建筑空调系统节能状况的研究

建筑空调系统节能状况的研究

陶全钟

中信建筑设计研究总院有限公司湖北省武汉市430014

摘要：近年来，随着我国城市化率的提高、产业结构的调整、人民收入的提高和生活水平的不断改善，建筑能耗逐年增长，建筑能耗占社会总能耗的比例也持续上升，从2000年到2014年，我国总建筑能耗増长了1倍左右，占全国总能耗的20%左右。国家建设部科技司研究表明，随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，到2020年我国建筑能耗比例最终将上升至35%左右。建筑能耗已经成为我国经济发展的软肋。而在建筑能耗中用于暖通空调系统的能耗占建筑能耗的40％左右，因此建筑空调系统节能的研究在建筑节能中占有非常重要的地位。

关键词：建筑能耗；空调系统；节能



引言：空调系统节能效益的实现是在保证室内人员舒适度的前提下节省空调设备的运行能耗。为保障建筑物极端负荷的需求，空调设备均是根据设计工况点选定。而在空调系统运行过程中，设计参数如室外气温、相对湿度、太阳辐射、人员密度等在全天的使用过程中均处于动态的过程，这就造成空调系统85%以上的时间运行在部分负荷下。因此，空调系统一旦选定并投入使用后，如何使空调系统合理运行已成为暖通空调专业设计人员、业主及运行维护人员必须面对的问题。这一问题的实质是如何在保证既有建筑空调系统高效运行的条件下降低运行的费用。

1影响建筑空调能耗的主要因素

影响建筑空调能耗的因素很多，目前最主要的影响因素包括以下几类。1.1建筑围护结构

围护结构作为建筑与室外空气连接的通道，对建筑空调系统的能耗具有重要影响。采用不同材质的外墙、外窗和屋面对建筑的负荷影响很大，应该尽量选择保温性能好的材料作为围护结构。此外，在保证采光的前提下，合理的窗墙比也能显著的降低空调系统的能耗。另外提高围护结构的气密性也能减少热损失，从而降低能耗。

1.2室内设计温度和运行设定温度

在室内设计温度的确定时，以夏季为例，在满足舒适性的要求下，应该尽量提高设计温度，这样可降低室内外温差，降低冷水机组的容量，从而降低能耗。另一方面，在运行使用时，也应尽可能地设定高的室内温度，这样能够减少设备的运行时间，节约能耗。

1.3空调冷热源

冷热源作为空调系统的主要耗能部分，对空调能耗影响巨大。冷热源选择的依据是建筑的冷热负荷要求。通过精确计算冷热负荷，采用小的安全系数来选择冷水机沮的容量，从而降低冷水机组和空调输配系统的能耗。同时使冷水机组的载荷情况在合理范围之内，并具有正常的运行调节能力。合理地选择冷热源对于降低能耗具有重要作用。

1.4变频技术

变频技术在空调能耗方面的应用主要有两种方式：一是冷水机组压缩机变频，根据末端负荷的变化来调整压缩机转速来达到降低能耗的目的。二是输送设备变频，冷水机组配套的风机采用变频风机，来匹配不同负荷要求，优化运行，从而降低能耗。

1.5热回收技术

新风热回收主要是通过收集空调系统中的排入大气环境中的废热来加以利用。新风机组主要处理的是室外空气，而室内环境由于新风的引入必然需要排除一部分空气，这部分空气的温度低于室外空气，直接排入大气会造成能量损失，采用热回收装置使新风在进入新风机组处理前与这部分排气进行换热预处理，可以减少新风机组的负荷，从而降低能耗。

冷凝热回收是将冷凝器侧直接排入室外的那部分热量利用的技术。空调系统设计中通常将37℃的冷却水经过冷却塔与室外空气换热变成32℃，如果将这部分热量通过板式换热器来预热生活热水必然可降低能耗，同时也能减少对环境的热排放。

2空调系统节能运行的改造技术

为实现空调系统的运行节能，对空调系统进行节能改造就很有必要。实际改造中，改造方案要在系统节能诊断的前提下，根据具体工程情况制定具体的改造措施。空调系统的节能运行方法因系统形式不同呈多样化，从大的方面来看，在满足一定的室内舒适度的前提下，达到空调系统节能运行的手段主要有以下几种方式：1.降低建筑物冷负荷，如：提高围护结构热工性能，提高室内设定温度等。2.采用合适的冷热源供给方式，如充分利用过渡季新风、可再生能源的利用等。3.变流量、变水温、变频等技术在运行中的合理应用。4.提升设备的工作效率，如冷凝器、蒸发器的清洗以保证部件性能的提升。5.降低新风能耗，如采用空气-空气能量回收装置。

3空调系统节能运行及研究综述

当前，空调系统中大部分节能工作都是着重于部件的节能或局部环路的节能措施。由于空调系统具有多环路、非线性、强耦合的系统特性，不能只见部件或个别环路而忽略系统。如果将“系统思考理念用于空调系统的节能改造，那效果肯定是现在用任何节能改造技术也不能相比的”。因此，如何利用现有的技术实现部件之间的有效整合，在满足人员舒适需求的前提下保证节能则是空调系统节能问题研究的重要方向。

4空调系统的节能控制

我国幅员辽阔，很多地区夏季炎热，较多的住宅和办公楼采取集中空调系统供冷，并且保持空调机组长时间的运行。这样保持统一功率或粗犷式的控制势必导致能源的流失，达不到节能降耗的目的。所以近几年，越来越多的写字楼和综合性建筑被设计为智能型建筑(IntelligentBuilding，IB)，人们希望通过智能化控制，分时分地段的进行供冷供热。这种新型的自动化控制方式日益成为研究者和建筑从业人员的关注焦点。

基于OPC系统的室内环境控制,OPC技术以微软公司的COM/DCOM(组件对象模型/分布式组件对象模型)技术为基础，为控制软件定义了一套标准的对象、接口和属性。通过这些对象接口，应用软件之间能够无缝地集成在一起，实现应用程序之间数据交换的标准化，从而极大地提高自动化系统、现场设备和商业办公系统的互操作性。在控制空调系统方面，OPC系统可以用自控手段对室内的温度、湿度和CO2浓度做出调节。由于人对于湿度和CO2浓度并不敏感，所以OPC系统中CO2浓度和湿度的目标值由管理员设定。用户自行设定的是温度的目标参数。通过该系统，可以实现对建筑物内的空调系统的智能化控制，对室内温度参数的动态化处理，实时的控制空调系统(其中最主要是对空调系统末端装置)的运行状态，使得空调系统更加节能。不仅如此，OPC系统良好的人机交互功能可以使用订阅的方式来读取数据，得到温度、湿度等。

5结论

目前，空调系统基本上已经是建筑物中必备的设施，在建筑节能中，由于暖通空调系统的节能占据主要部分，我们应当对系统的每一个部分都进行思考和改进，冷热源、热媒、设定参数，尤其是末端装置的智能化控制。从设备的角度改进，提升系统的整体性能，而从末端装置的智能化控制，可以改变人们对于该系统的认识，毕竟空调系统由人设置，也是服务于人的，所以行业从业者和研究人员应当更加关注暖通空调系统的自动化方面的研究。

参考文献

[1]任彬彬.寒冷地区多层办公建筑低能耗设计原型研究[D].天津大学,2014.

[2]李沁.重庆市公共建筑能耗定额方法研究[D].重庆大学,2014.

[3]黎剑林.商业城空调系统节能分析研究[D].华南理工大学,2014.

[4]盛雪.公共建筑空调系统节能检测评估方法研究[D].西南交通大学,2014.

[5]王帅.浅议暖通空调系统在建筑空调节能的有效措施[D].2015.