1、空调系统节能设计应用的探讨摘要：随着城市化进程的加速和人民生活质量的改善，我国建筑能耗的总量呈逐年上升趋势，而暖通空调系统在建筑能耗中占有重要比重，本文将对空调系统中的节能技术进行分析，探讨各节能技术应用时需考虑的问题。 关键词：节能技术;热回收;全新风;冰蓄冷;大温差 Abstract: with the rapid development of our city and improve peoples quality of life, Chinas total energy consumption increased year by year, and HVAC system occupi
2、es an important proportion in building energy consumption, this paper analyzes the energy saving technique in the air conditioning system, need to consider to discuss the application of energy-saving technology. Key words: energy-saving technology; heat recovery; new wind; ice storage; large tempera
3、ture difference 中图分类号：S210.4 文献标识码：A 文章编号： 随着社会发展和城镇化的快速步伐，建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大。由于暖通空调在建筑能耗中占有较大比重，一般约为 30-50，因此暖通空调系统设计时必须考虑节能措施，降低系统运行能耗。然而不同节能技术或系统具有自身特点和适用性，在空调系统设计时应进行深入分析，按实际情况选用合适有效的节能系统方案，既获得能耗减少带来的经济效益，同时不至于对系统舒适性、投资经济型等带来负面影响。 一、空调系统的节能设计 目前暖通空调系统上应用较多节能技术包括新/排风热回收系统、过渡季节变新风比或全新风运行、冷冻水大温差系统、
4、制冷系统热回收技术及冰蓄冷系统等，各技术在实际应用中具有各自特点，并不一定适用于各种类型的项目，应用时应根据实际情况来分析是否合适。以下对上述各空调系统节能技术进行简述和探讨。 二、空调节能技术探讨 （一）新/排风热回收 新/排风热回收技术即空调系统中新风及排风间进行全热交换，将排风的冷量/热量回收并用于新风预处理上，具体的系统形式包括热回收热管、循环盘管、热回收转轮及板翅式热交换器等，其中热管和循环盘管的热回收效率相对较低，且热管的热传递具有单向性，因此实际应用相对较少。 热回收转轮及板翅式热交换器在全热回收中应用相对较多，但全热回收系统设计时需注意新/排的风量需基本保持平衡，对于一般的高档
5、办公楼，其新/排系统往往集中布置，并且新/排风量相对较为平衡，此时排风量计入卫生间排风量，若考虑卫生问题而剔除卫生间排风量，则办公区排风量仅占新风量的 50%左右，多出的新风量需考虑旁通。对于大型商场项目，由于其新/排风系统一般较分散，并且实际运作时部分商业排风往往经厨房排走，而该部分排风不宜用作热回收，新/排风风量较难平衡，因此商场项目应根据业态性质来确定是否全面或局部采用新/排风热回收。对于高档次的星级酒店项目，由于全热回收装置存在滋生细菌的卫生隐患，而酒店通常对卫生要求较高，因此全热回收在酒店项目中的应用相对不多。不管是何种性质的项目，在设计时应考虑到转轮或板翅式热交换器的寿命，判断新排
6、风热回收系统是否适用应以投资回报期作为判定依据，而不单看所节省新风处理能耗。 （二）过渡季节变新风比或全新风运行 过渡季节变新风比或全新风运行由于充分利用了室外新风作为天然冷源，减低冷冻盘管的负荷，节约制冷系统能耗。笔者做过统计，若空调系统运行时间为 07:00-22:00，华南地区在该时间段内室外空气温度介于 15-18共计约 620 小时（约占计算时间段总小时数的 11%） ，西南地区共计约 800 小时（约占计算时间段总小时数的 14%） ，节能效益不容小觑。 然而室内负荷和室外空气状况的变化，均可能导致上述运行模式下室内温湿度出现不舒适的情况，此时需切换至一般回风混合新风的运作模式（即
7、调节新风比）或通过调节空调水阀作为补充，由于变新风比运行主要依赖各风阀之间的开度调节，风阀的调节灵敏度和精确度难以跟上室内负荷和室外空气状况的变化，因此容易造成室内工况波动，影响舒适性，其控制系统较复杂。全新风运行在控制系统复杂性和投资成本方面均较前者低。适合全新风模式的时间主要取决于室外空气的焓值，首先应低于空调回风（即室内设计温度及湿度）的焓值，同时亦要考虑空调机组盘管处理能力及室内最低可接受的相对湿度，以此决定适用全新风模式的室外空气焓值范围，才能达到相对理想的室内环境。 过渡季节变新风比或全新风运行一般仅针对全空气系统而言，对于一般高档办公楼，即使采用全空气变风量系统，由于全新风运行所
8、需的新/排风立管井面积较大（新/排风集中布置在屋面或设备层） ，对各办公标准层的实用率影响较大，并且难于调节至同时满足不同楼层不同用户间的负荷需求，除非对实用面积不敏感及对房间温度有效控制的情况，否则不建议考虑。对于商场公共区域，若采用全空气系统，可考虑全新风运行，但需视乎建筑条件是否便于靠外围护结构设置空调机方和开设百叶，避免或减少进排风主干管对所穿越区域的净高影响。不论是变新风比或全新风运行，为维持室内适当的压力值，服务区内相应的排风机亦应考虑变频运行。 （三）冷冻水大温差系统 空调冷冻水大温差是指在设计冷冻水系统时将供/回水的温差比常规系统设计的冷冻水水温 5温差加大，目前大温差冷冻水系
9、统的设计供回水的温差可达 610。冷冻水循环系统的水量会因温差加大而相应减少，由于循环水量减少是可以直接减少相关的管网的尺寸和阻力及水泵的选型和运行能耗，从而可减低这方面的工程造价和水泵的运行费。 由于循环水量的减少和温差加大，对制冷机组和冷却塔的选型和运行能耗产生影响，根据笔者所做对比，当温差由 5增加至 8时，制冷机的电机功率没有明显变化，约只有-1%3%增加，但冷冻水量却可相对减少约 35%，假定管道尺寸减少后水泵扬程基本维持不变，则冷冻水泵的能耗也可相应减少近 40%。 与主机和水泵不同，当温差加大时，对空气处理机组及风机盘管来说则有相反的效果，因温差加大水流量减少会令空调处理机和风机
10、盘管的供冷性能减低，尤其对于风机盘管，温差加大使实际供冷量有较大衰减，理论上须提升风机盘管型号或增加盘管排数才能满足原冷量的要求，但增加设备投资成本、机组运行噪音及安装空间。另一方面，实际上市场上并没有专为冷冻水大温差而设计的风机盘管，现有常规产品盘管排数实际运行时因水量减少，流经盘管速度快，与空气换热不充分而使冷冻水回水温度达不到设计的大温差值，制冷系统不能有效地通过水温测定来调节负荷输出和水流量，导致出现空调制冷不足。 由上分析，对于采用空气处理机组为主的场合，冷冻水大温差系统可予以考虑，但需注意空气处理机的选型和出力应满足大温差要求，而对于采用风机盘管系统为主的场合，则不建议考虑大温差系
11、统。 （四）水-水热泵回收制冷系统废热 水-水热泵机组用于空调制冷系统的废热回收，分为冷却水侧热回收和冷冻水侧热回收两种。 冷却水侧热回收即水-水热泵机组的低温热源接至制冷机组冷却水系统上，由于冷却水温相对较高，通过水-水热泵提升后输出的热水温度相对较高，热泵机组效率相对较高，其主要缺点是水-水热泵机组在较高的冷凝压力下运行，并且冷却水一般为开式系统，水质较差，因而对水-水热泵机组寿命有负面影响，同时冷却水温随系统负荷及室外工况变化波动较大，极端情况下影响甚至影响水-水热泵正常运行，不利于水-水热泵热回收系统的稳定运行和控制，综合以上利弊笔者不推荐优先考虑此热回收方案。 冷冻水侧热回收是以冷冻
12、回水作为低温热源，由于冷送水供、回水受制冷主机控制在一定的波动范围内，且不受室外温度的影响，水-水热泵在相对稳定的工况下运行，有利于水-水热泵热回收系统的稳定运行和控制，同时冷冻水为闭式系统，水质不受大气污染，有利于热泵机组的运行寿命。冷冻水侧热回收在输出热量的同时，能输出制冷量，减轻主冷水机组负担，但由于冷冻水温相对较低，水-水热泵输出的热水温度及热泵制热效率均不如冷却水侧热回收方式。此外，冷冻水侧热回收时水-水热泵的选型受主冷水机组的最低运行荷载限制，热泵选型往往相对较小，一方面保证热泵可长时间运行起来，另一方面避免热泵输出制冷量引致主冷水机组荷载过低停机。 （五）冰蓄冷系统 相对于常规制
13、冷系统，冰蓄冷系统的主要优势在于利用电费峰谷差异运行而减低系统的运行电费，同时制冷装机容量可因应蓄冰量而适当减少，从而可降低变压器的装机容量。 冰蓄冷系统设计中，蓄冰量在整个系统设计中占一个非常重要和关键的地位，因为这将直接影响系统的初投资和运行费用，而确定系统蓄冰量的考虑因素又很多，其中包括当地的峰谷电价及相关政策、系统形式及负荷的特点、基载主机的制冷能力、制冰机的制冰/制冷能力、系统控制策略以及系统造价等等，蓄冰量越大，运行电费越少甚至零电费，但由此而增加的设备投资较大，投资回报期较长，因此不能单以减少电费来考量冰蓄冷系统蓄冰量的合理性。根据笔者参与若干项目的冰蓄冷经济性分析，在计算蓄冰量
14、（通常 30%左右）逐步递减的方案对比中，冰蓄冷系统的投资回报期均呈现前高后高的下抛物线，其中在蓄冰量 15-18%时，投资回报期最短，在节能和投资经济性上获得较理想的平衡点。 目前国内冰蓄冷项目应用较多的城市，例如深圳和北京，该类城市的电价政策有鼓励设置冰蓄冷系统，如深圳市电价峰谷比达到 3.6，北京市电价峰谷比达 3.5-3.9，这些城市的电价政策使冰蓄冷系统的应用更具经济性，投资回报期有效减短。而对于其他一些同样具有峰谷电价的城市，如成都，其电价峰谷比只有 2.7 左右,不如前面所说的深圳和北京，因此在投资回报期上有所加长，是否采用冰蓄冷系统需经过经济性分析后确定。 三、结语 节能无疑是设计师应最大限度追求的目标，但不同项目的空调系统设计时，对不同节能技术的选用应进行充分分析，不能盲目地为满足节能要求而套用节能技术，否则可能影响到系统运行而达不到预期效果，同时也应注重系统整体投资与运行的经济性平衡。 参考文献: 1 中国建筑科学研究院，中国建筑业协会建筑节能专业委员会. GB 50189-2005公共建筑节能设计标准S.北京：中国建筑工业出版社，2005
