中央空调系统的节能设计与运行维护

中央空调系统的节能设计与运行维护摘要随着我国经济的飞速发展，中央空调得以迅速普及。而作为建筑能耗的重要组成部分，目前我国中央空调系统存在能耗过高，能源浪费严重的问题。如何提高中央空调的利用率，降低能耗已经成为了亟待解决的问题。本文从优化空调系统设计和空调的运行维护两个方面分别提出了几种可行性较高的节能措施，为相关中央空调的设计提供参考。关键词：中央空调系统，节能，优化设计，运行维护AbstractWiththerapideconomicdevelopmentofourcountry,thecentralairconditioningspreadrapidly.Asanimportantpartofbuildingenergyconsumption,thecentralairconditioningsystemconsumestoomuchenergyandwasteenergyseriously.Howtoimprovetheutilizationrateofthecentralairconditioningandreducetheenergyconsumptionhasbecomeaprimaryproblem.Thisarticleputsforwardseveralfeasibleenergy-savingmeasuresbasedonoptimizationofHVACsystemdesignandthemaintenanceofHVACsystem,andprovidesareferenceforrelevantcentralairconditioningdesign.Keywords：HVACsystem,energy-saving,Optimaldesign,Operationmaintenance1前言得益于我国经济的迅速发展，人民的生活水平也在日益提高。中央空调系统能很大程度上改善我们的室内居住环境，因此得到了广泛地推广与应用。另一方面，可再生能源、环境问题、热岛效应、全球变暖和二氧化碳排放已经成为了一个全球性的问题[1]。而在我国，由于能源利用率较低，浪费量巨大，能源问题更是日趋严重。我国建筑能耗已达到了全国总能耗的25%，并会进一步提高，在建筑能耗中，中央空调的能耗占据了50%左右[2-3]。在一些大型建筑中，中央空调系统的设计及管理方面有很多不足之处，导致能源利用率很低，建筑能耗过高，也带来了一些相应的环境破坏问题[4]，因此中央空调系统节能改进的意义重大。2节能措施2.1中央空调系统的优化设计2.1.1合理设计室内参数合理设计室内参数，对中央空调的节能有着重要的意义[5]。有关研究表明，夏季室内设计温度每提高2度，可以节能20%以上[6-7]，因而在满足人体要求的情况下，夏季室内温度应尽量提高，冬季应尽量降低。另外与室外温差过大，也不利于人体健康[5]。另一方面，在实际空调设计中，为了保险起见，设计方总是选取较大的冷热负荷，不仅造成设备选型负荷偏大，运行成本增加，而且会使得空调机组长期在低负荷下工作，降低效率，提高能耗。因此我们必须在准确计算负荷的情况下，选择适宜的空调机组，提高机组的效率。2.1.2增大冷冻水温差人体对温度及湿度的感觉有一个舒适区域，在这个区域内人的舒适感没有明显改变，但系统的耗能却有较大幅度的变化。根据施敏琪等人《冷水侧和冷却水侧大温差设计》对上海中保大厦空调系统改造研究如下：上海中保大厦位于上海市浦东的一座高38层、建筑面积为7.3万平方米的5A智能化办公楼。选用特灵2台1000Ton和1台500Ton的冷水机组，由于采用大温差（冷冻水温差为6.8℃）小流量系统设计，一方面节省了空调水系统的初投资，另一方面也降低了空调水系统的整体能耗，据计算每年可节约人民币约52.6万元[8]。所以在满足人体舒适性的情况下，应尽量增大冷冻水的供回水温差，这样不仅能减少流量，减小冷冻水系统的管径，节省初投资，也可以降低输送过程中的能耗[9]。需要注意的是冷冻水供回水温差的增大会一定程度上对空调系统的末端设备产生影响，但从整个系统的角度而言，节省的能耗大于增大的能耗，所以具有一定的节能效益。2.1.3采用低温送风技术有关实验表明，采用6℃的低温送风系统与采用16℃的送风的常规空调系统相比，风量可以降低50%，可以节省约30%的送风系统投资，而相应的风机功率也可以降低48%左右[8]，与常规空调系统采用10-15℃送风温度相比，低温送风空调系统降低了送风温度，一般采用4-10℃送风。采用低温送风技术，可以显著减少输送的介质流量，从而减小送风系统的管路尺寸和输送设备的能耗，可以看出采用低温送风技术可以显著节省系统投资降低能耗。而低温送风系统中送风口的结露现象也可以通过一些新材料和新技术解决除了采用独立新风系统外，应用超疏水表面技术，增加疏水表面强度都可以解决这一问题[9]。2.1.4采用CO2传感器控制新风量我国的采暖通风与空气调节设计规范中规定，不吸烟的情况下一般办公室每人的新风量为20-30m/h，高级办公室为每人35-50m/h[10]。一般情况下，在空调系统的设计过程中，我们是根据可能出现的最大的人数来确定新风量的。但实际运行中，大部分时候室内人数都达不到最大值。这样的情况下，如果依旧按最大新风量供应就会造成很大的浪费。而若采用人工根据室内人数调节新风量很难实现，所以现在越来越多的采用CO2传感器自动调节新风量来解决这一问题。采用CO2传感器可以探测室内CO2浓度，从而得知室内人数，进而根据人数自动调节新风量，这样可以很大程度上降低新风量的能耗。2.2中央空调系统的节能运行与维护2.2.1合理科学地组合冷水机组根据相关实验，对于固定转速离心机组的冷水系统而言，160冷吨的负荷可以由一台400冷吨的机组加载至40%承担，这种运行方法能耗约为144KW；也可以由两台400冷吨的机组加载至20%承担，而该运行方法能耗则达到了惊人的194KW，能耗提升了34.7%，可以看出由于机组运行负荷较低，机组的效率明显下降[11]。一般而言，中央空调冷水系统中都有多台机组，机组运行时应注意记录相关参数，并将各种参数汇总分析，从而对不同机组进行性能评估，再根据不同的运行条件进行机组的最佳运行组合。在掌握机组性能的前提下，根据空调实际负荷调节主机台数或选择主机功率，对于空调系统的节能有着非常显著的效果。2.2.2加强设备维护保养，减少油污灰尘污染蒸发器管壁上的油污每增加0.1mm，就相当于增加了32mm的管壁，严重恶化换热环境，使得蒸发温度升高降低产冷量，而冷疑器的污垢每增加0.1mm，同时就会降低30%的热交换效率，相应地增加5%-8%的耗电量[11]，所以要及时清除油污。另外，要注意检查压缩机油路，压缩机油路堵塞会使得压缩机油温过高，提高排气温度和冷凝压力，从而降低产冷量，增加能耗。对于周边环境不好的空调系统工程，要注意减少灰尘颗粒污染。空调系统吸入被污染的新风，新风中的污染物就会附着在新风过滤芯上，长时间沉积会导致通风不畅，降低热交换效率，同时还会导致新风量输送减少，影响室内空气质量，所以要及时清理新风过滤器更换新风过滤芯，让机组处于最佳运行状态，减少能耗。2.2.3预防和解决水系统结垢腐蚀问题某自来水公司的相关资料显示，水系统中生垢0.2-0.5mm，换热效率会降低25%-33%，相应产生的空调能耗增加为10%-15%，而当系统内平均污垢在0.5mm厚时，热交换效率会下降约30%。而对于水管的腐蚀，冷冻系统的速度约为0.48g/m2·h左右，冷却水系统的腐蚀速度约为0.6g/m2·h[12]。以这种速度，冷冻系统中壁厚3.33cm以下的管道只需四年左右就会大面积渗漏，而冷却水系统腐蚀得更快[13]。由于系统腐蚀产生的停工及更换相应设备以及管路的费用十分巨大，增加了二次投资。对于以上这两个问题，可以通过化学清洗和溢流排污等方法解决。如果不进行相应的措施，以最保守估计，每年生垢厚度0.2mm，则换热效率每年降低25%，电耗费用每年增加10%[13]。虽然化学清洗等处理方法会增加一些费用，但相比较增加的电能消耗及可能造成的停工情况及管路设备损坏，这些预防措施无疑是更经济更合理的投资[14-15]。3总结空调系统的节能潜力巨大，积极推进空调系统的节能改造，在资源日益紧张的今天，在节能降耗的大背景下，对降低建筑能耗，实现可持续发展具有十分重要的意义。本文针对现在空调设计及运行存在的一些导致能耗增加的问题，从优化空调系统设计及空调的运行与维护两个方面提出了几种可行性较高的解决方案。在分析比较相关资料数据后，可以得知这些方法可以降低空调系统的能耗达到节能的目的。而专业技术人员应在不同时期，从不同角度依据不同准则对中央空调的节能进行研究，挖掘节能潜力，采取合理的设计、正确的操作和科学的运行维护，有效地减少空调的能耗。参考文献[1]RajeshChedwal,JyotirmayMathur,GhanshyamDasAgarwal,ShivrajDhaka.EnergysavingpotentialthroughEnergyConservationBuildingCodeandadvanceenergyefficiencymeasuresinhotelbuildingsofJaipurCity.India.EnergyandBuildings,2015，92：282~295[2]郑振东，辛吉利.中央空调如何进行节能运行.民营科技，2010，(12)：241～242[3]周洪煜，陈小健，陈孜虎.变水量与变风量的中央空调节能控制策略.控制工程，2011，18（3）：474~478[4]张建成.论空调工程的节能优化.科技创新导报，2011，(5)：100~100[5]曾昭向，卢清华.中央空调节能技术分析与探讨.制冷与空调，2013,27（1）：45～48[6]李国瑞.中央空调节能系统分析及其控制.科技传播，2012，(9)：87~88[7]彭新一，李学强.中央空调节能系统分析和控制.广西师范大学学报:自然科学版，2011，29（2）：227~232[8]杨胤保.中央空调系统节能改造技术应用分析.科技广场，2012，(6)：83~87[9]肖文，刘浙华.中央空调节能措施研究.中国测试技术，2007，33（3）：47~49[10]肖占，王志坚，李田田.对中央空调系统节能的几点建议.中国西部科技，2009，(5)：31~52[11]朱友才.浅谈中央空调节能的方法.科技传播，2010，(8)：92~98[12]李金惠.中央空调的合理使用与节能降耗.建筑热能通风空调，2006，25（6）：57~60[13]黄强.9种不增投资的中央空调节能方法.工程装备，2009，(7):73~77[14]JanghooSeo,RyozoOoka,JeongTaiKim,YujinNam.OptimizationoftheHVACsystemdesigntominimizeprimaryenergydemand.EnergyandBuilding,2014，76：102~108[15]IvanZlatanovic,KostaGligorevic,SanjinIvanovic,NedzadRudonja.Energy-savingestimationmodelforhypermarketHVACsystemsapplications.EnergyandBuildings,2011，43：3353~3359