空调节能技术分析应用

空调系统节能技术分析与应用
随着经济建设的快速发展以及人民群众对居住舒适性要求的提高，空调应用越来越普遍，而能源危机的到来使得能耗问题逐渐受到社会广泛关注。

据了解，一般中央空调系统能耗约占整个建筑总能耗的50％左右，对于商场和综合大楼可能要高达60％以上，因此空调节能具有重大意义。

空调系统能耗主要有两个方面，一方面是为了供给空气处理设备冷量和热量的冷热源能耗；另一方面是为了给房间送风和输送空调循环水，风机和水泵所消耗的电能。

冷热源能耗由建筑物所需供冷量和供热量决定，而建筑物空调需冷量和需热量的影响因素有室外气象参数，室内空调设计参数，外墙门窗的传热特性，室内人员、照明、设备的散热、散湿状况以及新风量等。

风机、水泵的输送能耗受所输送的空气量、水量和水系统、风系统的输送阻力影响，而风系统、水系统的流量和阻力的影响因素有系统形式、送风温差、供回水温差、送风和送水流速、空气处理设备和冷热源设备的阻力和效率等。

根据上述影响因素，空调节能技术措施总结为七个方面：减少冷热负荷、提高冷热源效率、利用自然冷源、减少水泵电耗、减少风机电耗、改进气流组织、改善控制。

一、空调节能技术措施总结
1、减少冷热负荷
冷热负荷是空调系统的设计依据，制冷机组、循环水泵、新风机组、风机盘管等规格型号的选择都是以冷热负荷为依据的。

如果能减少建筑的冷热负荷，不仅可以降低设备初投资，而且配电功率也会减少，从而使变配电设备初投资减少以及空调系统日常运行耗电量减少，运行费用降低。

因此，减少冷热负荷是商业建筑节能最根本的措施。

减少冷热负荷有以下一些具体措施：
（1）改善建筑的保温隔热性能
房间内冷热量的损失通过房间的墙体、门窗等传递出去的。

改善建筑的保温隔热性能可以直接有效地减少建筑物的冷热负荷。

而改善建筑的保温隔热性能可以从以下几个方面着手：
A.确定合适的窗墙面积比例；
B.不要盲目追求大窗户、全玻璃幕墙；
C.合理设计窗户遮阳；
（2）选择合理的室内设计参数
空调系统的意义在于创造一个舒适的室内空气环境，满足人们办公、学习、娱乐等的舒适及卫生要求。

如果夏季设计温度太低或冬季设计温度太高，都会增加空调冷热负荷。

在满足舒适要求的条件下，要尽量提高夏季的室内设计温度和相对湿度，尽量降低冬季的室内设计温度和相对湿度，避免能源的浪费。

（3）局部热源就地排除
在空调系统设计过程中，应考虑在发热量比较大的局部热源附近设置局部
排风，将设备散热量直接排出室外，防止热量散发到室内，以减少夏季的冷负荷。

（4）控制和正确使用新风
新风负荷占建筑物总负荷的20～30％，控制和正确使用新风是空调系统有效的节能措施之一。

除了严格控制新风量之外，还要合理利用新风。

过渡季或
冬季，有些房间仍需供冷，此时当室外空气焓值小于室内空气设计状态的焓值时，可采用室外新风为室内降温，这样可减少制冷主机的开启量，节省能耗。

2、提高冷源效率
相同条件下，制冷机组的蒸发温度越高、冷凝温度越低，其制冷系数越大。

因此，空调系统实际运行过程中不要使冷冻水温度太低、冷却水温度太高，否
则制冷系数就会较低，产生单位冷量所需消耗的能量多，耗电量高，增加建筑
的能耗。

提高冷源效率可采取以下一些措施：
（1）降低冷却水温度
根据经验，冷却水的供水温度每上升1℃，制冷机组的制冷系数下降约4%。

降低冷却水温度需要加强运行管理，停止的冷却塔的进出水管的阀门应该关闭，否则，来自停止运行的冷却塔的温度较高的水使混合后的水温升高，制冷机组
的制冷系数就会降低。

冷却塔使用一段时间后，应及时检修，否则冷却塔的效
率会下降，影响冷却水温度。

（2）提高冷冻水温度
根据经验，冷冻水的供水温度每提高1℃，制冷机组的制冷系数可提高3％
左右，所以在日常运行中不要盲目降低冷冻水温度。

例如，不要设置过低的冷
冻水设定温度；关闭停止运行的制冷机组的水阀，防止部分冷冻水走旁通管路，经过运行中的制冷机组的水量较少，冷冻水温度被制冷机组降低到过低的水平，影响机组的效率。

3、利用自然冷源
由于建筑室内的人员、照明灯光、电脑的设备的散热量的影响，在春秋季当室外空气温度较低时，室内空气温度仍然较高，仍需要供冷。

尤其是没有外墙、外窗的内区房间，即使在寒冷的冬季，由于室内的散热量没有途径散发到室外，室内仍需供冷。

这时，如果开启制冷机组，不但由于冷负荷小，机组运行效率低，而且需要消耗更多的能源，因此可以利用自然冷源为房间供冷。

利用自然冷源主要有两种途径，一种是地下水，另一种是过渡季和冬季的室外冷空气。

由于地下水常年保持在18℃左右的温度，所以地下水不仅可以在夏季作为冷却水为空调系统提供冷量，而且冬季还可以利用水源热泵机组为空调系统提供热量，这就是地源热泵空调系统。

另外，过渡季和冬季的室外冷空气，此时室外空气温度较低，可直接用于空调系统供冷。

室外冷空气的利用有两种方法：一是春秋季和冬季利用低温室外空气供冷，当室外空气温度较低时，可以直接将室外低温空气送至室内，为室内降温。

为
了能实现在春秋季利用低温室外空气供冷，空调系统设计时应考虑足够的新风
道引入室外新风。

第二种方法是利用冷却塔供冷，适合没有足够的新风道引入
室外新风。

具体方法是春秋季利用冷却塔将冷却水温度降低，再通过板式换热
器冷却冷冻循环水，再将降温的冷冻水送至末端设备，如风机盘管、空调机组，将冷量送到各个需要供冷的房间。

此外，冬夏季利用全热交换器回收冷热量，也可起到很大的节能作用。

为了保证室内空气品质，满足人们的舒适性要求，空调系统需要从室外引入一定量的新鲜空气，而将室内污染度高的空气排到室外。

而这部分排风的温度、湿度参数是室内的空调设计参数，冬季比室外空气热，夏季比室外空气冷。

通过全热交换器，将排风的冷热量传递给新风，可以回收排风冷热量的60～80％左右，有明显的节能作用。

4、减少水泵电耗
（1）冷却水开式系统改为闭式系统
开式冷却水系统中冷却水泵的扬程除了要克服冷却水在管道中的流动阻力外，还要提供将冷却水从冷却水池送至高位冷却塔克服水位高差所需要的能量。

如果取消冷却水池，将从冷却塔回来的水管直接接至冷却水泵的入口，这种冷却水系统称为闭式冷却水系统，冷却水泵就不需提供将冷却水从制冷机提升到冷却塔克服水位高差所需要的能量，只需提供能量克服冷却水在管道中流动的阻力，因此能够降低水泵扬程。

（2）减小阀门、过滤器阻力
阀门和过滤器是空调水系统中主要的阻力部件。

在空调系统的运行管理过程中，要定期清洗过滤器，如果过滤器被沉淀物堵塞，空调循环水流经过滤器的阻力会增加数倍。

阀门是调节管路阻力特性的部件，不同支路阻力不平衡时主要靠调节阀门开度来使各支路阻力平衡，以保证各个支路的水流量满足需要。

由于阀门的阻力会增加水泵的扬程和电耗，所以应尽量避免使用阀门调节阻力的方法。

实际工程中有很多不合理地调节阀门开度，造成水泵电耗的无谓浪费。

（3）提高水泵效率
水泵效率是指由原动机传到泵轴上的功率被流体利用的程度。

水泵的效率随水泵工作状态点的不同从0～最大效率（一般80％左右）变化。

在输送流体的要求相同时，即要求的输出功率相同的条件下，如果水泵的效率较低，那么就需要较大的输入功率，水泵的能耗就会较大。

因此，空调系统设计时要选择型号规格合适的水泵，使其工作在高效率状态点。

空调系统运行管理时，也要注意让水泵工作在高效率状态点。

（4）设定合适的空调系统水流量
空调系统的水流量是由空调冷热负荷与供回水温差决定的，即空调水供回
水温差越大，空调水流量越小，从而水泵的耗电量越小。

但是空调水流量减少，流经制冷机组的蒸发器时流速降低，引起换热系数降低，需要的换热面积增大，金属耗材增大。

实践证明，空调冷冻水的供回水温差4～6℃较经济合理，空调热水的供回水温差10℃较经济合理，大多数空调系统都按照5℃的冷冻水温差
和10℃空调热水温差的工况设计。

根据相关公式得出，空调循环水泵的耗电量与水流量的3次方成正比。

实
际工程中有很多空调系统的供回水温差只有2～3℃，如果将供回水温差提高到5℃，水流量将减少到原来的50％左右，而水泵耗电量将减少87.5％，节能效果非常明显。

但是实际工程中常出现如果减少水流量，有些房间就会出现夏季室温降不下来的情况，而不得不提高流量、降低温差来运行。

出现这种情况的原因是水系统中各个支路阻力不平衡，夏季过热的房间所属的支路阻力大，当流量减少时，阻力大的支路水流量减小到不能满足需要的程度，致使房间过热。

这种空调系统的运行是以增大流量和耗电量为代价的。

这就需要我们在设计时，考虑水系统各支路的阻力平衡问题，避免出现水力失衡的现象。

此外，水泵的变频也会带来节能效益。

室外空气温度、湿度参数在整个供
冷季和供暖季是在不断变化的，所以空调系统的冷热负荷在一年中也在不断变化。

空调的冷热负荷一年中变化很大，全年大部分时间的负荷只有最大负荷的50％左右。

如果通过使用变频调速水泵使水流量随冷热负荷变化，那么全年平
均的水量只有最大水流量的50％左右，水泵能耗只有定流量系统水泵能耗的12.5％，节能效果非常明显的。

需要注意的是，在应用变频技术时，要考虑制
冷机组的流量要求，如果机组要求定流量运行，那么需要在机组的入口设置定
流量阀门或者旁通支路；目前很多厂家的机组具有较宽的流量范围，在设计变
频时要注意这个范围，保证机组在允许的流量下运行。

5、降低风机电耗
降低风机能耗主要方法：定期清洗过滤、定期检修、检查皮带是否太松、工作点是否偏移、送风状态是否合适、风机变频。

6、改进气流组织
空调末端系统的送、回风口设置要合理，避免短路现象，另外，回风不宜采用吊顶回风。

因为，吊顶内的热空气使得冷负荷增大，增大了空调系统的能耗。

7、改善空调系统控制
目前很多建筑的空调系统没有设计自控，也有很多建筑的空调自控系统因年久失修而无法使用，这使得空调系统的运行管理很不方便。

特别是对于面积较大的商业建筑，运行管理人员连每天启停空调机组都没有足够的精力去实现，更不用说适时地调整空调机组的运行参数，使其节能运行。

因此很多商业建筑的空调机组在空调季节只得让它们全天24 小时运行。

如果为空调系统加装自控系统，即使是最简单的启停控制，也能极大地节省空调能耗。

二、空调节能技术措施分析与应用
空调系统设计的关键点是可靠性、舒适性、节能性。

空调节能的前提是要保证用户的基本舒适性，即温度、湿度、新风量等参数设计值要根据建筑物概况和用户使用要求来确定，如果忽略舒适性去谈节能是没有实际意义的。

（1）根据建筑概况、使用功能、用户需求等计算和确定冷、热负荷。

冷、热负荷的大小不但直接影响空调系统的使用功能和初投资，还会影响空调系统的能耗以及运行费用。

因此，在空调系统设计前一定要认真计算建筑物的冷、热负荷。

对于新建项目，要计算每个房间的逐时负荷，然后进行逐时累加，而不是将最大负荷累加，最后确定最大负荷值作为空调系统的冷、热负荷。

对于改造项目，有些用户无法提供原设计图纸，也有些用户反映原空调系
统设置不合理，因此在做改造项目之前，要先了解原空调系统的形式和配置，然后通过测试得到实际运行数据，再结合用户的使用效果确定空调改造的冷、热负荷。

（2）根据建筑物周围的地理条件、能源状况、使用功能、用户需求等确定合理的冷、热源形式。

冷、热源的选择对于空调系统设计来说具有相当重要的意义，冷、热源形式在一定程度上决定空调系统的能效比，影响空调系统的可靠性，同时也是决定空调系统能源消耗的主要因素，因此可以说空调冷、热源的选择直接决定项目成功与否。

没有一种冷、热源是最好的，也没有一种冷、热源适用于所有项目，每个项目应该根据各自特点和条件，选择最为合理的冷、热源形式，使得技术和经济性达到最佳。

（3）末端系统设计时，要注意考虑流量调节和水系统平衡。

流量调节一般通过电动两通或三通调节阀来实现，根据负荷大小调节经过末端设备的流量，可以节省制冷机组的出力，从而达到节能效果。

而水系统平衡是在设计水系统管路时，保证每个支路的阻力尽量平衡，从而满足每个支路的水流量要求，一方面通过阻力计算，合理变径；另一方面有条件情况下尽量设计同程式；另外，还可以通过阀门来调节管道流量。

（4）根据项目特点，灵活运用节能技术。

在空调设计过程中，要综合考虑项目实际情况，灵活运用各种节能技术措施，提高空调系统的可靠性和经济性。

全空气系统可以考虑排风热回收，制冷机组可以考虑冷凝热回收，另外自然冷源以及太阳能的合理利用都能够成为空调节能设计的亮点，都能给用户带来很好的节能收益。