季室内空气计算温度越低，房间计算冷负荷就越大，耗能也就越高。通过研究有这样的结论，即如何在保证室内舒适度的条件下，设计合理的组合室内空气温度和湿度参数。 采用冷负荷系数法计算空调系统的节能率也尤为重要，随着室内温度的变化，节能效率呈相关性规律变化，室内设计温度每提高 1时，中央空调系统就将节省 6%的能耗。夏季室内设计相对湿度一般不会低于 50%，所以我们以 50%的湿度为基准。当室内湿度大于 50%时，节能率随相对湿度呈线性规律变化，相对湿度每增加 5%，可以节约能量 10%。 2.
7、3 做好水循环系统的变频控制设计 通过对本地办公楼水循环系统状况进行实测，我们发现，水泵选型不当的问题普遍存在。在满足系统需求的情况下，合理选择水泵、输配系统就能减少能耗。目前，采用变频调速技术应用于办公楼的水循环系统的设计最为常见，根据对实际工程的计算和比较，我们发现 9 个工程中的 19 台水泵额定工况与合理工况相比较，流量平均增幅为 11.38%，扬程平均增幅为 98.25%。说明在水泵选型过程中，流量增幅符合实用供热空调设计手册等所规定的富余量时属于正常范围，原因是扬程的富余量过大从而导致水泵的选型偏大。图 3 所示为冷冻水循环系统的变频控制。系统的概况主要是在制冷机组冷冻水回水管上装
8、设温度传感器，然后再与 PID 调节器、变频器组成闭环控制系统，这样通过外界的实际温度与冰冻水的温差来实现水泵变频的控制，这样以控制电机转速。另外冷冻水的出水量也是变频控制的关键因素，让冷冻水在风机组件中有足够的时间累积，释放与热负荷大小相当的冷量，可以降低水泵电机的负荷，这样下来其功耗就可大大降低。实际操作中，当第一台电机已达到额定功率时，在不满足另外一台运行的负荷时，可以变频控制运行，这样其他的几台一样如此，这样不断通过其循环变频控制以达到最终节能的目的。 图 3 冷冻水循环系统变频控制简图 3 运行管理阶段空调系统节能措施 3.1 建筑结构节能设计研究 (1)合理的围护结构设计 空气能量
9、传输的一大构造因素是建筑物的围护结构，因为在空调制冷之后的空气可以通过房间的墙壁、门窗等传递出，这样对建筑的能耗有很大的浪费，因此，做好围护结构的设计尤为重要。对于窗户面积大的办公楼，设计中可优先考虑采用吸热玻璃、热反射玻璃，也可以使用遮阳板、屋檐、窗帘等来减少办公室对热量的吸收。这样也可以在一定程度上减少能量的损失。 (2)提高门窗气密性 对于办公楼而言，减少换气的次数的做法值得推荐，完善办公楼房间内的气密性，如增设密封条等。 3.2 过渡季节采用全新风方案 过渡季节的节能控制也尤为重要，在空调运行时间内，如何保证室内的卫生条件的可靠性也是设计必须考虑的因素，空调系统要加入一定量的新风。另外
10、，夏季室外空气热焓大于室内空气热焓，冬季室外空气热焓小于室内空气热焓时，适当减少新风量对办公室节能可以发挥一定作用。 3.3 空调系统的自动控制 随着自动控制技术的发展与完善以及设备价格的降低，越来越多的空调系统采用了自动控制系统。空调系统的自动控制在提高建筑环境的舒适度和满足节约能源的要求方面发挥着重要作用。具体可以从以下 4个方面予以分析考虑。 (1)考虑到过渡季节空调系统的全新风运行和新风量变化的要求，可以采用双风机系统控制的模式，在功能变化或者需求变化的时候开启相应的风机，最大限度地满足动力的自动控制； (2)送、回风机采用变频调速风机，通过自动控制系统也可以对其进行管理； (3)水系
11、统设电动二通阀，水流量自动调节器，对水系统的流量进行监控管理。 3.4 空调水系统温度控制 研究发现，冷却水温度越低，制冷机组的制冷系数即 COP 就越高。所以，空调水系统温度控制的原则就是在降低冷却水温度的同时提高冷冻水温度。通过统计发现，冷却水的温度每上升 1，制冷机组的制冷系数 COP 会下降近 4%。要达到这一点需要加强冷却塔的运行管理，建立完善的检测机制，保证冷却塔的冷却效率(见图 4)。 图 4 冷却水循环系统进行变频控制设计图 4 结语 随着我国商业建筑越来越多，建筑规模越来越大，对能源的消耗也越来越多，商业建筑中央空调系统将成为建筑节能的重点。实践证明，无论是在中央空调系统设计阶段还是运行管理阶段都普遍具有很好的节能挖掘潜力空间，因此，大力推广与实施应用空调系统节能技术，将会取得较好的节能效益。 参考文献： 1 陈玺.浅谈办公建筑中央空调设计节能措施J中国科技信息.2005 年 13 期 2 徐南波.天河城中央空调系统节能优化研究D华南理工大学.2011 年
