暖通空调系统能耗分析

1、暖通空调系统能耗分析一一以北京市办公建筑空调为案例摘要：以北京市大型公共建筑能源审计所获得的数据为样本，选取其中5栋具 有代表性的办公建筑单位能耗统计数据进行分析，探究办公建筑能耗的基本状况 及特点，通过计算空调系统分项能耗指标，提出相应措施与建议，为政府能源管 理部门及用能单位自身加强能源管理、挖掘节能潜力，实现为办公建筑空调系统 节能目标提供科学的依据。关键词：办公建筑；空调能耗；分项电耗刖言办公建筑的使用特性，决定了其能耗特点与其他类型建筑有显著不同，可总 结为以下四点：（1）空调能耗主要集中在工作日8： 0018： 00，工作时段与非 工作时段能耗差别明显；（2）办公建筑内大多设有遮阳

2、设施，不能充分利用自 然采光，照明设备及办公设备数量多，能耗高；（3）新风负荷大；（4）室内环 境舒适度要求较高。1办公建筑空调系统能耗统计与分析1.1工程概况基于北京市大型公共建筑能源审计所获取的资料及数据，整理后选取其中具 有代表性的5栋办公建筑作为样本，对其空调系统能耗进行分析研究。5栋建筑 的结构形式均为混凝土剪力墙，建筑概况及外围护结构信息如表1所示。由表1可知，5栋办公建筑外墙材料以加气混凝土砌块为主，除4号办公建 筑外，均设有保温和遮阳措施。并使用低透射率的Low-E玻璃或镀膜玻璃。从围 护结构的基本信息中可知，由于4号办公建筑竣工时间较早，围护结构所采用的 节能措施尚不完备，具

3、有很大的节能改造空间。表1办公建筑围护结构信息1.3办公建筑空调能耗分析建筑能耗是指建筑的使用能耗，构成建筑能耗的指标体系如图1所示。根据 5栋办公建筑的能耗及空调系统能耗数据，计算得到每栋建筑的能耗及空调系统 能耗，折合标准煤后的数据见表3。由表3可见，不同建筑能耗差别较大。5号办公建筑空调能耗指标较4号办 公建筑有明显下降，其主要原因为4号办公建筑竣工时间较早，围护结构所采用 的节能手段尚不完善。同时通过现场走访，发现4号办公建筑存在下班后因少数 人加班而运行整套空调系统、空调系统运行的同时未关闭门窗、无人区域灯常开 以及电机长时间处于部分负荷状态下运行等现象。5号办公建筑竣工时间较晚，

4、围护结构采用节能措施较完善，同时因设备陈旧、损坏产生的能耗较少，具备较 完善的能源管理制度及运行管理团队，设有节能办公室和健全的能源管理网络， 并明确节能管理责任。图2办公建筑空调系统能耗占建筑总能耗比例2空调系统分项能耗分析空调系统能耗主要由冷源、输送系统和空调末端3部分组成，其中冷源的主 要能耗来源为制冷机，输送系统主要能耗来源为冷却塔与水泵，空调末端的主要 能耗来源为风机（空调箱循环风机、新风机组风机、风机盘管循环风机等）。不 同的空调系统形式、运行管理方案，对空调系统能耗均会产生影响。根据统计的5栋建筑空调系统供冷期实测数据及分项计量空调系统各部分能 耗，分析分项能耗特点及节能潜力。空

5、调设备中冷水机组全年总能耗按下式计算：E=Qx|PLV（1）式中：E冷水机组全年总能耗（kW?h）；Q冷水机组年制冷量，由空调假象负荷乘系数1.2得到；IPLV冷水机组一次能部分负荷综合值。风机、水泵设备全年能耗E的计算采用当量满负荷运行时间法，按下式计算:E=Pt（1-r）（2）式中：E设备全年能耗（kW?h）；P设备额定输入功率（kW）；t累计运行时间（h）；r效果率，反映因采用控制方法（如台数控制，变频调速控制等）而使总 能耗减小的效果。2.1制冷机能耗5栋建筑使用功能虽一致，但是单位面积冷机能耗存在很大差异，各建筑制 冷机能耗如图3所示。其中，4号办公建筑冷机能耗指标为5.93kgce

6、/m2,而5号 办公建筑能耗最低，冷机能耗指标为1.75 kgce/m2,其差异主要来源于供冷时间 长短，其中制冷机的额定效率和负荷率对其能耗也有一定影响。2.2冷冻水泵能耗5栋办公建筑的冷冻水泵能耗指标如图4所示。由于冷冻水泵的任务是将制 冷机制备的冷量以水为媒介，输配到各个空调箱、新风机组和风机盘管等末端用 户的换热设备，所以可定义输配系数来衡量其效率。冷却水泵的能耗与供冷时间 密切相关，与空调水系统形式、水泵运行策略、水泵效率和空调末端水阀控制方 式等也存在一定关系。图5空调风机能耗指标2.4冷却水泵和冷却塔能耗冷却水泵和冷却塔能耗如图6所示。冷却泵能耗与供冷时间和所需排热量存 在一定关

7、系。除此之外，水泵效率、冷凝器阻力和冷却水管道阻力也对冷却泵的 能耗有一定影响。但若只以降低冷却泵能耗为目的，可能导致冷却水流量不足、 温差加大，从而使制冷机冷凝温度升高，冷机效率下降。冷却塔风机大气环境作为冷源，驱动空气流过冷却塔内的换热填料表面，与 冷却水进行热质交换，从而将冷冻机冷凝器排出的热量全部带走，维持冷凝温度 在合理范围值内。冷却塔散热效果直接影响冷凝温度，而冷凝温度升高则导致冷 机COP下降，致使制冷主机能耗增加。所以，冷却塔对冷机效率影响所造成的能 耗远大于其自身风机能耗。图6冷却水泵及冷却塔能耗指标3办公建筑空调系统节能潜力分析通过以上对空调系统的分项能耗统计与分析，可以看

8、出办公建筑存在很大的 节能空间，可采取以下措施来实现节能降耗的目的。3.1合理的系统设计大部分办公建筑的空调末端采用风盘加新风系统，但有些空调系统设计不合 理，部分空调设备使用时间较长、能效较低，增加了空调能耗。空调系统能耗在 建筑能耗中所占比例很大，所以，采用高能效的空调设备，根据季节和室外温度 变化采取不同的节能运行模式，加强空调系统维护，保证系统处于最佳运行状态; 过渡季节全新风运行、冬夏季合理控制新风量，以降低新风系统运行能耗；优化 空调系统的分区设计，在提高空调系统控制水平的同时满足办公人员舒适性要求。3.2加强能源监测措施及手段空调系统能耗由于设计、计量、控制和运行管理等方面原因，

9、存在不同程度 的能效低下问题。集中式空调系统节能降耗的实现是基于计量数据的全面性、准 确性和系统性，大部分既有建筑中央空调系统的计量网络并不完善，已成为对空 调系统运行能耗进行准确评价、分析及诊断的主要障碍。可通过在物业中构建能 效监管平台，实现对集中式空调系统准确的能耗运行数据采集及诊断分析工作， 从而及时调整与指导空调系统的高效运行。3.3运行管理节能经调查发现，大部分办公建筑尚未成立专门的能源管理部门，管理机制不完 善。为提高运行管理水平，物业部门需特别设置能源管理岗位，实行能源管理岗 位责任制；根据建筑的使用情况制订相应的能耗指标，建立、健全节能管理规章 制度，开展节能宣传教育和岗位培

10、训，增强工作人员的节能意识，培养节能习惯， 提高节能管理水平；完善建筑的能源消耗计量制度，区分用能种类、用能系统， 实现能源消耗分户、分类、分项计量，并对能源消耗状况执行实时监测，及时发 现、纠正能源浪费的现象。结束语本文以5栋办公建筑为样本对空调系统分项能耗进行了统计与分析，可为政 府能源管理部门及用能单位自身加强能源管理、挖掘节能潜力、编制节能规划及 实现节能目标提供科学的依据。（1）不同的空调系统选型与新技术新能源的应用，对建筑能耗有着一定影响。 通过对5栋办公建筑空调系统的分项能耗指标进行计算，得到制冷机最低能耗为 1.75kgce/m2，冷冻水泵最低能耗为0.19kgce/m2，空调风机最低能耗为 0.17kgce/m2，冷却系统的最低能耗为0.2 kgce/m2。（2）合理的系统设计是建筑低能耗运行的前提，采用高效的空调设备、合理 的设备选型以及空调系统的优化是整个建筑节能的保障，制订完善的能源监测方 案及措施是建筑节能的重要环节；同时，加强建筑的运行管理手段对降低空调系 统能耗将产生明显成效。（3）建