有关空调节能的若干措施与策略

有关空调节能的若干措施与策略探讨摘要：鉴于空调系统能耗高，节能潜力又很大的特点，本文探讨了空调系统设计和运行过程中的若干节能措施和策略，并对它们的节能特性进行了分析。关键字：节能措施与策略围护结构新风量变频调速自然冷源1引言在世界范围内能源危机和国内大面积电力紧张的严峻形式下，空调节能已成为节约能源的核心话题。在工业发达的国家中,建筑能耗已高达总能耗的30%～50%,其中绝大部分能耗又消耗在建筑物中。我国建筑空调能耗较大,一般宾馆、写字楼空调能耗约占建筑总能耗的30%～40%,大中型商场空调能耗则高达50%,有的空调系统能耗占建筑总能耗的60%或更多。全球变暖和大气臭氧层破坏两个全球性问题对空调的广泛应用也提出了挑战。因此，改善和提高空调系统运行效率,减少能耗,已成我国空调业发展的一个亟待解决的问题。在设计和应用空调系统时提高节能意识,充分合理地运用各项节能方法与措施降低能耗,对缓解我国能源危机具有十分重要的战略意义。2空调节能的重要性当前，随着经济的发展和人民生活水平的提高，空调的市场需求飞速增长，使得空调能耗激增。空调耗电是季节性的需求，导致夏季的电力高峰负荷。随着空调器的大量使用，空调耗电目前已在许多发达城市中占夏季电力高峰期负荷的40%左右，这也是2003年全国2/3的省份出现“拉闸限电”问题的主要原因之一。由于我国建筑物的保温节能性能差、空调运行效率低、大部分居民尚未形成良好的节能习惯等原因，我国的空调节能潜力非常大。据分析，到2020年全面实现小康社会时，我国空调高峰负荷节电空间约9000万千瓦，相当于5个三峡电站的满负荷容量，是规划中2020年的全国核电总装机容量的2～3倍，相应可减少电力建设投资4000亿元以上。因此，采用合理的措施和策略来节约空调能耗，对我国来说可以节约资源、保护环境，而且可避免不必要的电力建设投资；对用户来说则可减少空调运行费用的开支，其经济性是显见的。在某种程度上，综合利用各种技术措施达到空调节能，有利于国民经济的可持续发展，是一件利国利民的好事。3影响空调能耗的因素影响空调能耗的因素有很多，例如，室内温湿度设定值、室外空气量、空调方式、空调系统的控制运行和维护管理等。建筑物的朝向和平面布置、建筑维护结构的保温性能、窗户隔热和建筑遮阳等也对空调能耗产生很大影响，因此，在空调设计运行时应综合考虑各个因素的影响，力求在最大程度上降低空调能耗。一般可将空调系统的能耗可分为两大部分:（1）供给空气处理设备冷(热)量的冷热源耗能。（2）动力耗能：克服空调系统工作介质循环阻力的耗能。空调系统总能耗的计算一般有以下几种方法：度日法（degreedays）、电子计算机模拟计算法、当量满负荷运行时间(τE)法和负荷频率表法。4空调节能的若干措施空调系统通常由多个环节组成,其总能耗受诸多因素影响,因而节能是一个综合系统工程。有效可行的节能措施和策略可有多种,设计和使用空调系统应对各节能方法综合利用以趋利避害。4.1合理控制室内温度参数目前，大部分空调建筑的设定温度为24～28℃，而一些公用建筑中空调温度控制得更低，甚至低于22℃，不但浪费能源，而且舒适性很差，这是导致“空调病”发生的主要原因。因此，合理提高空调房间的设定温度显得尤其重要。合理提高空调房间设定温度有如下节能效果和优点：（1）降低室内外传热温差，从而可降低因围护结构传热形成的空调负荷；还可降低新风要求（大部分公用建筑对新风的要求比较高，新风负荷在这些建筑中约占总空调负荷的30%～40%，但实际运行中大部分建筑存在新风量不足的问题）形成的空调负荷。约（挤2珠）与外温省比较低时蕉的合理通品风措施相烛结合，可予有效降低纵空调运行浴时间（小姨时数）。联（诞3其）可提高刚空调系统害的送风温维差，从而耗降低输配散系统的电科耗。捏（蒙4绒）可降低旦对电力高谦峰负荷的筑需求，节尖约用电量券需求。还村可避免因弹空调温度兆过低带来付的不舒适芽性页及谨“丸空调唱病亚”欣等问题。疏表稀1董刚室内设计璃参数变动府时的节能恢效治果数吓夏季辜冬季贝室内温武度瓜(顾℃由)旋24择26道28旋22嘴20已18碎新风负送荷织(害MJ·m膊-2元·a贸-1常)钳83.0渡61.2皂44.0瓜117.培3肃78.4何48.6锋其他负密荷蹦(影MJ·m煮-2谱·a摘-1匙)旨93.0烦83.0纯67.5射23.9群28.4拿14.2立总闪计充(最MJ·m山-2渔·a么-1呆)设176.渣0当144.唉1津111.床5储141.撕2叠96.8三62.9宝节日能联(酱%)躲0摩18.1刃36.6元0鞋31.5睁55.5竹在满足人蚀体舒适的缘范围内，财夏季供冷映时选取较聋高的室内怨干球温度汇，冬季供劣热时选取哨较低的室程内干球温错度，可减盛少围护结样构的传热割负荷和新垦风负荷，张从而降低疮空调系统戴能耗。由午表蚕1嚼可见，将久夏季空调材室温暖从许2车4挂℃吐提高检到炮2泽8辽℃痛时节润能惹36.6葬%芒，冬季空嫂调室温限从转2梳2速℃医降低孩到剖1心8睁℃伯时节页能诚55.5拾%知。因此，塔有必要摒益弃过去传稍统设计中宋片面追求翁夏径季拥“耳够蒙冷蛙”馅冬割季帜“阀够随暖完”包的温度设堆计误区，偷在满足生躺产和人体些健康要求赌前提扯下锐,改夏季尽量蓄提高空调针房间温度饺基传数灵,缩冬季尽量限降低空调刮房间温度欺基衰数格,趣可得显著跟的节能效咸果。假4.2慕题建筑物及浴其维护结奥构抽建筑物及提其围护结感构对节能陷的影响主释要有如下糠方面：纵（权1唇）建筑物芽的朝向渴同样形状誓的建筑物卫，南北朝绑向比东西莫朝向冷负唉荷小。对友一个长宽爸比深为裕4便∶命1候的建筑物第，东西向茂比南北向锻冷负荷约仆增险加管70晃%杠。因此，亚选择合理世的建筑物漆朝向是一严项重要的鲁节能措其施赵.除（货2牲）体形系辽数姓建筑物体虫形系私数羽S=F/嘴V园其中鸽，治F魄—爸建筑物与渗室外大气猫接触的外漂表面积，吸外表面积吗不包括地矿面、未采慈暖的楼梯增间隔墙和企户门的面螺积尚；届V萄—另建筑物所挽包围的体倦积。条对于相同破体积的建黑筑物拳，娃S僵越大，则掠其外表面振积越大，刑通过围护特结构的传泥热越多，债空调冷负能荷也越大镇。为节能忆起见，在敢建筑设计磁时应尽量颈控许制捎S布，如果出盘于造型和扑美观的要三求需要采费用较讯大刑S穷时，应尽传量增加围需护结构的谊热阻。樱（并3详）外窗面谦积星从建筑物导的围护结福构怒(乔窗、墙、钳楼板、屋根盖、地板喝等以)温传入室内训的热量中竟，外窗的潜传热量和坡太阳辐射鞭占围护结剩构的总传亦热量比例踩很大。因恐而要尽量邻减少外窗各面积，并锤采取有效企的遮阳措珍施，如选园用特种玻阿璃、双层放玻璃和窗膊帘或遮阳润板等。短（山4回）维护结芦构保温性甚能鼻建筑围护妖结构的保纽温性能直展接影响空自调房间的神冷热负荷刮。有关文鞋献指出，限围护结构仁传热系数悉每增河大醒1W洪/基ｍ因2紫·雨ｋ，在其鼓他工况不腹变条件下到空调系统纽设计计算礼负荷约增妙加皂30等%湾。因此，佩提高建筑小物保温性必能是减少尾空调系统撕能耗的重脱要措施之盯一。以下衣措施可有练效降低围润护结构的浪传热系数蛮，从而降身低能耗。随（肤1喂）合理控蹦制窗墙比套。通过外烘窗户的负沈荷占建筑小总负荷的心近掩40作%投，在保证者室内采光妥通风前提烦下合理控兽制窗墙比胆。一般的榆窗墙比如峡下规定：泻北歌向悟≤愤25考%当；南坛向采≤节35衣%屿；东西促向汽≤摇30英%原。高（久2势）采用新库型墙体材耕料与复合铺墙体围护锋结构。在理进行经济达性、可行茧性分析的宏前提下，配在墙体内酷外侧敷设获保温隔热导新材料，辱屋顶可设威通风屋面胞、遮阴棚魔和栽种花良草树木以计降低建筑籍物的得热绑量。绣（汤3李）采用气脉密性好的赶门窗以减始少空调房波间典冷滥(茶热抽)则量渗漏，倾建筑外表康面尽可能棒处理成白各色或浅色他调以减少牌辐射得热支。友（帖4诵）在工程驻允许的经讨济条件下励，尽量采池用具有隔棉热保温性潜能的吸热则玻璃、反姨射玻璃、堪低辐射玻仔璃等，避枣免使用单疲层白玻璃耳。搬4.3捧林合理利用殿和控制室趴外新风量线在人员长萄期停留的光空调房间瑞，人们呼预出间CO赚2辈的增加会哀逐渐破坏面室内空气淋的正常成仗分，对人风体健康产犁生不良影恭响。从满惨足室内人奇员卫生要图求出发，朗必须保证厨每人有一尸定的室外叠新风量。腹在空调系误统总做冷降(咸热侧)暴负荷中，淋新风扶冷垦(番热盆)源负荷占较恩大比例，乎例如，在刻我国主要氏空调地区鹅的商场中轻，随客流欧密度的变电化，新风德冷负荷占湿总冷负荷搭的比例高胸达倡21招%鸽～授42耀%稠。因此，拳在满足室白内人员卫取生要求的初前提下，辰减少新风吹冷欲(瓜热狐)列负荷是空紧调系统的驾重要节能恐措施。地一般地，佩舒适性空职调设计均恰是根据建景筑物的使睬用功能及陆设计规范杠来确定新洁风标蚊准术(逮每人每小什时所应供巡给的新风常量辞)旺的。用这斩一新风标菌准乘以室氧内人数即脆得空调系郊统的设计呼新风量。涝可见，新汁风量与室集内人数是笼紧密相关滔的。在空梳调设计阶盟段不可能锯有室内人充数的确切荡数据，设糕计人员只泉能根据设贼计资料及犁经验选取片一个数据剃，们这一数据芒代表了正呀常情况下谁室内人数喂的最大值晶。在空调警系统运行死过程中，呆室内人数树是经常变卖化的，实忽际室内人栋数经常少仆于设计值隙，例如，架商场室内拿人数的变澡化范围炊为莲0.拨1躺～线1.界5防人炊/碎ｍ悼2庆，办公楼巷室内人数伙的变化范花围淘为铺0.0毫3栋～米0.2云5雨人忆/掉ｍ曲2理。随着室苹内人数的负变化，若右能相应地汽调节新风仓量，则可欢大幅度减伏少新风飘冷揭(察热惑)柜负荷以降脾低空调系株统能耗。耐为了控制矿新风量，序可在回风尼管道上设救置寨CO初2滩检测仪，尊根接据妄CO放2亭气体浓度值的变化自肠动控制新挠风量；也早可根据星腰期或时刻押不同室内总人数的变结化，手动粉控制新风亮量。空调损系统一般蓬按以下三变种方式运逝行：犹(1擦)篇新风阀门耗一直固定乡在设计新裤风量的开桌度上。酬(2售)绢根据顾客光的变化情辰况，手动溉控制新风揉阀门，平曾日半开，贡节假日全方开。魔(3柄)妄根据顾客拌的多少，层用掏CO箭2充气体浓度各仪比例调穷节新风阀惭门的开度梳，使室桨内羡CO眨2勤气体浓度摸保持笑在显0.08惑%称～作0.1任%算之间。逐这三种运缓行方式能泪耗比较如匪表局2耕所示：狠表汉2崇炎控制新风秆量所消耗稍的能量瑞（由10扛9关J焰/投季倚）婚验供冷庭（腊6罗、步7候、鹅8齿、这9编月）想供暖贡（梨1税、全2惜、叶3蚊、乒1步2译）具阀门情况粒固定驱自动猜固定机自动原室内负荷阔7886巩7886敬423赢423搜新风负荷材8150郊4156除1144吼7窗3423毛合阁晴计考1603多6劳1204尾2消1187虚0俱3846迈节约杯率织%跑0巡24.9纳0麻67.6流由此可见丈，自动控杆制新风阀践门调节新割风量与固略定新风量导的情况相砌比，在最拦热月系统蜓冷负荷约循减宗少垮25穷%跑，在最冷航月系统热壶负荷约减浑少江68舞%罚。对于周棒边负荷影吐响小而内怒区发热量缩较大的建占筑物（大秘型商场、粮影剧院等现），过渡则季或冬季若室内仍需仪供冷，此危时，由于泰室外空气概焓值低于怜室内空气技焓值，应甜充分利用近室外新风才所具的冷戒量，加大殿新风使用峡量直至全风部使用室低外新风向睁空调房间渐送风。这恰样不仅可建减少人工覆冷源的使充用时间、计降低人工宰冷源的能哗耗和运行号费用，还疯可改善室话内空气品挡质。捎4.4纳亭变频调速咬目前，空场气之—厦水系统在锐我国空调红系统中所桨占比例较竹大，因而主空调水系肾统的运行欢管理也是枣影响空调席节能的一哥个重要因模素。在一戏个综合性祥建筑物内茶各空调系热统不可能堪同时使用命，为此可称将其划分艰为不同的刃空调系统猾，但空调腔水系统在红满足设备尽承改压的情况险下一般不狗分区不分史设系统，周只采用阀瓶门控制各容系统的开出关。但循腾环水泵的誓流量是无斤法控制的臭，只能在意用户末端孕设三通调润节阀将多援余的水流物量通过旁条通阀流回蕉系统。当说空调系统稀低负荷运透行时，水笑泵却在满遵流量下运共转，能源迈耗费相当抱严重。一曲般水系统医通过阀门辟节流，风袭系统通过肆再加热以然适应部分烂负荷运行肝的需要，屠此种调节扬方式耗能捎严重。有笔资料统计校表明，此夺类调节方脱式中，定傅速泵和风闲机所耗电该能匙有群60野%颈～祥70锹%姜消耗于调难节阀、截匹流控制压悉降等处。玉图挽1仍惕变频调速球示意图及将变频技填术应用到痰空调水系狮统中（如里图层1像），通过啊改变循环跨水泵的转洗数使水泵尸在变流量堂变扬程下协运行。而阻水泵转数大的改变并牛不影响其已特性曲线三的形状，绘在管道特同性曲线不茶变时，水气泵始终在罩高效率下乏工作，可个代替节流平调节，是导一种可行黄有效的节旷能方法。础空调系统父的水泵和过风机的工痒作点随空化调负荷的枣变化而变非化，根据挪相似理论扬可得如下厕关系式笋：纽撇Ｇ午/欧Ｇ泥′记=厕ｎ订/行ｎ乘′浓，华Ｎ常/谅Ｎ沿′膀=势(突ｎ赤/伍ｎ很′建)队3太其中，先Ｇ促—尊设计工况粮流量，喂Ｎ资—笼轴功率，狱ｎ发—牙转速纹Ｇ瓦′得—凭实际工况捧流量，重Ｎ跑′窗—计轴功率，欲ｎ备—犬转速。阔当空调负两荷下降时绳，可通过楚变频装置当调节水画泵乓(逐风译机迅)袜的转枝速县,火从而减小疫水恳(册风疑)涝量，节省旦电机的耗烤电迫量毕,帽达到节能嚷目的。例兴如，若泵容转速降至袜额定转速模的驳90侵%露，流量下城降孝10脉%匠，而轴功既率可下创降挨271日%闻，节能效滚果较明显皇。变频调料速解决了昏空调水系鱼统循环水吗泵冬夏流餐量不等的盆矛盾，同哈时增加了郑工程初投滤资，但可里通过节约得运行费用镰在短时间杰内加以回佳收。仪4.5郊呆减少输送辛系统的动握力能耗劲动力能耗茎主要是指穴空调系统器运行中风标机和水泵透所消耗的蜂电能，采石用科学的益方法使之爸降低对整挺个空调系针统的节能圾有十分重逃要的意义根。在工程饰设计与实稻践中常采纸用以下方窝法减少动蚕力能耗：胞（拥1丸）大温差暑若系统中避输送慌冷倒(我热仰)菜量的载铲冷歉(握热扑)皮介质的供赠回水温差瓶采用较大彼值，则当逝它与原温哨差的比值神为Ｎ时，私从流量计蔑算式可知赢，采用大直温差时的县流量为原且来的流量仙的墙1壮/跑Ｎ，管路版损耗即水倍泵或风机矮的功耗则殖减小为原俩来踪的梨1枕/名Ｎ职2且，节能效嫩果显著。间故应在满清足空调精继度、人体头舒适度和小工艺要求测的前提下泪尽可能加景大温差，暖但供回水诵温差一般塞不宜大片于夸8反℃顶。垄（诱2败）低流速浊水泵和风掏机的功耗垂与管路系窑统中流速态的平方成蓄正比，采僚用低流速挺能取得较俩好的节能倦效果，且灭有利于提争高水力工闲程的稳定乒性。采（激3去）采用输镇送效率高晒的载能介叨质邪一般情况恳下，用水蚁输送专冷附(育热坦)胁量的耗能撇量比空气物输送要小徐，且输送恢相同的伸冷旱(尝热流)亡量所用水让管管径要家小于风管授，所占空记间相应也得小得多。抱4.6墨唇利用自然聚冷源售由于建筑刺室内的人沃员照明灯买光、电脑呈设备散热筐量的影响豆，在春秋工季当室外演空气温度遮较低时室济内空气温森度仍然较辅高，仍需乎要供冷，尽尤其是没档有外墙、圈外窗的内盾区房间，介即使在寒浴冷的冬季防，由于室越内的散热光量没有途揉径散发到霸室外，室机内仍需供锅冷，此时鸭若开启冷接机供薯冷窝,铃不仅由于糊此时冷负饺荷较小，党冷机制冷公系数较低徒、能耗大血，而且极爸不合理。彩较常见且云容易利用还的自然冷浊源主要有得以下两种贵：宝（松1筹）地下水掀春秋季和互冬季的室缝外冷空气厉由于地下灯水常年保策持很在摄1片8茫℃嗓左右的温描度，所以秆地下水不仁仅能在夏堪季作为冷耽却水为空堂调系统提垃供冷量，粪而且冬季椅还可利用奉水源热泵茫机组为空聋调系统提脊供热量。喷（鼠2颤）室外冷败空气提春秋季和祥冬季的的够室外空气卖温度较低则，可用于丙空调系统贡供冷。例卸如，北京吨春秋季的惕室外空气罗温度一般压低碍于箭1负5旺℃湖，冬季室查外空气湿龄球温度一驳般低锣于臣0么℃碍，这种温胸度下的空拢气是较好奉的冷源，今可用于空喘调系统供钟冷。炸4.7翠确防止过冷聪和过热死向空调房汽间供冷时似，如果室呈内温度低粪于设定值驴过多则称旱为过冷；父同理，向差空调房间槐供热保时假,蓝如果室内姨温度高于连设定值过脸多则称为翠过热。过那冷和过热劈不仅浪费墙能量，而挎且对人体广的舒适和乌健康也不勾利。造成领空调房间偶过冷和过散热的原因坝主要有：值(1貌)鼻空调系统帝自动控制膏装置不完岸备或失灵奇。叔(2叶)策空调设备两选择不当故，设备容恐量过大。朴(3井)庭空调分区析不合理等驳。并例如，对粒于目前广召泛采用的短风机盘管晴空调系统福，若不采庸用恒温器负控制风机森盘管，则教盘管始终罚处于接通炉状态或其篮水量始终臭为设计流跌量，室内弓人员若不弱及时关闭手风机或通诵过三速开甩关调整风暗机转速，替室内必然毁处于过冷哪或过热状躲态。若采砍用恒温器嘴控制，冷咳量和热量话在一定程舞度上都会巷得到节省分，同时，锐室内环境名的舒适度半也明显改弦善。咱4.8武洲利用冷却僵塔供冷锻当建筑物姥在冬季或润过渡季仍绞需供冷时廊，对于全棋空气空调金系统，可罚按全新风挺方式运行损以降低系检统能耗；位但对于风荣机盘管空符调方式，窑由于其新厌风量无法堪增加，因常而不能以圣全新风方露式运行，树可采用冷奉却塔供冷纠。理论上疤冷却塔出票水温度最鸦低值为当随地当时室麻外空气的慨湿球温度楼，在过渡磨季和冬季旺，随着室逃外气温逐卡渐下降，怒室外空气李的湿球温绑度也相应截降低，因获而冷却塔吓出水水温委也随之降目低。当室谈外湿球温世度降至某情个值以下围时，冷却尘塔出水温堪度与空调给末端装炎置阳(品如风机盘般管召)轮所需水温咽接近，此厦时可关闭走人工冷星源责,僚以流经冷寇却塔的循珠环冷却水加向空调系部统供冷，挑从而达到胞节能的目致的。泉4.9免钳从排风中犹回收热量安在建筑空迷调负荷中谢，新风负西荷所占比姻例较大。墓在国外，银新风负荷难一般占总污负荷膨的驶2遵0服～