中央空调节能技术【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节能技术摘要近年来随着社会经济的持续高速发展，我国建筑行业呈现出蓬勃发展的态势。而与此同时，中央空调系统的应用日益普及，造成的能源消耗已成为影响国家能源战略的重要方面。因此，研究节约能源、提高能效的技术手段和方法迫在眉睫。文章从中央空调的制冷原理、能耗现状来研究分析，通过建筑维护结、系统设计、设备、运行管理的节能来促使建筑中央空调系统节能运行，提高能源利用率。[关键字]中央空调；制冷原理；能耗现状；节能措施随着国民经济的发展、人民生活水平的提高，中央空调在现代建筑中应用越来越广泛它在给人们提供舒适的生活和工作环境时，同时也消耗了大量的能源。据统计，我国建筑物能耗约占能源总消耗量的37％左右[1]，在有中央空调的建筑物中，中央空调的能耗约占总能耗的60～70%，而且呈逐年增长的趋势。因此，认识清楚目前存在的问题，高效利用中央空调系统的能源，采取有效的节能措施就成为迫切需要解决的问题。1中央空调的制冷原理中央空调主要由制冷机冷、却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和散热水塔组成[2]。制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。经蒸发后的制冷剂在冷凝剂中释放出热量，与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵带来热量的冷却水送到散热水塔上，由水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换[3]。2中央空调的能耗现状在我国现阶段中央空调系统的应用中，更多的关注的是空调系统温湿度控制效果、空气品质控制效果，而忽略了空调系统的能耗情况，整体来说，我国中央空调系统能效并不高，引起的原因有很多，有三个影响因素是比较明显的。2.1重投资成本核算，轻能耗指标计算，缺乏节能引导 中央空调系统的经济性分析包括系统的初投资、年运行费用以及制冷设备占有面积等[4]。在系统方案设计中，初投资与运行费用常常是矛盾的两个方面。往往节能的、运行费用低的系统方案其初投资比较大。用户或投资者由于对中央空调系统的性能指标，尤其是初投资与运行费用的综合经济性指标缺乏专业认识，忽略或不懂进行综合投资收益计算，选择方案时，偏重权衡商品价格，初投资成本的大小，不重视运行能耗的大小。这导致工程建设方对采用高成本的节能方案没有积极性，往往也采用成本低、初投资低的设计方案，以较低的竞争价格赢取工程项目。这使很多初投资低但能耗大，运行和维护成本高的中央空调系统在大型建筑中比较普遍。2.2缺乏系统的、全局性的能效指标为缓解空调使用造成的能源及环境问题，2004年8月23日经国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会批准发布了三项空调能效国家标准，规定了房间空气调节器、单元式空气调节机和冷水机组的能源效率限定值及能效等级[5]。但是，中央空调是一项复杂的系统工程，中央空调能源有效利用的评价不能单纯地停留在对机器设备的评价上，对整个系统的评价更为重要，是否节能不仅与空调设备有关，而且与系统设计思想、管网设计、各部分匹配、施工优劣，运行管理水平以及建筑物热特性等因素有关。新的空调能效国家标准只规定了冷水机组的能源效率限定值及能效等级，仍需进一步制定各分部系统和总系统的能效指标。2.3缺乏节能监控和高素质的运行管理人员中央空调系统建设投资大，没有重复性。实际使用中，不同方案之间的经济性比较一般只是理论分析比较，无法也不会进行实物、实验比较。由于中央空调系统的复杂性和专业性，超出了投资者个人生活经验辨别评价水平，即使建设方提供了投资与运行费用的综合经济分析，投资者也难以对经济分析报告的正确性和准确性作出判断，所以无法做到很好的监控[6]。同时，由于现阶段空调运行管理人员多半还是由非专业人员组成，由于专业知识的限制，无法承担中央空调节能运行和管理的任务。3建筑中央空调的节能措施3.1建筑围护结构的节能 （1）合理设计窗户墙体的面积比。由于窗的传热系数高，隔热能力差，同时考虑到太阳穿过窗的辐射得热单位面积玻璃窗得热量比墙体高得多，一般为墙体的5～20倍。室外热空气也通过窗缝隙渗透入室内，使玻璃窗得热量占整个围护结构得热量40%以上，从节能的角度出发，必须合理设计窗的构造，并在保证室内采光良好的前提下，合理确定窗户墙体的面积比。并要限制窗户墙体的面积比。一般规定各朝向的窗墙比不得大于下列数字：北向25%；东、西向30%；南向35%[7]。对于窗户面积比较大的建筑物，应考虑采用吸热玻璃、热反射玻璃或遮阳措施如遮阳板，屋檐、挑檐、挑阳台、百叶板、窗帘等。通过改进窗子遮阳特性，能较大幅度地降低空调负荷，特别是运行负荷，约能降低16%～29%。（2）提高门窗气密性。房间换气次数由0.8h-1降到0.5h-1，建筑物的耗冷可降低8%左右[8]，因此设计中应采用密闭性良好的门窗。加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段。（3）对于供冷负荷较大的建筑物，其表面颜色以浅色为好。建筑物的外围护结构设计时，要把热容量大的材料放在外围护层的室内侧，而把热容量小的保温材料放在外侧以减少围护结构的蓄热负荷。3.2中央空调系统的设计节能（1）强化方案或系统的选择。对于多数舒适性空调要求来说，并不需要十分严格的温度和湿度的控制。变风量系统则可以克服上述缺点，它可以通过改变送到房间（或区域）里去的风量的办法，来满足这些地方负荷变化的需要。当然，整个系统的总送风量也在发生变化。因此，变风量系统在运行中是一种节能的空调系统[9]。这样，空调设备的容量也可以减小，既可节省设备费的投资，也进一步降低了系统的运行能耗。再如：利用电动二通阀对经过空调末端的水流进行控制，使流量追随负荷的变化，加上变频技术的应用，从而达到节能的目的。（2）加强设计计算。目前，空调水系统存在着许多问题，如：选择水泵是按设计值查找水泵样本的铭牌参数确定，而不是按水泵的特性曲线选定水泵号；对压差相差悬殊的回路也未采取有效措施，因此水力、热力失调现象严重；大流量、小温差现象普遍存在[10]。水系统节能应从如下方面着手：设计人员应重视水系统设计，认真进行水系统相关系数，切实落实节能设计标准的要求值。3.3中央空调设备的节能 （1）空调冷热源的选择。空调系统制冷机组的实际运行过程中不要使冷冻水温度太低、冷却水温度太高，否则制冷系数就会较低，产生单位冷量所需消耗的功量多，耗电量高，增加建筑的能耗。因此冷热源选型要合理考虑设备型号和负荷匹配问题[11]。（2）冰蓄冷系统与变频技术的应用。冰蓄能系统即：建筑物在使用空调时所需冷负荷的全部或者一部分在非使用空调时间制备好，将其能量蓄存起来供空调时使用。该系统主机所耗的总能量变化不大，但是可以在用电低峰时用电，而在高峰时少用或不用电能——平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设[12]。变频技术即：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。对空调机组、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[13]。（3）合理选择空调机组末端设备。在国产末端设备中，很多由于风轮和电机的匹配不当，电机选用的功率过大，转速偏高，造成机组输入功率过大，造成耗电量增大，也使机组的噪声增大，所以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[14]。3.4系统的运行管理的节能（1）加强中央空调的运行管理和控制设备的调节控制。在空调能耗中，有很大一部分是由于管理不善而引起的，应加强对空调操作人员的培训，提高管理人员素质，实行空调操作人员操作证制度。另外，集中空调实行计量收费是建筑节能的一项基本措施。每一个有效节能的空调系统都应配置相应的调节控制设备，如自力式流量控制阀、压差控制阀、温度控制阀等。在控制模式上需根据建筑物的具体功能、气候条件、使用状况等灵活处理，无统一的模式可循。（2）是加强设备及管道的保温及水质处理[15]。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。同时，空调系统中水管的污垢、腐蚀及青苔对制冷系统影响极大，也是空调能耗高的重要原因。4总结以上是中央空调节能的部分措施，随着科学技术的发展还会有更多的方法来实现中央空调的节能。节能和环保是实现可持续发展的关键，只有对节能的认识正确的观点，即不能因为节能而降低使用水平和抑制合理需求，而应该从提高能源利用效率来采取对策和解决办法，才能真正走上可持续发展的道路。参考文献： [1]钟丽英.浅谈中央空调节能控制技术[J].科技传播，2010，22（2）：168-171.[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，2009，6（14）：24-25.[3]董云龙.中央空调节能技术分析[J].山西建筑，2009，35（22）：244-245.[4]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（2）：29-31.[5]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，2009，6（14）：24-25.[6]杜成仁，曾凡稳.浅谈中央空调节能的有关问题[J].山西建筑，2005，31（1）：113-114.[7]童永通.浅谈中央空调节能的一些措施[J].中国科技信息，2005，8（9）：34-35.[8]邱东,章明华,宋勤锋,等.中央空调节能控制策略[J].制冷空调与电力机械，2007，8(5)：34-35[9]李玲,龙恩深.某宾馆空调系统能耗调研与节能改造分析[J].山西建筑,2008,34(5):254-255.[10]李晓春.中央空调系统节能的分析[J].四川建材，2006，3：243-244.[11]娄小铁，金煦，刘向龙.中央空调系统的节能探讨[J].制冷与空调，2006，4：119-122.[12]李金惠.中央空调的合理使用与节能降耗[J].建筑热能通风空调，2006，25（6）：57-60.[13]刘清江，韩学庭.中央空调运行管理节能问题的研究[J].上海节能，2006，3：59-61.[14]K.DavidHuang,NguyenAnhTuan.InstituteofMechanicalandElectricalEngineering[J].NationalTaipeiUniversityofTechnology,2010，25（3）：63–73[15]HuangKD,TuanNA,TsengKT.CFDstudyofanair-conditioningenergy-savingmechanism[J].FirstInternationalConference，2009，28（5）:253-261.