空调系统的节能运行探讨

空调系统的节能运行探讨
近年来，随着人们对生活品质以及节能意识的不断提高，空调在公共及民用建筑中的使用越来越普遍，空调能耗也愈来愈引起人们的重视。

据调查，目前，我国公共和民用建筑中空调总能耗约占建筑能耗的40％～50％，所谓建筑能耗是指建筑物使用过程中用于供暖、通风、空调、照明、家用电器、动力、烹调、给排水和热水供应的能耗。

随着我国的经济发展和气候变化，这一比例还将不断攀升。

公共和民用建筑空调系统的负荷主要来自围护结构和新风负荷，空调系统的能耗主要来自于三部分：1、空调冷热源；2、空调机组及末端设备；3、水或空气输送系统。

这三部分能耗中，冷热源能耗约占总能耗的一半左右，是空调节能的主要内容。

在空调系统的实际运行过程中，由于受气象条件等因素变化的影响，在多数的运行时间里空调负荷远小于设计负荷。

在空调系统设计中，由于受条件的制约及不可能完全采用同程系统，而异程系统在实际设计中，为了保证系统最不利环路末端的资用压头，所有其他空调设备末端的资用压头往往大于设计工况的需要值，特别是规模大建筑功能复杂的工程中，异程管线长，末端设备的阻力差异大及空调末端启停差异大的系统，在靠近冷热源位置的资用压头余量过大，往往出现流量分配偏离设计状态，导致系统水力失调，流量的偏差会产生冷热源近端的空调太凉或采暖太热的现象。

在这种情况下，不但不能保证使用功能，相反，还会造成能源上的浪费。

空调系统最根本的目标是实现对环境温度的调控，以满足人们对环境舒适度以及一些工艺性的要求。

在目前的空调系统中，一般采用定流量水力系统，通过对末端设备风量的分档控制来实现对目标区域环境温度的调节，如采用三速开关调节风机盘管风量以及通过变风量空调箱进行风量调节等。

这种调节是比较简单、粗略、以及分散式的，且在系统初调试合格后不需再对系统进行调节。

对于水系统，一般在热力入口或空调靠近冷（热）源环路的
部分管段上增设节流孔板来达到控制流量和压力的目的。

对大型空调系统而言，采用手动调节阀调节过程复杂，手动调节前端阀门，后端流量会受影响。

后端调整流量，前端流量又会变化，因此调节费时费力；对于复杂系统，要求调节阀门的技术人员经验丰富。

并且，一旦系统压力或负荷发生变化仍需要重新调整水力系统。

对于上述两种调整方法，都存在着能量的损耗，即采用增加局部阻力的方式来达到适应负荷变化的目的，而非采用改变机组出力工况来适应负荷变化。

从上面的分析我们可以看出，要使空调系统处以经济节能的运行状态，必须从空调冷热源、空调机组和末端设备、冷冻水系统、冷却水系统、管道控制调节部件等方面入手，达到空调系统节能运行的目的。

一、空调冷热源：空调冷热源是整个空调系统的心脏部位，也是高能耗部分。

随着控制技术的发展，不同类型的冷水机组都有较完善的自动控制调节装置，能随负荷变化自动调节运行状况，保持高效率运行。

对于溴化锂机组，可以根据负荷变化自动调节供给的蒸汽量，同时溶液泵采用变频控制，自动调节溶液循环量。

对于离心式冷水机组，当负荷发生变化时可通过进口导叶调节或变频调速调节，改变吸入的气体量，达到调节的目的。

对于螺杆式冷水机组，当负荷发生变化时可以通过机体内轴向移动，改变螺杆有效长度，从而改变吸入的气体量，实现连续调节。

对于上述三种类型冷水机组，就其本身来讲，已经达到了节能运行的要求，但对系统本身而言，并不是最节能的，也存在着固有的缺点，即这些机组设备与人们的工作生活同步运行，同时进入用电高峰，特别在夏季，用电负荷比较紧张的时候，这种缺点更加突出。

因此，从节能方面考虑，增加蓄能（冷）系统是比较合适的。

所谓蓄能（冷）系统是指：建筑物空调时所需冷负荷的全部或一部分在非使用空调时间内制备好，将其能量蓄存起来供空调时使用。

该系统所耗的总能量变化不大，但是可以在用电低峰时用电，而在高峰时不用或少用电能—平衡电网峰谷负荷。

采用蓄冷系统时，有两种负荷管理可考虑。

当电费价格在不同时间里有差别时，我们可以将全部负荷或部分负荷转移到廉价电费的时间里运
行。

这种方式比较适用于改造工程中利用原有的冷水机组，只需加设蓄冷设备和有关的辅助装置，但需注意原有冷水机组是否适用于蓄能（冷）系统。

这种方式也使用于特殊建筑物，需要瞬时大量释放冷量，如体育馆等建筑物。

在新建的建筑中，部分蓄能系统是最实用的，也是一种投资有效的负荷管理策略。

在这种负荷均衡的方法中，冷水机组连续运行，它在夜间用来制冷蓄存，在白天，利用蓄存的制冷量为建筑物提供制冷。

二、空调机组和末端设备：对于多数舒适性空调来说，并不需要十分严格的温度和湿度的控制。

变风量系统可以通过改变送到房间里去的风量的办法，来满足这些地方负荷变化的需要。

当然，整个系统的总送风量也在发生变化。

因此，变风量系统在运行中是一种节能的空调系统。

在一栋大型民用建筑中，各个朝向的房间一天中最大负荷并不出现在同一时刻。

对于定风量系统来说，由于它送到各个房间的风量和系统总风量都是固定的，因而只能按各房间的最大负荷来设计送风量。

而变风量系统则可以适应一天中同一时间各朝向房间的负荷并不都处于最大值的需要，空调系统输送的风量可以在建筑物各个朝向的房间之间进行转移，从而系统的总设计风量可以减少。

这样，空调设备的容量也可以减小，既可节省设备费的投资，也进一步降低了系统的运行能耗。

三、冷冻水系统：一般空调水系统的输配用电，在冬季供暖期间约占整个建筑动力用电的20％—25％；夏季供冷期间约占12％—24％，因此水系统节能也具有重要意义。

目前，空调水系统存在着一些问题，如水泵选型容量过大，水系统环路水力不平衡，对压差相差悬殊的回路未采取有效措施，因此水力、热力失调现象严重。

大流量、小温差现象普遍存在，设计中供、回水温差一般均取5℃，但实际运行时，供回水温差较好的为4℃，较差的为2—2.5℃，造成实际水流量比设计流量大，使水系统电耗大大增加。

水系统节能应从如下方面着手：设计人员应重视水系统设计，认真进行水系统各环路的设计计算，并采取相应措施保证各环路水力平衡。

推广变频调速水泵，冬、夏两用双速水泵等节能措施。

四、冷却水系统：冷却水系统节能运行的方法有如下两种：
首先是冷却水泵变速驱动，取消调节阀，使水泵特性与管路特性更好地匹配。

目前工程中常采用加调节阀的方法来调节冷却水系统的工作点。

调节阀本身的局部阻力以及管路阻力与水泵特性的配合差别，导致系统运行时调节阀上的压力降增大。

如采用变频水泵代替调节阀，冷却水泵运行能耗将得到有效降低。

其次是根据冷水机组冷凝器的冷却需求，调节冷却水流量，使系统在部分负荷工况下运行时，减少冷却水传输耗能。

冷水机组在部分负荷工作情况下，冷凝器所需换热量减少，如维持冷却水进出冷凝器的温差不变，则可以减少冷却水流量，即可大幅减少冷却水的能耗。

由于冷却水量的减少对冷凝器的换热有影响，故不能过多地减少冷却水流量。

五、管道控制调节部件：目前，空调系统管道控制调节部件一般为节流孔板、闸阀、截至阀、手动调节阀等部件，这些管道附件的开度在系统初调试时定位，在以后的运行过程中，基本上不作调整，不会随着运行工况的变化而变化，造成局部阻力增加，水泵等动力机械的能耗增加。

如能在热力入口或空调设备末端的设计流量确定后，根据流量及阀门处的压力变化范围选择动态平衡阀来代替节流孔板、闸阀等管道附件。

只要阀门处的压差变化在阀门的设计压力范围内，安上设置好的动态平衡阀即可使用，无需任何人为的调节。

动态平衡阀的工作原理是：通过改变平衡阀的阀芯的过流面积来适应阀门前后的变化，从而达到控制流量的目的。

动态平衡阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，具有在一定的压力范围内限制空调末端设备的最大流量、自动恒定流量的特点，在大型、复杂、空调负荷不恒定的工程中，简化了系统调试过程，并缩短了调试时间。

特别是在异程水系统中使用平衡阀，可以容易实现水力工况平衡、满足设计环境温度的要求，并且在空调系统的运行中末端设备可以不受其他末端的启停干扰。

在风机盘管系统中，动态平衡电动二通阀是区别于传统的电动二通阀的新一代产品。

它不但具有传统的电动二通阀的电动调节作用，即通过房间温
控器控制电动二通阀的开启和关闭来调节房间温度，还具有动态平衡的作用，即能在系统压力波动时始终维持电动二通阀开启时的流量保持不变，避免了传统的电动二通阀在系统处于部分负荷运行状态时由于压力波动较大从而使输送的水流量波动较大、温度控制误差较大、房间忽冷忽热的缺点。

动态平衡电动二通阀的工作原理等同于一个动态平衡阀与一个风机盘管电动二通阀的串联，在电动二通阀开启时，通过动态平衡阀的恒流作用使在系统压力波动时维持流经风机盘管的流量不变。

动态平衡阀和动态平衡电动二通阀的使用可以适应负荷的变化，既可以满足环境温度调控的要求又可以使水力机械动能得到有效利用，降低管路阻力，达到节能运行的目的。

综上所述，采用蓄能（冷）系统或以蓄能（冷）系统为辅助设备、变频水泵、变流量运行、动态平衡阀和动态平衡电动二通阀等技术可以有效地降低能耗，虽然采用上述技术会增加投资，但可以在1—2个运行周期内得到回收。

随着科学技术的不断发展，楼宇智能化控制技术日益成熟，可以在空调系统中合理设置采样点，将各种传感器、变送器以及控制器与楼宇自控系统相连，改变目前的分散控制、就地处理的控制模式为分散控制、集中管理的模式，从而大大提高系统对环境温度的调控能力，进一步加强对系统的管理，达到安全、节能、高效运行的目的。