暖通空调系统节能设计探讨

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　　摘要：我国是能源消耗大国，而人均能源拥有量在世界上排名靠后。对于如何提高能源利用，减少能量消耗具有重要意义。本文对暖通系统的节能设计及技术措施进行探讨。
　　关键词：空调系统；节能设计
　　Abstract: China is energy consuming nations, per capita energy in the world rankings by the ownership. For how to increase the energy, reduce energy consumption is of great significance. In this paper, the energy saving of the hvac system design and technical measures are discussed.
　　Keywords: air conditioning system; Energy saving design
　　
　　
　　中图分类号：TU831.3+5文献标识码：A文章编号：
　　前言
　　在能源日益紧张的当今社会，空调系统占建筑能耗的50％～70％，空调系统的节能问题已经迫在眉睫，空调节能应贯穿于设计、施工、调试、运行、管理等各个环节，而设计师们在设计阶段把好关将使其事半功倍。
　　一、合理选择室内设计参数
　　室内设计参数的选择，首先必须符合国家现行规范、标准的有关规定。从能耗角度来说，核心思想是设计参数应根据实际使用的需要，不要随意提高标准。这是因为在冬季，室内空气温度每降低1℃，将节约10％―12％的供热能耗；在夏季，室内空气温度每升高1℃，将节约8％的空调供冷能耗。
　　二、空调系统的设计计算
　　通常来说，在空调设计时与节能有关的评价主要包括三部分：空调负荷计算、系统水力计算和设备的选择计算。计算数据本身并不是节能的措施，但是对计算的评价是节能设计中需要关注的一个重要环节。从目前的情况来看，实际上大部分工程大都存在以下一些现象，即过大的安装容量造成系统和设备的运行能效比差、过多的投资浪费以及空调系统运行调节的困难等。
　　空调负荷计算是空调设计的基础数据来源。空调系统的冬季热负荷与采暖热负荷计算方法相同，但应取冬季空气调节室外计算温度；空调系统的夏季冷负荷，在施工图设计时，应逐时、逐项地详细计算，并按各项逐时冷负荷的综合最大值确定。
　　空调系统水力计算的结果主要用于对输送能耗的评价，包括水系统和空调风系统两大部分内容。在根据水力计算的结果选择风机风压或水泵扬程并且最终确定的设备输送能耗超过规定的要求时，需要重新调整系统的设计并重新计算直到满足相关要求为准。如果需要进一步优化设计，则应进行系统水阻力带来的能耗与投资之间的经济分析和比较。
　　设备容量的选择计算要求与设计参数的确定有相同之处，即设备参数的确定应该以符合系统设计的要求为基本原则，不应无原则地增加所谓的“安全系数”和富裕量。相关的国家标准对不同空调设备的效率做出了规定，对于设计选用的设备，也应按照国家标准的相关设备分级，提出不同条件下应该使用的设备能效等级，设计应符合相应的规定。另外，设备选择还有一个容量和台数的搭配问题。在容量确定合理的前提下，不同的冷、热源设备台数和不同的容量搭配，对于实际运行的能耗效果存在一定的区别。对于冷水机组，尽量使其在COP高值区域运行，同时冷水机组还存在最小负荷的限制问题，当需求小于最小限值时，机组不能正常工作，空调效果必定受到严重影响。反过来看，如果台数选择过多，在控制上的复杂性增加，单台机组设计状态下的COP值降低将使能源的装机容量上升。大、小机组搭配的方式在许多建筑中得到了较为广泛的应用，也收到了良好的节能效果。
　　三、围护结构节能设计
　　(1) 控制围护结构的传热系数和遮阳系数
　　围护结构的传热系数和遮阳系数限值必须严格遵守节能设计标准，另外围护结构的保温和隔热都是需要考虑的。
　　(2)控制窗墙比
　　通过外窗的耗热量占地筑物总耗热量的35％一45％。就一般情况而言，窗的热工性能是不如墙体的，在保证室内采光的前提下，减少围护结构传热量的一个最有效手段就是减少窗户面积，因此合理确定窗墙比十分重要。一般规定各朝向的窗墙比不得大于下列数值：北向25％，东、西向30％，南向35％。但建筑物每个朝向的窗墙(包括透明幕墙)面积比均不应大于0．70。
　　(3)提高门窗气密性
　　房间换气次数由0．8次／h降到0．5次／h，建筑物的耗冷可降低8％左右，因此设计中应采用密闭性良好的门窗。加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段。密闭条应采用弹性良好、镶接牢固严密、经久耐用的产品。根据门窗的具体情况，可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，其形状可为条形等，可用粘贴、挤紧或钉结方法固定。
　　四、空调系统的形式和空调冷热源
　　(1)确定合理的空调系统形式
　　选择空调系统形式时，应根据建筑物的用途、规模、使用特点、负荷变化情况与参数要求、所在地区气象条件与能源状况等，通过技术经济比较来确定。空调系统有以下几种分类：按空气处理设备的位置情况分为集巾系统、半集巾系统、分散系统；按负担室内负荷所用的介质分为全空气系统、全水系统、空气一 水系统、制冷剂系统；按集中系统处理的空气来源分为封闭式系统、直流式系统、混合式系统。选择空调系统形式要在满足总原则和使用要求的前提下，尽量做到一次投资省、系统运行经济、减少能耗。
　　(2)空调冷热源的选择
　　空调冷热源宜采用集中设置的冷(热)水机和供热、换热设备。其机型和设备的选择应根据建筑物空气调节规模、用途、冷热负荷、所在地区气象条件、能源结构、政策、价格及环保规定等情况，通过综合论证来确定。根据我国当前各个城市供电、供热、供气的不同情况，空调冷热源及设备的选择主要有以下7种方案组合：一是电制冷、城市或小区热网(蒸汽、热水)供热；二是电制冷、人工煤气或天然气供热；三是电制冷、燃油炉供热；四是电制冷、电热水机(炉)供热；五是空气源热泵、水源(地源)热泵冷(热)水机组供冷、供热；六是直燃型溴化锂吸收式冷(热)水机组供冷、供热；七是蒸汽(热水)溴化锂吸收式冷水机组供冷、城市或小区蒸汽(热水)热网供热。
　　五、实际工程中常用的节能技术和措施
　　(1)空调系统分区技术
　　空调系统主要有3种分区方式：一是按照房间功能和房间朝向分区；二是高大空间的分区空调；三是进深较大空调的内、外分区。
　　(2)变风量空调技术
　　当多个空调区合用一个空调风系统，各空调区负荷变化较大，低负荷运行时间较长，且需要分别调节室内温度，在经济、技术条件允许时，宜采用全空气变风量空调系统。变风量空调系统可以根据使用的需求“按需供应”每个房间或末端的空调冷量或热量，防止各个区域参数的失控。
　　(3)焓值控制技术
　　该项技术的基本原理是：在空调的过渡季节充分利用较低参数的室外新风，以减少冷源设备的运行时间，达到节能的目的。
　　(4)溶液除湿技术
　　通常夏季室内的余热、余湿均靠新风来排除，这样就要求冷水(或冷媒)温度必须非常低，而过低的送风温度将造成人员的舒适感降低。常规的做法是，冷却后采用再热技术提高送风温度，显然“冷却后再热”的过程存在较大的冷、热抵消。溶液除湿技术比较好地解决了这一问题。其技术关键点是：将除湿处理空气的过程由等焓过程变为等温过程。

　　(5)蒸发冷却技术
　　用于冷却空气的蒸发冷却有两种基本形式，即直接蒸发冷却和间接蒸发冷却。直接蒸发冷却是空气与水直接接触的等焓冷却过程；问接蒸发冷却过程中用来冷却空气的冷媒是空气或喷淋水。如果将间接和直接蒸发冷却组合起来应用，即成为两级蒸发冷却系统，称为间接值接蒸发冷却系统。室外空气相对湿度越低的地区，这种系统的冷却、去湿能力越强。这种系统只需消耗泵与辅助风机的电能，其能量消耗约为人工制冷空调系统的2l％。
　　(6)空气热回收技术
　　从热回收性质上可以分为全热回收和显热回收两种。它们共同的原理是：利用建筑物或其他系统的排风与新风进行热交换，在夏季回收空调冷量、冬季回收空调热量。目前，大部分热回收设备的效率大约在60％左右。空气热回收可分为直接式和间接式。直接式需要将排风和新风管道引到建筑内的同一地点才能实现，在具体设计中，需要解决机房面积相对较大、管路系统复杂等实际技术问题。如果这些问题难以解决，可以考虑问接式热回收方式(见图1)，其热回收效率相对较低，但应用灵活方便，比较容易适应民用建筑的特点。
　　
　　 图1 间接式空气热回收原理图
　　(7)冷却塔供冷技术
　　对于一些在冬季也需要提供空调冷水的建筑，可以考虑利用冷却塔直接提供空调冷水，这样可以减少冷水机组的运行时间，取得很好的节能效果。寒冷季节，随着室外温度降低，室外大气提供的冷量会大大超过设计的冷负荷值，为保证系统正常运行，必须考虑到防冻问题，因此可靠的监测自控技术和可靠的防冻技术措施是非常重要的。冷却塔供冷系统模式有两种：直接供冷式和间接供冷式系统。
　　①直接供冷式系统。图2为冷却塔直接式供冷系统示意图。
　　
　　 图2冷却塔直接式供冷系统
　　当冷季利用冷却塔供冷时，冷冻水泵停止工作，3个电动三通阀换向，直通部分关闭，冷却水绕过冷凝器，经冷却水泵直接送到冷冻水系统，图2中的箭头指示了冷却水流动方向。
　　直接供冷系统是将冷却塔冷却水直接引入冷冻水系统，没有中间换热过程，因此在相同室外气象条件下可利用的水温低于间接式系统。
　　直接供冷是开式系统，冷却水受大气污染，这样的水进入冷冻水系统会造成系统内腐蚀或结垢，不但会缩短系统使用寿命，也会影响系统运行的稳定性。
　　②间接式供冷系统。图3为冷季冷却塔间接供冷系统示意图。
　　
　　图3冷却塔间接供冷系统示意图
　　当冷季利用冷却塔供冷时， VI―V4关闭，阀V5一V8开启，冷却塔冷却水由冷却水泵6输往换热器3的一次侧，冷冻水经冷冻水泵7输往换热器3的二次侧，经换热器3换热后使冷冻水系统获得必要的冷量。其特点是：由于是间接式系统，冷却塔经大气污染的冷却水不会污染冷冻水系统；增加了换热设备和较多管道，相对投资比较高；由于冷凝器与换热器一次侧、蒸发器与换热器二次侧的阻力可能不同，对此需复核，以确定冷却水泵和冷冻水泵性能是否需要调整。
　　六、结束语
　　总而言之，我们要采取各项措施，改善公共建筑的热环境，提高暖通空调系统的能源利用率，从根本上扭转公共建筑用能严重浪费的状况，为实现国家节约能源和保护环境的战略做出应有的贡献。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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