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空调建筑节能设计论文

 论文栏目:建筑节能     更新时间:2017-03-30 15:10:25

  暖通空调系统在建筑空调节能的有效措施

  摘 要:在社会经济快速发展的今天,环境问题和能源问题也日渐尖锐,因此研究暖通空调对建筑节能作用至关重要。本文简要分析了空调系统耗能大小的影响因素,同时对减少冷热负荷、提高空调系统冷热源的效率以及减少风机和水泵耗能等问题作出阐述,为家用空调的节能提供一定的对策和措施。随着我国现代化建设的不断发展,各类建筑特别是高层建筑和高级建筑不断增多,中央空调系统已被广泛应用。在为人们提供舒适的工作生活环境的同时,暖通空调也成为建筑能耗大户,为了解决暖通空调系统运行的耗能问题,我们有必要从以下几个方面考虑降低能耗和能耗利用。

  1. 降低室内温湿度设定值基数

  由于人们对舒适感的要求有很大差别,因而,对于舒适性空调允许有一个范围较宽的舒适区。显然,在该舒适范围内,夏季供冷时,选取较高的室内干球温度和相对湿度;冬季供热时,选取较低的室内干球温度和相对湿度,可以减少围护结构的传热负荷和新风负荷,从而降低暖通空调系统的能量消耗。

  2. 合理控制新风量

  由于室内环境中存在着污染物发生源(如人体呼出的 CO2气体等),因此暖通空调系统摄入室外新风是必要的,为此,必须消耗能量。在空调系统的总冷(热)负荷中,新风冷(热)负荷占有很大比例。从大量工程实例可以知道,空调工程中为处理新风所需能耗大致要占到总能耗的 25%~30%,对于高级宾馆和办公楼建筑可能更高达40%。因此,在满足室内人员卫生要求的前提下,减少新风冷(热)负荷也是空调系统的重要节能措施之一。空调系统所需新风量与室内人数是紧密相关的,显然,室内人少时可减少新风量。随着室内人数的变化,相应地调节新风量,可以大幅度减少新风冷(热)负荷,降低空调系统能耗。为了控制新风量,可以在回风管道上设置CO2检测仪,根据CO2气体浓度的变化自动控制新风量。

  3. 选择节能的暖通空调系统

  暖通空调系统形式的选择,直接影响冷、热源耗能和动力耗能,对整个系统的能耗和经济性起着至关重要的作用。

  (1)采用变频技术。空调系统变频技术主要有两种形式:用变速泵和变速风机替代调节阀,可减少系统内部消耗,提高整机效率,采用变流量技术,根据空调负荷改变水流量或风流量。实行变流量调节不仅可防止或减少运行调节的再热、混合等损失,而且由于流量随负荷的减少而减少,使输送动力能耗大幅度降低,节约风机和水泵耗电量,因而能有效地节能。变流量系统分为变风量系统(VAV)和变水量系统(VWV)。变风量系统主要靠变风量末端装置随室内负荷的变化自动调节风量维持室温来实现节能目的。该系统比定风量系统的全年空气输送能耗节约1/3,设备容量减少20%~30%,适合于运行期间负荷变化大、部分负荷时间多的空调分区。变水量系统是采用变速水泵维持供回水压差恒定,当负荷减少时,减少供水量。该系统可以减小水路输送的能耗。

  (2)低温送风空调方式。低温送风空调方式是指从集中空气处理机组送出温度较低的冷风,进入空调房间。所谓低温是相对于常规送风温度而言的,常规送风系统从空气处理器出来的空气温度一般为10~15℃,而低温送风空调方式的送风温度为4~10℃。由于低温送风降低了送风温度,从而减少了送风量,也就减小了空气处理设备的尺寸和电耗,其初始投资可降低。由于冰蓄冷技术的发展,能提供 1~4℃的低温冷冻水,为低温送风方式创造了条件,低温送风空调与常规温度送风空调相比,具有提高舒适度、节能、初投资少,运行费用低和节省空间等特点,如表1所示 。低温送风空调方式,在国内尚属新技术范畴,指导设计的具体方法较少,但由于其节能特性,在实际工程中已有所应用。

  表1 低温送风与常规空调方式比较

  (3)冷却塔供冷系统。冷却塔供冷系统又称为免费供冷系统。它是指在室外空气温度较低时,利用流经冷却塔的循环水直接或间接地向空调系统供冷,而无需开启冷冻机,提供建筑物所需要的冷量,从而节约冷水机组的能耗,达到节能的目的,是近年来国外发展较快的节能技术。这种方式比较适用于全年供冷或供冷时间较长的建筑物。利用冷却塔实行免费供冷能够节约冷水机组的耗电量,同时节约了用户的运行费用。若在北方地区,由于一年中适用于冷却塔供冷的时间会更长,所节约的耗电量将更为可观。

  4. 设置热能回收装置

  空调系统耗能的特点之一是大量余热的浪费。热回收装置可在空调系统运行过程中,使状态不同(载热不同)的两种流体,通过某种热交换设备进行总热(或湿热)传递,不消耗或少消耗冷(热)源的能量,完成系统需要的热、湿变化过程,从而达到节能的目的。在建筑物的空调负荷中,新风负荷所占比例比较大,一般占空调总负荷的25%~30%。为保证室内环境卫生,空调运行时要排走室内部分空气,必然会带走部分能量,而同时又要投入能量对新风进行处理。如果在系统中设置能量回收装置,用排风中的能量来处理新风,就可减少处理新风所需的能量,降低机组负荷,提高空调系统的经济性。目前常用的做法有转轮式余热交换器、板翅式换热器、热管换热器、建筑结构蓄热(冷)、热回收环、热泵系统等热回收装置和系统。

  5. 采用先进的自控策略

  暖通空调系统先进的自控策略,不仅可以保证暖通空调房间温、湿度控制精度要求,节约人力,而且是防止暖通空调系统多余能量损失,节约能耗的重要环节。随着电子技术、计算机和网络技术的提高,暖通空调系统的控制技术在软、硬件方面都有了迅猛发展。通过采用先进软件体系的暖通空调中央监控系统,可以实现系统的实时监控及长时间的统计分析(如绘制运行趋势图、编制并完善故障库等),保证系统的节能运行。通过在线检测回风的CO2浓度来控制最小必要新风量,既能满足通风卫生要求,又能达到节能的目的。

  图1 地热水作热源6. 天然及可再生能源的利用

  (1)自然通风。自然通风是对自然条件的最充分的利用,也是改善热环境的有效措施。当室外空气干球温度和焓值低于室内空气干球温度和焓值时,自然通风可以在不消耗能源的情况下降低室内空气温度,带走潮湿气体,从而达到人体热舒适。即使是室外空气温湿度已超过舒适区的标准,需消耗能源进行降温降湿处理,也可利用自然通风输送处理后的新风,省去风机能耗,且无噪声。既减少能耗又降低污染,符合可持续发展的思想。

  (2)太阳能供暖与制冷。太阳能供暖主要采用被动式太阳能和主动式太阳能供暖系统。太阳能制冷有两种方法:一是利用太阳能驱动机械装置,机械装置再驱动压缩制冷循环;另一种方法是从太阳直接获得热量来驱动吸收式制冷机,从而降低室内温度。这两种制冷技术均不采用对臭氧层有破坏作用的氟里昂,并且二者都采用较低等级的能源,在节能与环保方面有着光明的前景。

  (3)地热能的利用。利用地热供热供冷,有很好的应用前景。图1所示为地热水直接供暖或做空调热源的系统形式。除此之外,常见的还有地热水间接供热,地热供暖加调峰锅炉,地热泵加热供热,地偶冷却等方式。目前全国已有越来越多的地热工程,不但可以用于供热,也可用于供冷(以热制冷)。设计管理得当,不仅节能,且有明显的经济效益。(见图1)

  7. 结论

  除本文介绍的暖通空调系统节能的几个主要途径外,在暖通空调系统的许多环节都存在节能潜力,如空调系统的合理分区、冷热源形式的选择、高效节能空调设备的选用、系统的运行管理等。但在具体选择节能措施时,应根据实际情况,全面地进行技术经济分析,协调运用各种方法,以求得最优的节能效果和最佳经济效益。

  作者:谢丹君 许建波

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