2002年8月大學學報(自然科學版)Vol 25 No 8第25卷第8期Journal of Chongqing University( Natural Science EditionAug.2002文章編號】000-582X2002)8-0092-04空調系統(tǒng)的節(jié)能方案趙聲萍1,鄭潔1,串鋼(1.重慶大學城市建設與環(huán)境工程學院重慶400045;2.重慶交通學院重慶400041)摘要建筑節(jié)能一直都是世界各國所關注的焦點問題之一。在整個建筑系統(tǒng)中空調系統(tǒng)的能耗尤為突出約占整個建筑能耗的35%以上因此研究空調系統(tǒng)的節(jié)能方案具有重要的社會意義和巨大的經濟效益。蓄冰空調、地板輻射供熱等是髙效節(jié)能的暖通空調系統(tǒng)通過采用節(jié)能型圍護結構材料、利用合理的控制系統(tǒng)可實現空調系統(tǒng)的節(jié)能運行。另外還就空調系統(tǒng)中所存在的設計保守、技術上合理的節(jié)能方案難以推廣運用等問題進行了討論。關鍵詞建筑能耗;節(jié)能;暖通空調;圍護結構中圖分類號:TU833文獻標識碼A建筑節(jié)能一直是世界各國所關注的熱點問題之采用熱電冷三聯供系統(tǒng)也稱總能系統(tǒng) TES( Total20世紀90年代加里弗利亞能源短缺不再被簡單 Energy System)和燃氣熱泵(GEH)后由于利用廢地理解為能源危杋洏而被視為是必須面對的能源挑熱GEHP的綜合利用效率可達80%~85%。對于戰(zhàn)1雖然改革開放以來我國經濟發(fā)展有了長足進TFS方式實現熱電冷三聯供后其綜合利用效率可步能源生產也有了巨大的提高但是由于生產力總體達65%~80%2水平不高、人民的生活水平較低、人均能源消耗量少,1.2蓄冰空調系統(tǒng)因此岀現了能源的低水平富裕然而我國能源利用水蓄冰空調系統(tǒng)是利用電力系統(tǒng)峰谷電價差、針對平卻不高能源的平均利用率只有30%左右。如何提電力輸配網的用電峰谷進行移峰填谷在夜間的低谷高能源利用水平、向單位能源要效率是節(jié)約能源、降電價時制冰蓄存冷量而在白天用電高峰時不開或少低能耗的發(fā)展方向。在我國建筑能耗占全國總能耗開制冷機用蓄冰供空調運行使用。就科學原理和單的11.7%而建筑能耗中的空調能耗高達35%以上用戶而言蓄冰空調系統(tǒng)非但不節(jié)能還是耗能的因此研究空調系統(tǒng)的節(jié)能方案有重要的經濟效益和社但是對整個社會而言蓄冰技術有重要的經濟價值和會意義。環(huán)保意義。蓄冰空調移峰1kW電力投資是1200元,1采用高效節(jié)能的暖通空調系統(tǒng)而建一座30萬kW的火力發(fā)電廠投資在20億元以上其投入是6.67元/W,是蓄冰空調投入的5倍現代建筑中廣泛采用了空調、給排水、照明、電梯多3。另外少建火力發(fā)電廠就可以減少CO2等溫室等耗能系統(tǒng)如何在有效利用各種系統(tǒng)的同時實現節(jié)氣體的排放具有重大的環(huán)保意義和社會意義。能是十分必要的在整個建筑系統(tǒng)中空調系統(tǒng)能耗尤1.3高大空間分層空調系統(tǒng)為突出約占整個建筑能耗的35%以上因此研究空對高度超過10m的高大空間如果采用傳統(tǒng)的全調系統(tǒng)的節(jié)能設計方案就顯得尤為重要?？照{系統(tǒng)就需要對上部的非工作區(qū)進行空調處理這1.1熱電冷三聯供系統(tǒng)既沒有中國煤化工用分層空調系統(tǒng)只考據1997年統(tǒng)計我國電廠熱效率為32.95%電慮空調CNMH(調區(qū)域對它的影響廠供熱效率為83.68%能源轉換總效率為38.07%。而不需要對整個高大空間的全部負荷進行完整考慮,收稿日期2002-04-20作者簡介趙聲萍1977-)女云南昭通人重慶大學碩士研究生。主要從事建筑消防工程理論與技術的研究。第25卷第8期趙聲萍等:空調系統(tǒng)的節(jié)能方案故較之全空調系統(tǒng)更加節(jié)能。減小空調冷熱負荷也不失為一個有效的節(jié)能手段。長江三峽電站發(fā)電機房長39.0m、寬38.3m、高2.1節(jié)能型墻體38.7m設計時就采用了分層空調系統(tǒng)。由于只考慮采用傳熱系數小、熱惰性大的墻體材料可有效降對底層的人員活動區(qū)域進行空調處理所以對頂部的低圍護結構冷熱負荷。常用的節(jié)能型墻體有加氣混非空調區(qū)域在左側墻上部安裝側送式軸流風機、右側凝土外墻、磚墻內保溫外墻、粘土空心磚內保溫外墻、屋頂安裝排風機通過通風換氣帶走部分非空調區(qū)的外保溫外墻和夾心保溫外墻等。墻體外保溫技術還可室內冷熱負荷及部分外圍護結構的傳熱量減少它們有效防止熱橋現象并且不占室內空間因此開發(fā)高效對空調區(qū)域的輻射轉移量。通過控制空調送風口的送節(jié)能的外保溫墻體應是節(jié)能型墻體的發(fā)展方向風溫度和速度來保證空調區(qū)域溫度場和速度場的均勻2.2性能優(yōu)越的窗戶材料性實現節(jié)能運行。外窗得熱是太陽輻射熱負荷的主要部分。采用性能1.4冷媒自然循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)越的玻璃材料不僅可以有效減少室內熱負荷而且可冷媒自然循環(huán)系統(tǒng)的最大特點是利用工質密度差以為設計師與設備師的合作提供一個更大的共享空間作為驅動力因此就不需要壓縮機作為動力源相應的用于窗結構的節(jié)能材料主要有透明絕熱材料透明熱反也就不需要電力輸入、沒有效率轉換可實現高效的節(jié)射薄膜以及光譜自調制涂層。另外外遮陽的靈活利用能運行。如表1所示與常規(guī)空調系統(tǒng)相比冷媒自然也可為建筑節(jié)能提供有效保證如我國南方地區(qū)夏季炎循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)越性是顯而易見的。熱可設置固定外遮陽減少進入室內的太陽輻射長江流表1冷媒自然循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能運行情況比較%域地區(qū)冬冷夏熱則應設置活動外遮陽以利于夏季阻擋媒自然太陽輻射而在冬季則有效利用太陽輻射北方寒冷地區(qū)項目集中式分散式循環(huán)系統(tǒng)為了有效利用太陽輻射則不應設置外遮陽。冷熱源裝2.3節(jié)能型屋頂116機容量現在的建筑屋面多為平屋頂設計從節(jié)能角度而耗電量言這是不合理的。坡屋頂可利用閣樓通風換熱倒置運行成本100式屋面則有利于防水和提高其耐久性?？傊l(fā)展輕注表中數據按1萬m2辦公樓面積計算。質高效、不吸水或少吸水的保溫材料作為屋面保溫隔1.5地板輻射供熱熱層采用微通風構造以利于排除濕氣等措施應是節(jié)傳統(tǒng)的供熱方式是將散熱器沿外墻安裝在窗戶下能型屋面的發(fā)展方向邊但是這種散熱方式存在著2大熱損失散熱器背面的墻體會被過分加熱而這部分熱量會通過外墻無3空調系統(tǒng)的節(jié)能控制益地損失掉ρ熱空氣的上浮特性會使溫度沿高度分自動控制技術是使空調系統(tǒng)能夠高效節(jié)能運行的布不均于是在房間頂部形成熱空氣的停滯層造成上不可或缺的組成部分部區(qū)域過熱的無謂浪費。隨著電子技術、計算機和網絡技術的提高空調系統(tǒng)若采用地板輻射供熱方式則可以避免傳統(tǒng)供熱方的控制技術在軟、硬件方面都有了迅猛發(fā)展。例如江森式的2大熱損失。另外由于人體足部是主要的熱敏公司的 Mestas中央監(jiān)控系統(tǒng)以 Microsoft window作為感區(qū)為了避免過熱造成無謂的能量損失采用地板輻開發(fā)平臺人機界面友好使用了分布于整個網絡、面向射供熱后可將供熱溫度降低2℃。由于降低了室內目標的軟件體系。傳感器的數據可以共享并傳遞到操作供熱溫度因此減少了室內外溫差,節(jié)能11.4%4。站實現系統(tǒng)的實時監(jiān)控及長時間的統(tǒng)計分柢如繪制運行趨勢2采用先進的圍護結構中國煤化工)保證系統(tǒng)節(jié)能運行。另外聞CNMHG蒼理人員可看到故障《建筑節(jié)能九五"計劃和2010年規(guī)劃》提出了實發(fā)生的趨勢變化從而防患于未然。又如國外在高層辦現建筑節(jié)能50%的發(fā)展目標。如果僅依靠改進暖通公建筑中所采用的利用用戶傳感器控制衛(wèi)生間、走廊等空調設備的性能、采用合理的空調系統(tǒng)的單一措施是公共區(qū)域的照明和通風系統(tǒng)可實現節(jié)能10%。再如通很難達到這一目標的為此采用先進的圍護結構材料,過在線檢測新回風的O濃度采用滿足需要通風控制重慶大學學報(自然科學版)2002年Demand( ontrol ventilation)既能滿足 ASHRAE Standard并不一定能夠組建一個節(jié)能系統(tǒng)。62-198R的通風新標準又能達到節(jié)能的目的5一個針對以上情況,方面我們可以對已有的典型暖通可靠、精確、具有智能功能的計算杋檢測與控制系統(tǒng)應該空調系統(tǒng)進行實測統(tǒng)計建立熱舒適標準旳相關數據庫可以依據室外氣象條件與室內熱濕負荷在滿足使用要在資金允許的情況下研究符合我國具體國情的熱舒適求的前提下確定最佳節(jié)能溫、濕度控制方案和最節(jié)能的標準進行補充最終發(fā)展一個中國式標準為設計計算及空氣處理過程使空調系統(tǒng)自動運行在最節(jié)能工況下。相關研究提供基本保證。另一方面我們應采用動態(tài)設采用先進的控制設備也可以大大提高空調系統(tǒng)的計的方法應用計算機輔助系統(tǒng)分析、能耗分析、計算流運行效率。例如可編程恒溫控制閥是目前設定控制溫體力學的工程應用、計算網絡等新的設計工具設計系度的新型產品它可以通過改變程序來設定、改變和存統(tǒng)實現系統(tǒng)中各設備的最佳匹配、節(jié)能運行。儲多個數據。暖通空調系統(tǒng)使用者可根據個人需要設4.2在實際推廣使用中的一些問題置每月甚至每天的控制程序讓空調系統(tǒng)按預定的要求各種節(jié)能空調系統(tǒng)的優(yōu)越性是顯而易見的但其工作在保證熱舒適的前提下節(jié)能10%6又如中仍存在著許多問題有待解決其中尤為突出的是投個直接數字式控制器DDC)可以滿足空調系統(tǒng)的傳統(tǒng)資問題。控制方式需要多個控制器、繁復的接線才能實現的聯例如蓄冰空調系統(tǒng)由于增加了蓄冰裝置而且夜動控制、延遲控制、切換等多種功能的要求。與傳統(tǒng)的間蓄冰白天供冷較直接供冷方式耗能多因此就投資控制系統(tǒng)相比在控制內容及規(guī)模相同的前提下DDC商而言這一系統(tǒng)形式并不節(jié)省投資。但是如果囯家的總成本大大減低而且其功能的多樣性控制的靈活利用相關政策加以引導電力部門進一步降低夜間的性更是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所望塵莫及的。低谷電價甚至補償一定的初投資費用那么將會出現開發(fā)并利用功能強大、界面友好的控制軟件也是投資商和國家共同獲益的雙贏局面。保證空調系統(tǒng)節(jié)能運行的有效措施。例如采用自適又如地板輻射供熱方式雖然比傳統(tǒng)的供熱方式應控制與模糊控制等髙級控制軟件減少調試工作量,熱效率高、節(jié)能,但是其初投資約為100~-120元/提高控制精度從而擴大溫、濕度的允許控制范圍達相當于傳統(tǒng)的供熱方式的4倍多。如果在設計中考慮到優(yōu)化節(jié)能的目的利用地面向下的傳熱量取消保溫層則可減少下層樓4采用節(jié)能方案中的一些問題板中的盤管數大大降低造價另外風冷熱泵系統(tǒng)同樣是一個節(jié)能系統(tǒng)但是由4.1設計偏大的問題于其冬季岀霜的控制問題室外側散熱面積是傳統(tǒng)散長期以來我國在暖通空調系統(tǒng)的設計上面往往熱器的散熱面積的2倍大大提高了此系統(tǒng)的工程造過于保守結果是設備選型偏大出現大馬拉小車”的價影響了它的推廣使用。例如某寫字樓供冷量為問題造成巨大的投資與運行浪費究其原因主要有以420萬k/h供熱量為210萬k/h采用風冷熱泵系統(tǒng)下2方面或水冷機組與電熱水器聯合供冷供熱的方式2個系1)熱舒適標準不適宜。我國目前所使用的空調統(tǒng)的方案比較如下熱舒適標準是源于歐美發(fā)達國家這些國家是以白種1)初投資:見表2。人為試驗對象其氣候環(huán)境、人民的生活消費水平、生表2不同系統(tǒng)的初投資比較活習慣和飲食結構、人體體形系數和體表面積等與中方案風冷熱泵系統(tǒng)水冷機組與電熱水器聯供國人都有很大差異。因此不加深究的借用往往是不適主機:180萬元水冷螺桿機組:70萬元Lw功率300kW合我國國情的。設備情況中國煤化工冷卻水泵10萬元2)設計計算方法不當。目前設計人員往往采用CNMHGkW靜態(tài)的設計方法組建空調系統(tǒng)即通過負荷計算選擇電微小器143萬元功率600kW一臺臺孤立的設備組建系統(tǒng)。但是這樣組建的系統(tǒng)各電增容費24萬元臺設備的運行特性曲線在運行工況下并不一定能很好總投資197.2萬元118萬元地吻合?？梢娂词姑恳慌_設備均是節(jié)能型產品,它們注電增容費為400元/kVA。第25卷第8期趙聲萍等:空調系統(tǒng)的節(jié)能方案952)年運行費能耗大的現狀這種以有效利用能源為節(jié)能目標的觀冬夏兩季均按3個月每月運行20a每天工作8h念轉變無疑是我國暖通空調行業(yè)的一大機遇。計當地電價0.60元/kWh則水冷機組與電熱水器聯供方式的運行費比風冷熱泵系統(tǒng)多5.184萬元/a。參考文獻:3)回收年限1 JAY ALTHOF, EUGENE SMITHART, JANEN=(197.2-118y5.184=15.28aSIDEBOTTOM. The HVAC Response to the energy可見由于風冷熱泵系統(tǒng)的初投資太高所以它的Change j] ashare Journal 2001 (5):40-43節(jié)能優(yōu)越性就受到了很大影響。[2]李先瑞郎四維.熱泵的現狀與發(fā)展[J]暖通空調新技節(jié)能型暖通空調系統(tǒng)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Φ切g1999(2)24-28其中存在的技術問題應引起充分重視。只有有效解決[3]龍維定試論建筑節(jié)能的新觀念[J1暖通空調,1999(1)31-34了技術難題系統(tǒng)造價下降到一個可接受的范圍該系【4]楊富強周磊,美國建筑節(jié)能現狀J建筑節(jié)能19統(tǒng)才能得到廣泛應用真正做到創(chuàng)利于民、節(jié)能于國。(2)24-305結束語[5]晉欣橋王盛衛(wèi)夏清.滿足新標準 ASHRAE Standard621989R空調系統(tǒng)的實時控制J]暖通空調,199隨著節(jié)能技術的日臻完善空調的節(jié)能目標已由昔日的以犧牲舒適性標準或降低空氣質量要求來實現[6] OFER PITTEL, PAUL EHRLICH. New Guidelines for節(jié)能轉變?yōu)樵诒ＷC舒適要求的前提下以提高能源利Specifying dDc system J ]. ASHARE Journal, 2001用率來實現節(jié)能。針對我國能源利用率低、暖通空調(7)31-33Strategies for Energy-saving of Air-conditioning SystemsZHAO Sheng-ping, ZHENG Jie, CHUAN Gang(1. College of Urban Construction and Environment Engineering Chongqing University Chongqing 400045, China2. Chongqing Jiaotong University Chongqing 400041, ChinaAbstract The building energy consumption is one of the major problems concerned by all the countries in the worldIn the integral building systems the consumption of the hvav systems is more than 35 percent of the total buildingconsumption. So it is important to study the strategies of energy-saving for air-conditioning systems. This paperexplains some efficient and energy-saving HVAC systems such as ice-storage air-conditioning system and underfloorLir-conditioning system , and presents the strategies to accomplish the energy-saving purpose by using materials ofenergy-saving for enclosure structure and proper control systems. Some problems on the conservation of design andthe difficulties in practical operation of energy-saving air-conditioning systems in exiting are discussedKey words building energy consumption i energy-saving i HVAC i enclosure structure責任編輯陳移峰)中國煤化工CNMHG