中央空调系统的节能评价及其节能措施探讨

中央空调系统的节能评价及其节能措施探讨

周慧

化工部长沙设计研究院周慧410116

摘要：目前，全国各地电力十分紧张，但所需能量也在迅速增长。在空调设计中应注意改善围护结构的热工性能和热设备的保温性能；空调系统方案要节约能源，充分回收能量，并尽可能利用天然能源，同时采取自控节能等措施。

关键词：中央空调系统；节能评价；节能

在我国，民用、公用及商用建筑的中央空调普遍存在着能耗高的问题，一般中央空调的能耗约占整个建筑总能耗的50％，而商场和综合大楼更高达60％以上，因此中央空调的节能改造显得非常重要，有着非常好的经济效益和社会效益。

1中央空调的工作原理

中央空调主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和冷却塔组成。制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。经蒸发后的制冷剂在冷凝剂中释放出热量，与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵将带来热量的冷却水送到冷却塔上，由水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换[1]。

2中央空调系统的节能评价

2.1建筑物热特性评价指数

建筑物围护结构的保温性能直接决定了空调房间的冷(热)负荷，若要节约中央空调系统的能耗，就必须改善围护结构的保温性能。现在许多国家提出了各种改善建筑保温性能的措施，并规定了围护结构最大传热系数。一些国家采用限制年负荷系数(PAL)。

2.2空调耗能系数(CEC)

CEC即为全年系统冷、热源耗能量与全年系统泵与风机耗能量之和，除以全年系统供热负荷、供冷负荷、新风冷负荷、新风热负荷之和。当采取节能措施，降低系统能耗时，CEC的值可判断中央空调系统的节能性。对不同规模(大、中、小)、不同地区(寒、温、热)的标准办公楼所做的设计以及利用计算机模拟求得CEC数值表明：基准型中央空调系统的CEC约在1.6左右，节能型中央空调系统的CEC可接近1.1。

3中央空调系统的节能措施

3.1制冷主机的节能运行

在空调系统中，主机能耗占总能耗60％以上，因此主机的节能运行是整个系统节能的重要环节。在空调系统设计中，主机都要按最大负荷进行设计，而空调系统对每个具体工况而言，都有一条最佳的特性曲线，满足这条曲线工作，主机效率最高，能耗最小，控制主机尽量满足其特性曲线，则可以达到节能的目的，常见的节能控制常有以下三种方法：

（1）启停最佳控制。空调装置消耗的电能等于装置运行的时间和装置的容量的乘积，如果运行时间减少，消耗的电能就会按比例下降。对大楼不同场所的空调负荷进行详细的调查分析，寻找最佳启停控制方式，将既能满足人们对空调环境的要求，又能符合节能的要求。管理人员可以针对办公室环境因素，制定多套节能运行方案[2]。

（2）合理选择主机功率。针对负荷分别选择主机功率，即根据空调实际负荷调节主机台数或选择主机功率。例如：广东某大厦采用了空调大主机和小主机组合的办法，即正常负荷高峰时使用大主机，18：00以后小负荷就改用空调小主机，其节电情况非常显著。

（3）参数选择。在中央空调设计时合理设定室内设计计算温度和湿度，避免夏季采用过低温度和冬季采用过高温度。设计中避免送风温度过低，因为当送风温度由18℃降到14℃时，在同样的房间温度下（26℃，相对湿度50％），处理新风的能耗会增加25％。因此，从健康、舒适、节能考虑，舒适性空调夏季室内设计温度比室外环境温度低5～8％为好，同时室内外相对湿度差也不宜太大。

3.2水泵的节能运行

由于水泵在设备选型时大都留有余量，因此水泵的出水侧阀门都不会全开，有的仅能开到1/2，这就造成了阀门的节流损失。同时由于阀门限制水量，使主机的制冷效果不理想，往往造成单机供冷不够，双机或多机时却在部分负荷下工作，造成大量的电能浪费。设计负荷运行时间约占总运行时间的6％～8％，水泵的能耗很大，约占空调系统总能耗量的15％～20％。为此，采用变频变流量系统，使输送能耗随流量的增减而增减，具有显著的节能效益。但须注意的是，设计变流量水系统时，必须注意到各末端装置的流量变化与负荷的改变并不是线性关系，所以应考虑系统的动态平衡和稳定的问题，才能达到节能的最佳效果。

3.3冷却塔的节能运行

冷却塔的能耗在空调系统中所占的比例虽然并不大，但由于其使用频率高，累计能耗还是十分可观的。冷却塔的设计是按全年最不利工况进行设计的，如何改善其工作状况，实现节能的目的，同样具有重要意义。冷却塔冷却能力的影响因素有循环水量、水温、诱导风量、当地空气干湿温度和空气中灰尘浓度等，在这些因素中，除空气中灰尘浓度无法控制要靠管理人员勤于清洗外，其它因素可以通过一些控制手段来改变冷却塔的工作状态，找出适合这些因素变化的最佳工作状况，从而达到节能目的。①温度控制：利用热敏电阻联接温度调节器，控制冷却塔风机电源的通断。热负荷变化时，通过热敏电阻的检测，发信号给调温计，控制风机的开停。热负荷低于某种程度，命令风机停止运转，热负荷升高，则再让风机启动，从而达到节能目的。此方法目前应用最普遍。②风机台数的控制：对并联配置的冷却塔而言，风量的调节可以通过风机台数控制来实现，根据实际需要来确定风机开启的台数[3]。

3.4降低辅助设备的运行耗能

近年来空调辅助设备(主要是风机和水泵)耗能的比率有升高的趋势，据美国的统计资料，它在公共建筑总能耗中占10％。其原因是为了解决室内空气品质问题，空调的送风量在增加，空气处理要求(如净化)在提高，这些都使耗能量增加辅助设备中风机能耗更是主要的能耗，根据计算机模拟计算，辅助设备能耗中，送风机、回风机和排风机的能耗平均占了83％，可见注意降低辅助设备的运行耗能是很重要的。可从不同方面来做到这一点：选用高率的风机和水泵；采用变速调节适应空调工况的变化；研究非设计工况下的系统特性等。最后一点尤其要重视，举例来说，在变风量系统中。为了末端装置的稳定工作，可控制总风道中恒定的静压。但是当所有的末端装置都在部分风量下工作时，所有末端装置的开度都减小，造成了普遍的节流损失。此时如能降低总风道的静压，就能提高所有末端装置的开度，使得节流损失降低这就是一种节能运行方法。

参考文献

[1]赵锁，储健.一种新的中央空调节能系统的设计与实现[J].控制与检测，2007，(11).

[2]深圳市鼎峰节能环保设备有限公司.中央空调节能方案[J].建筑节能，2008，(11)：76～78.

[3]卓明胜，梁荣光，许石高.现代大楼中央空调系统节能探[J].制冷，2004，(3)：79～81.

作者简介：周慧，1976.12湖南长沙人，工程师。长期从事暖通专业的设计工作。