• 简介：空调系统的节能是一个系统工程，要求在能源利用的各个环节和系统从规划到运转的全过程中贯彻节能的观点，才可能达到节能的效果，如果在某个环节上造成了能源的浪费，整个系统也不能说是节能的。
• 关键字：维护结构,节能设计,冷热源,热泵,热回收
  

　　引言

　　随着社会的进步和人们生活水平的不断改善，空调建筑日益普遍，建筑能耗尤其是采暖通风空调能耗在不断的增加。而当今的能源和环境问题已成为制约社会发展的关键问题。建筑节能已成为迫切的任务。同时，人们对建筑环境的要求也越来越高。目前建筑业有两个主要问题需要解决，即降低建筑能耗和减轻环境污染。众所周知，空调的耗电量巨大，在建筑能耗中所占的比例最大，据统计，我国建筑能耗约占全国总能耗的35%，空调能耗又约占建筑能耗的50%～65%左右，空调系统的能耗严重加剧了我国当前能源的短缺。在建筑能耗占整个能源消耗的比例不断增加的现状下，尤其是当前世界“能源危机”日益紧迫的关头，空调建筑节能特别是建筑中的空调系统节能已成为节能领域中的一个重点和热点。因此，空调系统节能的意义非常重大，研究与处理耗空调系统的节能问题也显得尤为重要于迫切。

　　空调系统的节能是一个系统工程，要求在能源利用的各个环节和系统从规划到运转的全过程中贯彻节能的观点，才可能达到节能的效果，如果在某个环节上造成了能源的浪费，整个系统也不能说是节能的。

1 空调系统的节能设计

　　1.1 改善围护结构的保温性能

　　空调建筑中，通过围护结构传热产生的冷热负荷在空调负荷中占有很大的比重。建筑围护结构的保温性能直接影响到建筑物的年耗能量以及运行费用。从建筑体形来说，同样面积的建筑物，接近立方体的外表面积最小，可以节能。对于长方形的建筑物，朝向对空调负荷有相当的大的影响，长边（主要面）朝向西或东的比朝向南或北的大，最大设计冷负荷约大25%左右。

　　围护结构保温性能在建筑的节能中起着很重要的作用。采取遮阳、绝热等措施提高围护结构的隔热性能，可以减小由室内外温差而引起的热量交换，从而有效的减小空调冷热负荷，达到节能的目的。

　　在围护结构中，外窗对空调冷负荷有明显的影响。透过玻璃的日射得热冷负荷约占空调冷负荷的20%～30%，所以减少窗墙比——窗户面积与墙面积（包括窗面积）之比——可以减少热负荷和冷负荷，但减少到一定值时，会增加照明负荷，而反过来又增加了冷负荷。因此，要根据不同的地区相应的选择合适的窗墙比，以及采用镀膜反射玻璃或中空玻璃等，晚间可以采用保温窗帘。

　　此外夏季在建筑物外墙面种植多年生攀缘类植物后，室内环境温度较室外气温低约3～9℃，可降低墙体外表面(极端情况)约23℃，室内表面温度约0.8～1.7℃，可缓冲墙壁外表面昼夜温度剧变。并使有植物覆盖的房间室温较无植物覆盖的低约3℃，尤其在午后极端高温时，可降低室温6℃左右。并且绿化状态下室外环境温度可望降低约4℃,可减少空调负荷约12.7%；在中午高温时刻,峰值温降作用更为明显,可以达到6℃,减少空调负荷20%[1]。

　　1.2 合理确定室内温、湿度

　　假设空调室外计算参数为定值时，夏季空调室内空气计算温度和湿度越低，房间的计算冷负荷就越大，系统耗能也越大。通过研究证明，在不降低室内舒适度标准的前提下，合理组合室内空气设计参数可以收到明显的节能效果。

　　1.2.1 室内设计温度改变对空调能耗的影响。

　　以北京某4层办公楼为例进行的分析，采用冷负荷系数法计算出在不同室内设计温度tn下的设计空调冷负荷、湿负荷、制冷量以及以室内设计温度25℃为基准的节能率。由结果的变化规律可以看出随室内温度的变化，节能率呈线性规律变化，室内设计温度每提高1℃，空调系统将减少能耗约6%[2]。

　　1.2.2 相对湿度的改变对空调能耗的影响。

　　仍对前述北京的4层办公楼为例，当设定室内温度为定值，仅改变室内相对湿度，计算不同相对湿度下的节能率，可以得出：当相对湿度大于50%时，节能率随相对湿度呈线性规律变化。由于夏季室内设计相对湿度一般不会低于50%，所以以50%为基准，相对湿度每增加5%，节能10%，如表1所示。（其中：送风量 14kg/s）

不同相对湿度瞎的节能率

　　相对湿度（%） 40 45 50 55 60 65 70

　　hn (kJ/kg) 47.5 50 53 55.5 58.5 61 64

　　ho (kJ/kg) 40.5 43 46 48.5 51.5 54 57

　　hc (kJ/kg) 56.8 58.6 60.6 62.7 64.8 66.8 68.8

　　hL (kJ/kg) 31 35.7 40.2 44.5 48.8 52.8 57

　　制冷量 （kW） 361 321 286 255 224 196 165

　　节能率 （%） -26 -12 0 11 22 31 42

　　1.2.3 室内设计参数的优化组合。

　　通过以上分析可以很清楚地看到：室内空气温度对人的热舒适感影响很大，但对空调能耗的影响则比较小。而相对湿度对人的热舒适感影响很小，但是对空调的能耗影响很大。

　　综上所述，在确定室内设计参数时，为了保证较高的热舒适度，室内设计温度应取低一点，而在一定温度范围内，通过提高室内设计相对湿度的途径减少空调能耗。

　　1.3 采用变频系统

　　空调系统的能耗是由风系统和水系统的能耗组成的。在风系统中，风机的能耗占相当大的比例；而水系统中，节约水泵与冷水机组的能耗才是节能中最关键的部分。通常空调设备只能按照设计的额定工况运行，当系统的负荷降低时，设备仍然按照 额定功率全负荷输出运行，这就必然造成能量的浪费。如果我们使用变频技术使空调设备的输出功率随负荷的变化而变化，那么就可以起到良好的节能效果。

　　1.3.1 变风量空调系统（VAV）节能分析

　　在空调系统中风机能耗占相当大的比例，因变风量系统能随时跟踪建筑负荷的变化，及时调节送风量，从而可减少风机能耗，达到节能的目的；而且变风量系统便于分区调节，可满足不同房间的空调要求，因此，在商务楼宇的的设计中很适合采用。风机送风量调节方式很多，不同的控制方式节能效果也各不相同，有的方式节能效果高达49.7%[3]。

　　1.3.2 变水量空调系统

　　在空调系统中，一般来说冷水机组的能耗最大，因此降低冷水机组的能耗便成为空调系统节能降耗的最大问题。然而，一年之中，由于空调系统在部分负荷下运行的时间比较多，所以，如果能根据负荷的大小相应的改变系统的水量，就可以实现空调系统的节能。变水量系统就是通过水量控制的方法来调节温度的，所以它比定流量系统要节电、节能。

　　1.4 采用冰蓄冷系统

　　冰蓄冷技术是九十年代以来在国内外兴起的一门实用综合技术，可以对电网的电力起到移峰填谷的作用。各国的用电状况都不同程度的存在着电负荷峰谷差较大的情况，在用电高峰使电力供应不足，而在低峰时电力供应过剩。特别是近几年来，由于夏季用电处于高峰期，多数电网发生电荒，拉闸限电屡见报端。在实施电力峰谷电价差的地区，就可以利用晚上低电价时采用冰蓄冷系统将水制成冰来储存冷量，在中午高电价时段再将冷量从冰中释放出来，用来给房间供冷。这样将不仅对整个电力负荷的移峰填谷工作起很重要的作用，而且冰蓄冷系统还能够开发低谷用电、优化资源和保护生态环境，产生良好的经济效益。

　　1.5采用热泵

　　热泵是通过消耗一部分高品质能量把热量从低温热源转移到高温热源中的一种装置，把不能直接利用的热能转化为可利用的高位热能，从而节约部分高品质能。采用热泵机组，可使设备即可在夏季制冷，又可以在冬季供热，以及两用，设备利用率高。在使用时，热泵的性能系数COP（热泵的供冷/热量于输入功德比值）可以达到4左右，即在提供相同冷/热量的情况下，热泵要比机组更省电。同时由于热泵夏季不向外界排放废热，而是把热量储存在地下以备冬季使用，因此可以改善周围的环境，实现节能与环保的双重目的。作为一种有效利用低温热能的节能技术手段，热泵在今后必然会得到更多的应用。

　　1.6采用能量回收

　　热回收系统是回收建筑物内、外的余热/冷，并把回收的热/冷量作为供热/冷或其他设备的热/冷源而加以利用的系统。有研究表明，充分利用冷凝水回淋可以使机组的COP值由2.8提高到　　3.3[4]，从而达到节能的目的。

2 空调系统的节能运行

　　2.1 减少输送系统的能耗

　　空调系统中，空气与水通常是冷量载体。输送过程能耗包括：通过传热的冷量损失和输送过程的流动阻力损失。对于输送冷量的水系统或空气的管路系统，克服流动阻力的能量又转变为热量导致冷量损失。减少输送过程的能耗主要可以从以下方面着手：

　　a. 做好输送冷量的水管、风管的保温。

　　b. 精心设计、正确计算系统阻力，选择合适的泵与风机的型号与规格，切忌选择流量、扬程或全压过大的泵与风机，避免不必要的能量损失。

　　c. 在满足工艺和舒适条件下，应尽可能地增大送风温差和供回水温差。常规空调的冷冻水和冷却水温差为5℃，大温差系统冷冻水温度可增加到8～10℃，冷却水温差增加到8℃。常规的空调系统送风温差一般在6～10℃，最大不超过15℃，大温差系统的送风温差在14～20℃。大温差不仅可以减少输送过程的能耗，同时减少了管路的断面，从而降低了管路系统的初投资。

　　2.2 冷水机组的节能调节与运行方案

　　在空调系统中，冷水机组的能耗是最大的。实际测试表明，冷水机组的COP随部分负荷的大小和机型的不同而变化。存在冷水机组在部分负荷下运行COP值不高这个问题的原因是多方面的。众所周知，机组实际运行性能系数COP是由机组内部因素和外部条件共同影响的，而通常在部分负荷下运行时，其外部条件较满负荷时优越，环境温度相对较低。在不考虑传热性能变化影响的情况下，可充分利用环境温度的降低来降低冷凝温度、缩小压缩机的高低压力差以改善系统性能系数，COP最大能提高20%。许多研究者针对水冷冷水机组，从冷却水和冷水调节控制策略入手，获得了一些有效的优化运行的方法。

3 结语

　　随着空调应用的日益普及，空调领域作为耗能大户应从设计、运行等方面特别注意节能的问题，不断提高空调系统的节能水平，采用各种节能措施降低空调系统的运行能耗和费用，改善空调系统的节能效果，这对于节约能源、保护环境都具有十分重要的意义。从许多节能分析的文章可以看出，目前，我国的很多建筑中的空调系统都具有节能的潜力。只要经过不懈的努力，空调系统的节能就一定可以做得更好。