关于空调系统“节能”问题的探讨

学术论文 2018-05-15 09:43:24
  随着经济的快速发展,我国的建筑业也发展迅速,随之而来的便是不断增加的建筑能耗。目前,建筑能耗已经占据社会总能耗的27%,部分地区更是已接近40%。城市建设中现代化建筑的不断增多与新型住宅建筑的蓬勃发展,能源的供给必有大幅度提高。但由于我国目前的能源储存有限与利用率较低,造成了能源的极大浪费和能源供给的不足,特别是暖通空调能耗,可占到整个建筑总能耗的50%。如果我们在建筑与利用上不采用节能措施,必将给供电系统造成很大的压力,也会对我国经济的发展产生负面影响。除此之外,建筑能耗的不断增加还会带来严重的环境问题,随着二氧化碳、氮氧化物、硫化物、烟尘等排放增加,酸雨现象频繁发生,对生态环境和可持续发展带来很大影响。 
  近期国家一系列建筑节能研讨会的召开、相关建筑节能与设计标准的颁发,已经证明我国能源的紧张性以及国家对建筑能耗的重视性。要想改善能源问题,必须有待设计者在设计时综合考虑,特别是空调系统的能耗,更是建筑物中的能耗大户。空调系统能耗的大小,与建筑物的节能性设计、空调节能性设计有非常密切的关系,以下我们将会就建筑节能与空调节能进行探讨: 
  一、建筑节能 
  从建设部提供的相关资料来看,目前国内建筑的建设和使用,能耗高出发达国家的2~3倍!我国的资源特别是能源紧张是不争的事实。建筑物是能源的消耗大户,这些都还不包括建材生产过程中耗掉的能源(这部分也占社会能源总量的16.7%)。据有关数据统计,随着近十年住宅建设的蓬勃发展,每年城镇住宅竣工面积出现高达8~9亿平方米的增长。至95年止,我国的城乡住宅面积就已达到130亿平方米。如此庞大的建筑,保温性与气密性都比较差,这对北方供热系统与南方空调系统造成极大浪费。据有关专家预测,到2020年我国新建的建筑面积约300亿平方米,如果这些建筑全部达到节能标准,每年至少可以节约3.35亿吨标准煤;空调高峰负荷可减少8000万千瓦,相当于4.5个三峡电站的发电量,仅此一项就可以为国家节约电力投资1万亿元! 
  总之,现在全社会总能耗中,建筑的建设和使用已经几乎接近1/3是在建筑的建设和使用中消耗掉的,建筑节能问题已经成为每一项建筑项目刻不容缓的责任! 
  建筑节能是一项综合性的系统工程,建筑物的地点、方向、建筑材料、装修情况等都会与供热空调系统的能耗有重大的直接影响。 
  笔者认为,建筑节能的主要措施有以下几个方面: 
  1.建筑物。建筑物的方位与周边环境,是影响建筑能耗因素之一。 
  为实现尽可能减少建筑物能源使用量的目标,建筑物的朝向尽量南向,在北方可以最大限度地吸收太阳能量,以减少供暖系统的容量,并且北向的房间能照射到的阳光较少,所以夏天不太热,减少了空调使用量;在南方可最大限度地减少吸收太阳能量,减少空调使用量。建筑物的周围与屋顶尽量多绿化,以减少太阳辐射。 
  2.材料。建筑物外围结构的材料是供暖空调系统能耗的主要关键。 
  我国长期均以实心粘土砖为主要墙体材料,传热系数大,室内能量容易散失,能耗负荷增加,造成能源的浪费。随着时代的发展,此种建筑材料已不适用现代建筑的需要,需要用热阻较大的环保材料来替代,如多孔砖或粘土空心砖等。这些环保材料的传热系数比钢筋混凝土小一半以上,可大大降低室内的能耗指标。建筑玻璃的采用与粘贴玻璃的透明聚脂膜也是防止太阳辐射热的主要措施,因为两层玻璃之间的空气形成了较大的热阻,传热系数已大大减小;双层玻璃的传热系数比单层的降低一半,三层的玻璃比双层的降低三分之一。 
  3.围护结构保温。外墙与屋顶等建筑围护结构是建筑传热的主体,具有很大的传热面积,对于一些传热阻小的建筑,适当增加外围护结构的隔热性能(如加岩棉或聚苯板),可有效的减少能耗损失,减小能耗目标。 
  4.采光通风设计。合理的采光与通风设计也可减少能耗。 
  充足的光线可避免白天灯光的使用,减少电能损耗;良好的自然通风效果可降低(或省去)机械通风的投资与耗电量,达到节能目的。 
  由此可见,建筑行业存在着很大的潜力空间可采取节能措施。 
  经验表明,当采用各项综合建筑节能措施后,整个建筑物的能耗减少30%~50%。但在实际工作中由于各种原因,如建筑美观、工程投资等因素的影响,使得建筑节能措施在实际中不能完全落实,这就要求在项目设计中设计师多方面的沟通 ,尽可能多的把建筑节能落实到工程中去。 
  二、空调节能 
  空调耗能是建筑中能耗中最大的一个组成部分,其节能性对整个建筑的节能产生及其重要的影响,特别是近年来旅游宾馆、大商场、办公楼及商用建筑越来越多,加上家庭用空调的剧增,使空调能耗激增,夏季空调耗电已日渐成为能耗大户,空调节能也已日渐成为刻不容缓的大事。 
  空调节能不是独立的,需要结合整个建筑的结构、布局、功能等方面的通盘考虑。主要表现在以下几个方面: 
  1.设计参数的确定暖通空调工程设计参数的取值,不仅直接影响系统的造价,也影响着系统运行效率和运行能耗。在满足要求的前提尽量降低设计标准、在舒适度相同的情况下根据实际情况在允许范围内调整室内温湿度的取值(参见ASHRAE舒适标准)、考虑利用热湿环境的各个因素,都可以减少空调系统能耗。 
  2.空调设备的选用 
  1)在空调系统中,制冷机组是主要的能耗设备,其能耗量约占整个空调系统的55%~65%。因此制冷机组的能耗是空调系统设计选型的重要因素。制冷机组能效比越高,耗电量越少,特别是大容量的空调系统,空调制冷机组耗电量更是惊人。所以选型时根据容量大小尽量选择能效比高的机组。如螺杆式、离心式冷水机组等,此类制冷机组的能效比一般都在4.5~5.8之间。 
  2)根据计算的负荷大小选择容量相当的机组,不要选用容量过大的主机。容量过大的主机不能全负荷运转,造成大马拉小车,一增加设备的投资,二浪费运转能耗。同时使用系数的采用也是降低设备能耗的措施之一。我们曾对一些空调建筑作过调查,发现不少工程空调设备选型过大,选用台数过多,有的甚至超出将近一倍以上,在使用时出现长期大马拉小车现象、造成能源的浪费。所以设计师在设计时,能满足使用功能的前提下,力争能耗不超标。 
  3.空调的过程设计 
  空调系统的节能设计,需要根据工程的具体情况对空调运行季节进行全工况、全过程的分析,找出一个比较合理的方案,使空调系统在不同的室外气象参数或室内状况下都能经济合理的运行,并且为在运行中节能创造良好的条件。 
  1)空调水系统的节能设计 
  空调冷冻水泵与冷却水泵也是空调系统的主要能耗设备之一,约占空调系统总能耗的15%~20%。水系统的节能也具有十分重要意义。随着季节性的变化,在实际的运转中空调制冷主机是长期处于部分负荷下运行的。水系统有随着负荷变化而改变流量的能力是水系统节能的主要关键,这就要求水泵具有良好的调节性能。采用定转速变流量方法与变频调速变流量方法都可达到节能目的。根据水泵运转性能分析,定转速变流量方法节能不明显,变频调速变流量是水系统能量调节的最合理方法。变频调速可使水泵工作效率提高,能源利用合理,可大幅度节约水泵电耗。同时冷却水塔风机也可以采用变频调速,不但可以根据水温改变转速,节省用电,而且风机低转速运行还能大幅度减少漂水、节省水源,延缓水质劣化、减少水雾对周围环境的影响。 
  2)直冷式空调系统的节能设计 
  直冷式空调大部分应用于中小型办公楼、餐馆、商店等商业性场所及家庭住宅,在空调用电量方面也占较大比例。采用变频技术是最合理的节能措施,室内温度达到设定值时压缩机保持低频率运转,达到节能目的。 
  3)新风系统的节能设计 
  新风系统的合理使用,可以有效的控制能耗使用量。在满足卫生条件的情况下尽量利用室内回风量,使回风与新风之比达到5:1减少新风量、根据实际需要采用变风量系统进行调节、有排风系统的利用室内能量对新风进行预热与预冷处理(即热回收技术)等都能够有效的减少空调系统的能耗。 
  4.空调使用的节能措施 
  1)除设计外,我们发现运行管理也起到重要的作用 
  有些单位的空调系统,一年四季只有开机关机和冬夏转换操作,显然系统达不到相应的节能效果,为此要求运行管理人员不仅要有强烈的责任心,上岗前还必须进行系统的培训和考核,对没有达到要求的管理人员进行重新培训,考核合格后才能上岗。 
  调查中发现,管理人员不同,系统的能耗大不相同,有的甚至相差50%以上。 
  2)正确设置室内参数 
  对于舒适性空调而言,人的舒适感有一个较宽的范围。在运行过程中,室内参数设置不必过高,根据资料介绍,夏季室内温度提高1℃,可以节约能耗10%~15%,由此可以看出,夏季适当提高室内设置温度(27°C)与冬季适当降低室内设置温度都获得良好节能效果。 
  3)合理的利用环境因素,也能够节约能耗 
  如在室外温度比较低时(尤其在夜间)注意房间的通风、白天注意采用遮阳措施、空调运行时尽量关闭门窗等都是节能的有效措施,在公共场所按照客流规律设定定时装置。 
  总之,空调系统节能是一项比较艰巨综合性工作,不但与建筑设计方面有着密切关系,同时也与工程设计的合理性戚戚相关。 
  空调节能是每一个设计者都应该负起的责任。我国现在是一个能源紧张的国家,采用合理的节能方式节约空调能耗,对国家来说可以节约资源、保护环境并且可以避免不必要的电力投资,对用户来说可以减少运行费用的开支。所以,空调节能对国对民都非常有意义。
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