中央空调系统的设计及节能措施的探讨【文献综述】

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毕业设计文献综述建筑环境与设备工程中央空调系统的设计及节能措施的探讨摘要：中央空调系统设计的合理与否与人们的居住环境的好坏有着直接的关联，中央空调系统作为建筑的重要组成部分，其系统设计的合理性对今后的装修、日常使用与维护都将产生重要影响。因此在做中央空调的设计时，必须注重其合理性和实用性。本次设计将在满足人们对室内环境舒适度要求的基础上，适当的对中央空调系统进行节能问题的探讨。[关键词]能耗；设计；节能；实用性前言随着国民经济的发展，人们的生活水平逐渐提高，对居住环境的要求也越来越高，中央空调的应用随着我国经济的迅猛发展、城市化步伐的加快和人们生活水平的提高，也越来越普及、广泛。中央空调系统设计的合理与否与人们的居住环境的好坏有着直接的关联，中央空调系统作为建筑的重要组成部分，其系统设计的合理性对今后的装修、日常使用与维护都将产生重要影响。因此在做中央空调的设计时，必须注重其合理性和实用性。众所周知，中央空调是现代建筑能耗中最大的能耗之一。在我国，中央空调系统的能耗是商业类建筑能耗的主要部分[1]，而今能源问题已成为世界关注的重要话题。据国内外酒店宾馆统计，中央空调的能耗约占整体能耗的60%~70%[2]，我们中国虽然是一个能源大国，但长期的开发利用和浪费造成了资源正在一步一步的减少，甚至即将走向枯竭。由于能源紧缺，加强中央空调的节能措施的经济效益和社会效益都是十分可观的。因此，本次设计将在满足人们对室内环境舒适度要求的基础上，适当的对中央空调系统进行节能问题的探讨。1中央空调系统的主要设计设计部分的主要内容有：负荷计算、室内机和室外机的选择、风管系统设计、设备的选择和布置以及水系统设计。1.1负荷计算 中央空调设计中的热负荷包括建筑物围护结构传热，太阳通过玻璃窗、外墙、屋顶产生的辐射热，人体、设备散热负荷以及新风负荷。根据这些负荷计算出来的设备容量，一般都是比较充裕的，因为计算是按同时全开机的情况下进行的，而此次设计是酒店，一般客房晚上比白天多开，不可能同时全开机，因此这样算出的负荷值就会比实际的多。如果在设计时考虑使用的时间段可以达到节约能源的效果。对此，已有很多科学家在这方面进行研究，并给出了相应的计算方法：ZhongpingLin等提出了热带和亚热带夜间卧室的冷负荷计算方法[3]；OmarM.A.AL-RABGHI等利用传递函数方法建立了小时冷负荷的计算模型[4]，计算出来的负荷值更加经济合理。1.2室内机和室外机的选择在机型的选择时，要根据实际制冷量的大小选择合适的机组，切忌“大马拉小车”浪费资源，一般不要超过计算值的25%。酒店客房中风机盘管加新风系统相对定风量低速风管系统而言比较方便灵活，用户可以根据自己的需要调节风量，而且风管尺寸小，占用空间小，运行时节约能源[5]，在有回风的风机盘管中，热管风机盘管的应用也可以起到显著的节能作用[6]。在设计中一定注意选用重量轻、单位风机功率供冷量大的机组。空调机组应该选用机组风机风量、风压匹配合理，漏风量少，空气输送系数大的机组。1.3风管系统设计风管在设计中注重的是布置。而且在施工图的绘制时要注意风管布置的合理性，便于安装和维修，使每个房间的通风都达到要求。管道的布置是整个系统设计合理与否的直接体现，处理的好会让人感觉很舒适。设置时应注意新风口不能设置在有烟雾、有异味的地方。应根据各个房间的面积大小和不同功能来合理布置风管以及设备。1.4设备选择和布置设备要根据负荷量来选取，主机台数的确定既要考虑调节灵活、节能，又同时要考虑初投资、占地和维修保养等因素，冷却塔台数最好与主机对应[7]。设备的布置应便于安装和维护，方便管理。1.5水系统的设计一般常用的是同程式水管系统，因为要使末端设备有相等或相近的压力降，同程式是较好的。它可使末端设备有尽量相等的供回水水管总长，阻力基本相等，系统调试时不需要做太多的调节[8] 。异程式压力不平衡，需要孔板或者阀门调节等装置来平衡压力。因此在本次设计中，水管系统定为同程式系统。2中央空调系统设计的节能问题空调的能耗一般有三个方面：系统的选择产生的能耗、冷热源的能耗、围护结构能耗。因此可以从这三个方面入手，来解决节能的问题。2.1系统的选择在空调系统设计中选定空调方案时，应将节能作为重要依据之一。2.1.1采用冰蓄能系统冰蓄能系统是利用峰谷电价的差别，将用电高峰时的空调负荷转移到电价较为便宜的夜间，从而节约运行费用。我国很多地方为了改变电力结构，平衡电网峰谷用电量，实行峰谷电价差的政策。在这种情况下，为蓄冰系统创造了更广阔的前景。这样可以避开用电高峰，缓解电网供电压力，提高利用率。业主也能从峰谷电价差中得到实惠[9]。这种冰蓄能系统只能节约运行费用但是不节约能源。2.1.2利用能源回收系统节能在室内外温差较大的情况下，可在系统中增设热回收系统，以得到较为明显的节能效果。2.1.3变频系统中央空调通过变频调节能达到节能的目的，通过变频技术自控系统、循环水泵以及风机不但能节能降耗，而且大幅度减轻了中央空调的运行负荷，可以延长空调的使用寿命、提高经济效益。变频器控制系统体积小、调试简单、运行安全可靠、维修方便，还具有很大的经济效益[10]。在这三种系统中，使用冰蓄能系统可以节约运行费用但是不节约能源，使用能源回收系统可以解决能源问题，但是还需要能源回收设备，投资比较大，相对而言变频系统比较好，它通过变频技术减轻空调运行负荷既节能又方便，具有很大的经济效益，是一个比较好的选择。2.2冷热源的能耗解决冷热源的能耗，可以从两大方面考虑：寻找新的能源替代品；减少当前的能源损耗，提高利用效率[11]。2.2.1水源热泵 随着世界资源的逐渐减少，我们从传统的空调能源转向可以达到节能效果的其它能源，热泵技术在建筑中的应用也越来越广泛。城市污水冷热源热泵近两年得到了长足发展。从投资和运行费用等方面综合分析可以看出，水源热泵中央空调方案明显优越于传统的集中式冷水机组[12]。城市污水冷热源热泵涉及污水资源再生利用问题，得到广泛认可，发展迅速[13]。2.2.2地下水源热泵地下水源热泵具有较好的节能性。地下水温度恒定，冬暖夏凉，使得机组的供热季节性能系数和能效比高。2.2.3土壤源热泵土壤是一种很好的冷热源，与地面上环境相比，地下5m以下全年土壤温度稳定且约等于年平均温度，比水源热泵效果好[14]。它节能效果明显，埋地换热器不需要除霜，减少了冬季除霜的能耗；由于土壤具有良好的蓄热性能，可与太阳能连用改善冬季运行条件；土壤蓄热能力好，冬天地下土壤温度高于室外，可以汲取地下的热量来供暖，夏季地下土壤温度低于室外，可以汲取地下的热量来供冷。冬、夏季从土壤中提取的能量可以在夏、冬季得到自然的补偿[15]。目前常用于住宅小区。2.2.4太阳能空调建立在太阳能热水器应用的基础上的太阳能空调，可充分利用夏天的太阳能，具有良好的经济性。利用太阳能供冷与供热，不仅可以节省电力和常规能源，对环境保护尤其有重要意义。以上四种能源相比较而言，水源热泵不仅可以节约能源，还有效利用污水的能量，节能环保；地下水源热泵虽然也具有良好的经济性，但是回灌是地下水源热泵的关键技术，如果地下水不能全部回灌到含水层，会导致地下水位下降、地面下沉等一系列生态问题；土壤源热泵的运行费用低，污染物排放也较少，但是土壤的导热系数小，所以在汲取能量时，换热器的占地面积很大；太阳能空调对小型空调系统来说还是可取的，但是太阳能的利用率不高，在大型空调系统中无法满足负荷需求。综上所述，水源热泵式比较可取的，但是在本次设计中，由于条件限制，缺少水源热备所必须的可以利用的水源，并且埋地管施工工程量大，总的节能意义不大，故不实施。2.3围护结构的节能措施通过改善建筑物的热工性能，尽量减少建筑能耗。提高门窗气密性；增设遮阳板、百叶窗、窗帘等，通过改进门窗特性，能较大幅度地降低空调负荷，特别是运行负荷，能耗降低大约16%~29%[16]。另外，增大围护结构保温性能在建筑节能中也起着重要的作用，可以降低中央空调的设计负荷[17]。总结 在这个室内环境越来越被人们重视的时代，中央空调设计的合理与否直接关系着室内环境的舒适性，所以在设计中央空调时，最主要的是要考虑其合理性和使用性。而在减少能耗的要求下，解决能源节约的问题可以减少很大一部分的建筑能耗。因此在做设计时，应根据系统负荷的大小、投资及现有能源情况等多方面综合加以考虑，最大限度的保证系统设计的经济性和实用性。[参考文献][1]林丽芝，刘爱兰.中央空调系统节能管理与能源优化的探讨[J].冷藏技术.2010.6，(2):25～29.[2]商利斌，高喜玲.建筑中央空调节能技术探讨[J].中国科技信息.2009，(14):24～25.[3]LinZhong-ping，DengShi-ming.AStudyontheCharacteristicsofNighttimeBedroomCoolingLoadinTropicsandSubtropics[J].BuildingandEnvironment.2004,39(6):1101～1114.[4]OmarMA，AL-Rabghi，KhalidM，AL-Johani.Utilizing.TransferFunctionMethodforHourlyCoolingLoadCalculations[J].EnergyConversionandManagement.1997，38(4):319～332.[5]毕克伟.中央空调设计中常见问题探析[J].城市建设.2010，(3)：437.[6]J.W.Wan，J.L.Zhang，W.M.Zhang.Theeffectofheat-pipeair-handlingcoilonenergyconsumptionincentralair-conditioningsystem[J].EnergyandBuildings.2007.9，39(9)：1035～1040.[7]刘登攀.初探中央空调系统设计[J].中国高新技术企业.2008，(13)：60～62.[8]肖新健.中央空调系统设计探讨[J].科技资讯.2007，(23)：70.[9]邓恩莲.中央空调节系统设计中的节能[J].广东建材.2006，（4）：119～120.[10]张方军.浅析变频技术在中央空调节能降耗中的应用.信息与工程[J].2010，（1）：79～81.[11]陈实，黄秋生.中央空调节能技术分析[J].机电信息.2008，（19）：34～36.[12]朱思明.水源热泵在宾馆中央空调系统中的应用[J].制冷与空调.2004.4，4(20)：42～44.[13]刘行瑞.浅谈中央空调系统形式的选择及节能措施[J].活力.2010.3：79.[14]高小茸.高层建筑中央空调节能措施分析[J].建筑设计.2009.6：325.[15]龙惟定，武勇.建筑节能技术[M].北京:中国建筑工业出版社，2009：182～192.[16]高广振，李太富，张彦南.中央空调节能措施初探[J].能源与环境.2009，4：29～31.[17]祖述程，唐亮.中央空调系统节能措施[J].中国新技术新产品.2010，14：52～53.