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建筑節能大勢所趨 空調系統優化成關鍵

09-03 12:40:46  瀏覽次數:588次  欄目:暖通空調
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  我國建筑總能耗占據著社會終端能耗的20.7%,建筑能耗對國家、社會造成了能源負擔,也在一定程度上制約了我國經濟的可持續發展。根據能源界的研究和實踐,普遍認為建筑節能是各種節能途徑中潛力最大、最直接、最有效的方式。

  現代建筑中廣泛采用了空調、給(排)水、照明、電梯等耗能設備。空調一直是建筑能耗中的大戶,約占整個建筑能耗的35%以上。空調系統的能耗主要有兩個方面:一方面是為了供給空氣處理設備冷量和熱量的冷熱源能耗,如壓縮式制冷機耗電,吸收式制冷機耗蒸汽或燃氣,鍋爐耗煤、燃油、燃氣或電等;另一方面是為了給房間送風和輸送空調循環水,風機和水泵所消耗的電能。所以,建筑空調系統的節能主要包括降低設備能耗及運行控制能耗兩大方面。

  減少冷熱源的能耗成關鍵

  冷熱源的能耗由建筑物所需要的供冷量和供熱量決定,建筑物的空調需冷量和需熱量的影響因素為冷熱負荷,包括室外氣象參數(如室外空氣溫度、空氣濕度、太陽輻射強度等),室內空調設計標準,外墻門窗的傳熱特性,室內人員、照明、設備的散熱、散濕狀況以及新風量等方面影響。減少冷熱源的能耗可以通過以下三種形式實現:

  第一,降低冷熱負荷。冷熱負荷是空調系統最基礎的數據,制冷機、供熱鍋爐、冷熱水循環泵以及給房間送冷、送熱的空調箱、風機盤管等產品規格型號的選擇都是以冷熱負荷為依據的。如果能減少建筑的冷熱負荷,不僅可以減小制冷機、供熱鍋爐、冷熱水循環泵、空調箱、風機盤管等產品的規格,降低空調系統的初投資,而且這些設備規格減小后,所需的配電功率也會減少,有利于減少變配電設備初投資以及空調設備日常運行耗電量,降低運行費用。減少冷熱負荷是商業建筑節能最根本的措施。房間內冷熱量的損失通過房間的墻體、門窗等傳遞出去,減少建筑物的冷熱負荷就是要改善建筑的保溫隔熱性能。

  第二,合理降低系統設計負荷。目前我國多數設計人員在設計空調系統時往往采用負荷指標進行估算,并且出于安全的考慮往往取值過大,造成了系統的冷熱源、能量輸配、設備末端換熱設備的容量都大大超過了實際需求,形成大馬拉小車的現象,既增加了投資也不節能。如表1所示,合理降低系統的設計負荷,可以有效地降低系統能耗。

  第三,控制新風量與降低室內溫濕度設計標準。在有些建筑的空調系統中,需要大量引入新風以滿足室內空氣品質的要求。根據其新風引入方式,還可以通過在過渡季節和冬季直接引入室外的溫濕度相對較低的新風來帶走房間內所產生的各項熱濕負荷,無需使用集中制冷系統達到“免費”供冷的節能效果。在夏季時,利用夜間相對低溫的新風,可以在非營運時間預先冷卻室內空氣。帶走部分室內熱量,減少白天工作時間的室內冷負荷,實現間歇性的免費預冷。

  從空調系統空氣處理過程中可以看出,夏季室內溫度和相對濕度越高,冬季室內溫度及相對濕度越低,系統耗能就越大。為了節約能耗,空調房間的室內溫濕度基數在滿足生產要求和人體舒適的條件下,可降低室內溫濕度設計標準,例如:溫度在17℃~28℃、相對濕度在40%~70%范圍內,夏季取高值,冬季取低值。控制和正確使用新風量是空調系統有效的節能措施,在滿足衛生、補償排風、稀釋有害氣體濃度、保持正壓等要求的前提下,不要盲目增大新風量,也可以采用CO2濃度控制器控制新風進風量。

  空調系統節能關注兩大方面

  除了努力減少建筑物的冷熱源的能耗之外,暖通空調在建筑節能中最重要的是空調系統的優化,可以通過采取變流量技術和增大送風溫差和供回水溫差的辦法來提高系統能效。

  第一,采用變流量技術。變風量空調(VAV)系統可以通過改變送風量的辦法來控制不同房間的溫濕度。同時,當各房間的負荷小于設計負荷時,變風量系統可以調節輸送的風量,從而減小系統的總輸送風量。這樣,空調設備的容量也可以減小,既可節省設備費的投資,也進一步降低了系統的運行能耗。而風量的減小又節約了處理空氣所需的能量。有資料顯示,采用變風量系統可節約能源達到30%,并可同時提高環境的舒適性。該系統最適合應用于樓層空間大而且房間多的建筑,尤其是辦公樓,更能發揮其操作簡單、舒適、節能的效果。據統計,采用變風量(VAV)空調系統,全年空氣輸送能耗節約1/3,減小設備容量20%-30%.

  第二,增大送風溫差和供回水溫差。若系統中輸送冷(熱)量的載冷(熱)介質的供回水溫差采用較大值,則當它與原溫差的比值為N時,從流量計算式可知,采用大溫差時的流量為原來流量的1/N,而管路損耗即水泵或風機的功耗則減小為原來的1/N 2,節能效果顯著。故應在滿足空調精度、人體舒適度和工藝要求的前提下,盡可能加大溫差,但供回水溫差一般不宜大于8℃。

  自動控制和變頻技術應用漸廣泛

  空調系統運行管理的自動控制,不僅可以保證空調房間溫濕度精度要求和節約人力,而且是防止系統多余能量損失及節約能量的重要環節。空調自動控制系統包括冷熱源的能量控制、焓值控制、新風量控制、設備的啟停時間和運行方式的控制、溫濕度設定控制、自動顯示、記錄等內容,可通過預測室內外空氣狀態參數(溫度、濕度、焓值等)以維持室內舒適環境為約束條件,把最小耗能量作為評價函數,來判斷和確定需提供的冷熱量、冷熱源和空調機、風機、水泵的運行臺數以及工作順序、運行時間和空調系統各環節的操作運行方式,以達到最佳節約運行的效果。

  針對空調控制系統的特點,隨著電力電子技術及微機控制技術的發展,變頻器的應用日益廣泛,空調控制系統中采用變頻技術也不例外。不同類型的機組都有較完善的自動控制調節裝置,能隨負荷變化自動調節運行狀況,保持高效率運行。空調機組、末端設備和水泵等設備采用變頻控制,可以使該部分設備的能耗減少30%以上。

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