我國建筑總能耗占據(jù)著社會終端能耗的20.7%,建筑能耗對國家、社會造成了能源負擔,也在一定程度上制約了我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)能源界的研究和實踐,普遍認為建筑節(jié)能是各種節(jié)能途徑中潛力最大、最直接、最有效的方式。
現(xiàn)代建筑中廣泛采用了空調(diào)、給(排)水、照明、電梯等耗能設(shè)備??照{(diào)一直是建筑能耗中的大戶,約占整個建筑能耗的35%以上??照{(diào)系統(tǒng)的能耗主要有兩個方面:一方面是為了供給空氣處理設(shè)備冷量和熱量的冷熱源能耗,如壓縮式制冷機耗電,吸收式制冷機耗蒸汽或燃氣,鍋爐耗煤、燃油、燃氣或電等;另一方面是為了給房間送風和輸送空調(diào)循環(huán)水,風機和水泵所消耗的電能。所以,建筑空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能主要包括降低設(shè)備能耗及運行控制能耗兩大方面。
減少冷熱源的能耗成關(guān)鍵
冷熱源的能耗由建筑物所需要的供冷量和供熱量決定,建筑物的空調(diào)需冷量和需熱量的影響因素為冷熱負荷,包括室外氣象參數(shù)(如室外空氣溫度、空氣濕度、太陽輻射強度等),室內(nèi)空調(diào)設(shè)計標準,外墻門窗的傳熱特性,室內(nèi)人員、照明、設(shè)備的散熱、散濕狀況以及新風量等方面影響。減少冷熱源的能耗可以通過以下三種形式實現(xiàn):
第一,降低冷熱負荷。冷熱負荷是空調(diào)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù),制冷機、供熱鍋爐、冷熱水循環(huán)泵以及給房間送冷、送熱的空調(diào)箱、風機盤管等產(chǎn)品規(guī)格型號的選擇都是以冷熱負荷為依據(jù)的。如果能減少建筑的冷熱負荷,不僅可以減小制冷機、供熱鍋爐、冷熱水循環(huán)泵、空調(diào)箱、風機盤管等產(chǎn)品的規(guī)格,降低空調(diào)系統(tǒng)的初投資,而且這些設(shè)備規(guī)格減小后,所需的配電功率也會減少,有利于減少變配電設(shè)備初投資以及空調(diào)設(shè)備日常運行耗電量,降低運行費用。減少冷熱負荷是商業(yè)建筑節(jié)能最根本的措施。房間內(nèi)冷熱量的損失通過房間的墻體、門窗等傳遞出去,減少建筑物的冷熱負荷就是要改善建筑的保溫隔熱性能。
第二,合理降低系統(tǒng)設(shè)計負荷。目前我國多數(shù)設(shè)計人員在設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)時往往采用負荷指標進行估算,并且出于安全的考慮往往取值過大,造成了系統(tǒng)的冷熱源、能量輸配、設(shè)備末端換熱設(shè)備的容量都大大超過了實際需求,形成大馬拉小車的現(xiàn)象,既增加了投資也不節(jié)能。如表1所示,合理降低系統(tǒng)的設(shè)計負荷,可以有效地降低系統(tǒng)能耗。
第三,控制新風量與降低室內(nèi)溫濕度設(shè)計標準。在有些建筑的空調(diào)系統(tǒng)中,需要大量引入新風以滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求。根據(jù)其新風引入方式,還可以通過在過渡季節(jié)和冬季直接引入室外的溫濕度相對較低的新風來帶走房間內(nèi)所產(chǎn)生的各項熱濕負荷,無需使用集中制冷系統(tǒng)達到“免費”供冷的節(jié)能效果。在夏季時,利用夜間相對低溫的新風,可以在非營運時間預先冷卻室內(nèi)空氣。帶走部分室內(nèi)熱量,減少白天工作時間的室內(nèi)冷負荷,實現(xiàn)間歇性的免費預冷。
從空調(diào)系統(tǒng)空氣處理過程中可以看出,夏季室內(nèi)溫度和相對濕度越高,冬季室內(nèi)溫度及相對濕度越低,系統(tǒng)耗能就越大。為了節(jié)約能耗,空調(diào)房間的室內(nèi)溫濕度基數(shù)在滿足生產(chǎn)要求和人體舒適的條件下,可降低室內(nèi)溫濕度設(shè)計標準,例如:溫度在17℃~28℃、相對濕度在40%~70%范圍內(nèi),夏季取高值,冬季取低值??刂坪驼_使用新風量是空調(diào)系統(tǒng)有效的節(jié)能措施,在滿足衛(wèi)生、補償排風、稀釋有害氣體濃度、保持正壓等要求的前提下,不要盲目增大新風量,也可以采用CO2濃度控制器控制新風進風量。
空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能關(guān)注兩大方面
除了努力減少建筑物的冷熱源的能耗之外,暖通空調(diào)在建筑節(jié)能中最重要的是空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化,可以通過采取變流量技術(shù)和增大送風溫差和供回水溫差的辦法來提高系統(tǒng)能效。
第一,采用變流量技術(shù)。變風量空調(diào)(VAV)系統(tǒng)可以通過改變送風量的辦法來控制不同房間的溫濕度。同時,當各房間的負荷小于設(shè)計負荷時,變風量系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)輸送的風量,從而減小系統(tǒng)的總輸送風量。這樣,空調(diào)設(shè)備的容量也可以減小,既可節(jié)省設(shè)備費的投資,也進一步降低了系統(tǒng)的運行能耗。而風量的減小又節(jié)約了處理空氣所需的能量。有資料顯示,采用變風量系統(tǒng)可節(jié)約能源達到30%,并可同時提高環(huán)境的舒適性。該系統(tǒng)最適合應用于樓層空間大而且房間多的建筑,尤其是辦公樓,更能發(fā)揮其操作簡單、舒適、節(jié)能的效果。據(jù)統(tǒng)計,采用變風量(VAV)空調(diào)系統(tǒng),全年空氣輸送能耗節(jié)約1/3,減小設(shè)備容量20%-30%.
第二,增大送風溫差和供回水溫差。若系統(tǒng)中輸送冷(熱)量的載冷(熱)介質(zhì)的供回水溫差采用較大值,則當它與原溫差的比值為N時,從流量計算式可知,采用大溫差時的流量為原來流量的1/N,而管路損耗即水泵或風機的功耗則減小為原來的1/N 2,節(jié)能效果顯著。故應在滿足空調(diào)精度、人體舒適度和工藝要求的前提下,盡可能加大溫差,但供回水溫差一般不宜大于8℃。
自動控制和變頻技術(shù)應用漸廣泛
空調(diào)系統(tǒng)運行管理的自動控制,不僅可以保證空調(diào)房間溫濕度精度要求和節(jié)約人力,而且是防止系統(tǒng)多余能量損失及節(jié)約能量的重要環(huán)節(jié)??照{(diào)自動控制系統(tǒng)包括冷熱源的能量控制、焓值控制、新風量控制、設(shè)備的啟停時間和運行方式的控制、溫濕度設(shè)定控制、自動顯示、記錄等內(nèi)容,可通過預測室內(nèi)外空氣狀態(tài)參數(shù)(溫度、濕度、焓值等)以維持室內(nèi)舒適環(huán)境為約束條件,把最小耗能量作為評價函數(shù),來判斷和確定需提供的冷熱量、冷熱源和空調(diào)機、風機、水泵的運行臺數(shù)以及工作順序、運行時間和空調(diào)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的操作運行方式,以達到最佳節(jié)約運行的效果。
針對空調(diào)控制系統(tǒng)的特點,隨著電力電子技術(shù)及微機控制技術(shù)的發(fā)展,變頻器的應用日益廣泛,空調(diào)控制系統(tǒng)中采用變頻技術(shù)也不例外。不同類型的機組都有較完善的自動控制調(diào)節(jié)裝置,能隨負荷變化自動調(diào)節(jié)運行狀況,保持高效率運行。空調(diào)機組、末端設(shè)備和水泵等設(shè)備采用變頻控制,可以使該部分設(shè)備的能耗減少30%以上。
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