建筑中央空调能耗现状及节能措施研究

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建筑中央空调能耗现状及节能措施研究

摘要能耗控制是现代社会发展的主题之一,为各国、各地区广泛重视。我国社会能耗总量大、单位面积能耗也较高,设法给予优化十分必要。基于此,本文以建筑中央空调能耗现状作为切入点,简述建筑中央空调能耗占比以及其增长情况,再以此为基础,重点论述建筑中央空調节能措施,给出冷负荷的合理确定、闭路水循环降温系统等内容,以期通过分析明晰理论,为后续工作提供参考。

关键词中央空调;冷负荷;水输送系统;闭路水循环

前言

中央空调系统由一个或多个冷热源系统和多个空气调节系统组成,该系统通过集中处理空气达到调节温度的目的。部分中央空调采用液体气化制冷的原理,为空气调节系统提供所需冷量,用以抵消室内环境的冷负荷;制热系统为空气调节系统提供所需热量,用以抵消室内环境热负荷。中央空调的大量使用显著增加了建筑能耗,分析其能耗现状及节能措施具有较为突出的现实意义。

1 建筑中央空调能耗现状

1.1 建筑中央空调能耗占比

建筑中央空调能耗,属于建筑能耗的一种,建筑能耗包括建筑生命周期内各方面的消耗,涵盖建筑建设、维护等各环节,包括采暖、降温(这两类作业借助空调实现)、通风、水电供应、公共消耗(比如电梯)等各类作业。2017年的调查资料显示,我国建筑能耗占据社会总能耗大约四分之一,而采暖、降温、照明、水电供应四大类能耗则占据建筑总能耗的70%-80%。另一组统计资料显示,目前发达国家建筑能耗占据社会总能耗的比例普遍在15%左右,采暖、降温、照明、水电供应四大类能耗占据建筑总能耗的大约60%-65%。此外,我国中央空调单位面积能耗情况也不够理想,研究人员在针对上海市、江苏省、浙江省等省市的调查中发现,我国中央空调单位能耗超过德国2.8倍,相当于日本的2.7倍、美国的2.5倍,这也为后续节能工作提出了较高要求[1]。

1.2 建筑中央空调能耗增长情况

现代建筑在追求基本功能的同时,也在寻求附加功能的提升,这使建筑中央空调得到了大范围的应用,其能耗增长情况也因此较为明显。研究人员收集了我国近15年的统计数据,结果上看,以采暖、降温为核心的空调作业能耗增长率约在10%左右,该速率相当于德国的1.4倍、美国的1.37倍、日本的1.43倍,且仍存在进一步增加的趋势,一方面反映了我国居民生活水平的提高,另一方面也对节能作业提出了新的工作要求。此外,研究人员就部分商业用途的中央空调能耗情况进行了深入分析,结果上看,我国商场、写字楼中央空调能耗情况和增长态势并不乐观。如上海市某地写字楼,一层内有办公室8间,但实际进行办工

作业的只有两间,中央空调却需要完全开放,造成了不必要的电能浪费。这一问题也应给予重视和处理。总体来看,商用空调占据建筑能耗比例一般在50%-65%左右,其增长率则超过17%[2]。

2 建筑中央空调节能措施

2016年4月,辽宁省大连市某地进行商民两用建筑建设,在进行空调安装时,设计人员从建筑节能、空调节能角度出发,提出了新的思路和方案如下:

2.1 冷负荷的合理确定

大连地区滨海,属于典型的温带季风气候,冬季集中进行供暖,因此建筑中央空调主要用于夏季室内降温。在此前的工作中,大部分建筑中央空调取模式化建设方案,不对工作细节做针对性调整,冷负荷的选取也不够理想,容易造成工作参数不合理、能耗多的问题。本次空调施工方案的拟定过程中,设计人员采用了模型匹配法原则,收集了同纬度、同气候条件、同类建筑(商民两用建筑)的一般性资料,对冷负荷的基本要求进行了分析,共收集样本71件,在此基础上,获取建筑平均制冷温度为20.1℃,最低18℃、最高24℃,在此基础上,结合大连地区气候特点,拟定中央空调工作温度参数为20℃,并进行了制冷机、循环泵、风机盘管等型号,使中央空调的冷负荷和实际工作要求高度匹配,实现节能大约9.1%(较平均值)。

2.2 优化水输送系统

水输送系统在中央空调的工作中价值突出,此前大连地区多采用开式冷却水系统,水需要克服流通阻力,冷却水流动的水位差也进一步增加了空调能耗。本次工程中,设计人员采用将水管与冷却水泵直接连接的方式,水泵作业产生的机械能为水流提供了动力,也有助于克服水位差,空调的能耗得以降低大约4.2%。此外,设计人员额外进行了阀门和过滤器的应用分析,一般商民两用建筑的中央空调会设置较多阀门和过滤器,以实现不同用户对空调机的使用控制、过滤沉淀物,但阀门和过滤器的存在增加了空调能耗,包括水阻力增加、支路水流量补充消耗等,设计人员在此基础上减少了阀门和过滤器数目,应用较多的弧线管道设计降低系统对阀门的需要,水过滤则在注水环节给予处理,实现能耗降低2.8%。

2.3 闭路水循环辅助降温

闭路水循环降温系统是指在原有空调基础上,额外加设管道,将管道布置在每个楼层的天花板处,管道内注入清水,提供少许动力使水流在封闭管道内流通,通过水冷却的方式辅助进行室内降温。该设计理念下,技术人员选取了长35m、内径8cm的管道,注入相当于管道容积60%的清水,将管道动力泵与空调机工作系统连接在一起,空调启动的同时,动力泵通过小型螺旋桨向管道内水流提供少许动力,3-4min后,水流开始循环流动,去除管道动力泵的能耗后,可额外降低制冷能耗大约2.9%。

3 结束语

综上,包括我国在内,目前世界各国建筑中央空调能耗总量均较大,增长态势上,我国则比较突出,年空调能耗增长率在10%以上,占据建筑总能耗的27%,要求设法实现中央空调节能。结合当前一般性工作资料,可行方式包括合理确定冷负荷、优化水输送系统等,结合实践应用成果来看,闭路水循环辅助降温也具有一定的可行性,可以作为后续中央空调节能的举措之一加以推行。

参考文献

[1] 许晓瑜.中央空调系统运行能耗优劣状态的判定指标[J].建筑节能,2018,46(02):42-44,104.

[2] 韩成浩,李慧静.浅谈国内外中央空调发展现状及发展趋势[J].吉林工程技术师范学院学报,2017,33(04):88-90.

李浩(1990-),男,籍贯河北衡水人;毕业院校:武汉工程大学,学历:本科,职称:助理工程师,研究方向:热能与动力工程制冷与低温。

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