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暖通空调节能措施的综合探讨

时间:2017-6-22 8:52:00 来源:本网

  根据国家提出的哌设节能型社会的号召,全国各地相应出台了节能政策法规,其中空调节能就是一个重点,山东省制冷协会就是响应国家号召,提出了“节约型社会,和谐型社会。”各级政府均出台文件严格规定公共场所、办公场所的空调温度。空调节能就是在同样保证舒适性、不影响建筑功能正常使用前提下,尽量减少建筑空调能耗,避免浪费现象。

  建筑能耗在社会总能耗中的比例主要决定于国家的经济情况,发达国家建筑用能一般占到全国总能耗的30%40%;许多国家把建筑节能作为一项国策。据有关资料显示,我国建筑总能耗也占据了社会总能耗的很大比例,同时它的增长速度远高于当前我国能源的增长率。现代建筑中广泛采用了空调、给排水、照明、电梯等耗能系统。中国作为一个发展中国家,暖通空调系统的能耗一直是建筑能耗中的大户,约占整个建筑能耗的35%以上。发展暖通空调系统节能技术是当今发展趋势,研究空调系统的节能技术与应用显得尤为重要。

  空调系统的能耗主要有两个方面,一方面是为了供给空气处理设备冷量和热量的冷热源能耗,如压缩式制冷机耗电,吸收式制冷机耗蒸汽或燃气,锅炉耗煤燃油燃气或电等;另一方面是为了给房间送风和输送空调循环水,风机和水泵所消耗的电能。

  冷热源的能耗由建筑物所需要的供冷量和供热量决定,建筑物的空调需冷量和需热量的影响因素有室外气象参数(如室外空气温度空气温度太阳辐射强度等),室内空调设计标准,外墙门窗的传热特性,室内人员照明设备的散热散湿状况以及新风量的多小等。风机水泵的输送能耗受所输送的空气量水量和水系统。风系统的输送阻力影响,风系统、水系统的流量和阻力的影响因素:有系统型式,送风温差供回水温差,送风和送水流速,空气处理设备和冷热源设备的阻力和效率等。针对上述影响因素和建筑的特点,建筑空调节能的技术措施可归纳为五个方面:减少冷热负荷、提高冷热源效率、利用自然冷源、减少水泵电耗、减少风机电耗。

  建筑空调节能是涉及诸多因素和不同措施的综合技术,本文着重讨论以下几个方面的节能措施:建筑外部特征及围护结构的节能技术建筑空调系统设备的节能运行技术建筑空调系统运行管理的节能技术2建筑外部特征及围护结构的节能技术冷热负荷是空调系统最基础的数据,制冷机、供热锅炉、冷热水循环泵以及给房间送冷送热的空调箱,风机盘管理等规格、型号的选择都是以冷热负荷为依据的。如果能减少建筑的冷热负荷,不仅可以减少制冷机、供热锅炉、冷热水循环泵、空调箱、风机盘管等的型号,降低空调系统的初投资,而且这些设备型号减少后,所需的配电功率也会减少,这会造成变配电设备初投资减少以及上述空调设备日常运行耗电量减少,运行费用降低,所以减少冷热负荷是建筑节能最根本的措施。而冷热负荷的大小与建筑外部特征及围护结构以及室外气候参数、室内设备、人员密切相关。减少冷热负荷有以下一些具体措施:I建筑围护结构的节能技术建筑空调系统的节能与建筑本身的一些要素密切相关;因此,在考虑空调系统本身节能的同时,应该把节能思想引入到建筑、结构相关专业中,使建筑物在形状、色彩、方位及材料等方面为空调节能创造最基础的条件。合理安排空调建筑的空间布局,控制体型系数和窗墙比;改善建筑围护结构的特性,选用保温隔热性能良好的墙体与屋面材料。

  在整个建筑物的热损失中,围护结构传热的热损失达50%60%,门窗缝隙空气渗透的热损失占20%30%.因此,加强围护结构的保温隔热,提高门窗的气密性是建筑节能的重要组成部分。

  遮阳技术在夏热冬冷地区,夏季空调供冷时,外窗玻璃的辐射得热则是空调冷负荷的主要部分,应采取遮阳措施。

  保温、隔热与气密性技术可采用下列技术措施改善窗的保温效果:(1)采用光热性能良好的玻璃;(2)利用钢塑复窗代替铝合金窗,减少窗的冷(热)桥传热。(3)采用双层玻璃窗提高窗的保温件。

  而外墙的保温可以分为外墙内保温和外墙外保温技术。在外墙根部,女儿墙、阳台、变形缝等易产生“热桥”的部位,采用外保温技术,可显著消除“热桥”造成的热损失。

  屋面是建筑物上部与外界直接接触的重点部位。屋面保温主要要措施有采用保温屋面(外保温、内保温)、倒置式屋面(保温层与防水层颠倒,把保温层放在防水层的上面)、架空通风屋面等等。

  确定良好的建筑朝向,夏季可减少太阳辐射得热,冬季可增加太阳辐射得热;同时,建筑物的朝向对建筑的空调冷负荷有很大的影响,选择合理的建筑物朝向,是一项重要的节能措施。一般认为,建筑物为南朝向是我国建筑节能的必要条件。保持合理的建筑间距以及建筑群的错落布局,可使建筑物接受适当的太阳辐射,同时有利于获得自然通风气流。

  2)建筑体型合理的建筑体型能够减小建筑物与外界的热量交换,出于节能的考虑,在建筑设计时应尽量控制建筑物的体形系数。建筑物的造型宜简洁,完整,尽量避免复杂的轮廊线。

  暖通空调的负荷确定是建立在克服室外环境影响的基础上,研究暖通空调节能应该研究室外热环境,以减轻室外对室内的热作用,并且充分利用室外环境中的有利因素,使之对改善室内热环境起到积极的作用。

  空调负荷的确定受室外干球温度的影响较大,而且对于空调、采暖和通风系统,其室外的参数的选取也不相同。目前设计参数是根据不保证率来确定的,室外空气温度的变化使得空调系统的绝大部分时间是处在部分负荷状态下运行的。在进行暖通空调节能设计时应充分考虑这一点,合理配置系统。)湿度空气的相对湿度过高会对人体的热舒适带来一定的负面影响,而且过高的相对湿度会增加空调系统的潜热负荷,从而增加整个暖通空调系统的能耗。

  在气候资源方面,太阳辐射对建筑节能是一个有利的因素。冬天建筑南向窗户接受到的太阳辐射较多,这对外界的寒冷气候构成一种补偿;同时,太阳光的入射角越小,被玻璃窗反射的热量越少,进入室内的热量越多,而且通过南向窗户阳光射入室内的深度较大,对于砖石和混凝土等重质材料的建筑,有利于太阳热能更好地被建筑墙体、地面及物品所吸收和蓄存,提高室内温度,节约采暖用能。

  3建筑空调系统设备的节能运行技术建筑外观特征及围护结构的节能技术能够有效地控制来自外界的暖通空调负荷,为建筑物集中空调系统的节能铺平了道路,为空调系统进一步进行节能技术改造提供了前提与保证。建筑空调系统综合节能技术中,其设备的节能运行技术也至关重要。目前,在业界较为热门且兼具环境效益、经济效益、社会效益的技术包括:蓄能空调技术、热回收技术、变频技术等。

  常规的蓄冷技术包括冰蓄冷空调和水蓄冷空调。通过降低介质温度或凝固介质,将冷能以显热和潜热的形式储存在介质中。必要时,被储存的冷能可以通过升高介质温度,或熔化介质再次被利用。

  蓄冷系统的主要设备有冷水主机、蓄冷装置、板式换热器、自动控制系统以及泵阀等。系统的流程主要是针对冷水主机和蓄冷装置的相互关系,有串连和并联之分,串连又有主机上游和主机下游两种方式。其设计的关键在于冷水主机容量的选定。

  关于蓄热技术,目前我国主要使用电锅炉蓄热式系统且以水作为蓄热介质。所谓电力蓄热系统,就是以电锅炉为热源,利用低谷廉价电力,对水加热,并将其储存在蓄热水箱中,在电网高峰时段关闭电锅炉,由储存在蓄热水箱中的热水供热。其优点是不排出有害气体,无污染,无噪声,比煤锅炉、油锅炉的热效率篼,又能充分利用低谷电,运行费用低。

  一般的空调系统都要设计新风系统来稀释室内的有害物,以保证室内空气品质;为了保证室内的风量平衡,使新风顺利进入室内,同时还要设计排风系统。对于人员集中的建筑如商场、办公楼的会议室等,新风量较大,使得空调系统中的新风负荷也随之增大;同时排风将空调房间内的空气排出室外,也是一种能量的浪费。因此充分利用排风的能量,对其进行回收,从而对新风进行预冷或预热,减小新风负荷是暖通空调节能的重要途径。

  排风余热回收可分为显热回收和全热回收;热回收设备可大致分为转轮全热交换器、板式显热交换器、板翅式全热交换器、中间热媒式热交换器和热管式换热器等等。

  制冷机组冷凝热回收的换热设备目前逐渐引起人们的重视。这一类的热回收设备可以与不同的系统结合起来使用。如果与生活用热水系统相结合,使压缩之后的制冷剂首先进入板式热交换器,生活用热水通过热交换器的另一侧,由于被压缩后的制冷剂温度较高,只要设计合理,它能够提供的热量完全可以将热水加热到洗澡用的温度,可以储存在保温水箱中,满足人们的需要。当制冷机组的冷凝器所产生的热量不能够将热水加热到需要的温度时,亦可在系统中添加水源热泵作为辅助热源以满足用户需要。

  在夏季制冷供热水时,因为冷凝器侧回收冷凝热的同时,蒸发器侧仍在供冷,因此可以说,这种供热水方案运行费用几乎为零,具有明显的经济性。冬季制热供热水时,虽然暂时不能供暖,要等蓄热水箱达到温度要求后,才能恢复供暖,但通过程序控制,制热水时间大多可以避开供暖时间,这样可减少对供暖的影响。过渡季节供热水时,只需单开一台制热水机组,其他机组和相关的水泵都停止运行,不存在匹配难的问题。这样四季都能吸收包括高温显热、液化潜热和过冷热量的全部冷凝热量,热回收效果很明显。

  这样的系统既可以避免冷凝热排放到大气中造成热污染,又可以节省为提供热水而设的锅炉及其附属设备,避免了由于燃料的燃烧向大气排放的有害物,应该说是一种效果明显,又有环保作用的节能技术。

  不同类型的冷水机组都有较完善的自动控制调节装置,能随负荷变化自动调节运行状况,保持高效率运行。空调机组、末端设备和水泵等设备采用变频控制,可以使该部分设备的能耗减少30%以上。目前山东空调企业如海尔中央空调、商用空调都设置了变频技术,其技术已达到国际新进水平,为中国建筑节能作出了巨大的贡献。

  4建筑空调系统运行管理的节能技术前面叙述了变频技术应用在空调系统中节能作用,但是现在采用变频控制的空调系统相对较少,对于传统制方式操作人员正确操作可达到可观的节能效果。目前,中央空调的操作人员往往因为误操作而偏离机组的运行参数,从而增加了机组的运行费用,因此要做好节能,首先就必须纠正各种误操作。比较普遍的是对冷冻水和冷却水系统、冷却塔系统的误操作。

  在冷冻水和冷却水系统的实际操作中,往往存在几种误操作:有些操作人员开机时未按照机组的运行参数调节冷冻水和冷却水进出水压力降,导致人为增加水泵的运行电流,造成电的浪费。正确的做法是开机前关闭不运行机组的冷冻水进水阀和冷却水进水阀,以免窜水现象发生。

  在以上误操作出现后,有的操作人员增开一台水栗的方法解决,此举更是错上加错,造成更多的电的浪费。正确做法是冷冻水泵、冷却水泵台数与机组台数对应。

  在传统的控制系统中,多台冷却塔并联时,很多操作人员都是把所有冷却塔进出水阀全部打开,冷却风机只开部分,冷却水从没开风机的冷却塔流下,这样造成冷却塔冷却效果差,导致机组偏离运行参数。在操作时冷却塔的开启台数与机组的开启台数应匹配,应关闭不开风机的冷却塔的进、出水阀,防止冷却水在不使用的塔中流过,这样便可达到最佳散热效果。

  其实,空调节能的方法有很多,除操作外,还有管理的问题。根据负荷的要求,平时可尽量少开机组和减少机组的运行时间。经常检查,做好水处理工作,保证冷凝器、蒸发器内不结垢,无污物,以免影响冷凝器、蒸发器的热交换效果,增加主机的耗电量。同时应做好设备及管道的保温,以减少能量的过多耗费空调设备和管道的保温,对于节省能量消耗、降低运行费用也是相当重要的。

  设计时风机选型过大,A、统运行在大风量、小温差下,风机的能耗增加,实际运行工况偏离最佳工况点,效率不佳。而全年逐时负荷都在变化,多数情况下处于部分负荷,温差小于设计状况,增加风机的功耗。

  变风量系统是通过改变送入房间的风量来满足室内变化的负荷。如果将风量减小,就有可能在满足舒适的要求下,减少风机的功耗。研究表明,变频器控制电机的方式具有明显优势。采用变频控制后,风机软启动,减小风机的冲击电流,减少风机的运行维护费用。由于空调系统大部分时间在部分负荷下运行,所以风量的减少带来了风机能耗的降低,变风量系统追求以较少的能耗来满足室内空气环境的要求。

  节能和环保是实现可持续发展的关键。现有的暖通空调系统所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源,其中电能占了绝对比例,从可持续发展理论出发,空调系统如何适应在低负荷下高效节能运行及在系统设计中对设备进行节能选配就成为空调节能的关键,这对于节约能源、降低运行费用、促进国民经济发展具有十分重要的意义。作为一个将来从事暖通专业的工作者,在空调系统的设计和管理过程中,均应对节能降消问题引起足够的重视,在各个环节中均应积极地争取挽回所有可能挽回的能量,并将能源消耗作为衡量系统优劣的一项重要指标。只要我们各方共同努力,空调系统的节能降耗问题是不难解决

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