基于当前节能标准公共建筑空调综合能效比分析

官玲俊，谢泽渊，江向阳

1 前言

《GB50189－2005公共建筑节能设计标准》［1］中，对于空调系统中制冷系统的空调机组COP值、水泵输送能效比ER，空调末端空气处理机组单位风量耗功量Ws均有性能指标约束与限制、但对于空调系统末端设备综合能效比及冷却塔风机单位流量耗电比尚无明确的规定。虽然对末端设备有风机功率的约束，但无法准确判定末端设备进行冷热交换的高效性与适用性。当前评价空调系统设计均以使用能耗作为评估依据，是存在不足与缺陷的，无法判定空调系统的设计的合理性与高效性，文献［2］等已对空调系统设计能效比已有明显的约束与限制。因此，研究当前现行的标准规范对于空调系统的能效比的约束值，对于指导既有建筑节能运营与新建建筑空调系统的设计具有显著的意义。

2 空调系统综合能效比概述

一般来讲，空调系统由五大循环系统组成，共同构成了整套空调系统，它们分别是制冷站循环系统P1、冷却塔循环系统P2、冻冻水循环系统P3、冷却水循环系统P4和空调未端循环系统P5。

中央空调系统的能效比EER（Energy Efficiency Ration），表示系统单位制冷量所需的用电功率，其中中央空调系统的综合能效比是由五大循环系统组成，具体如下:

其中:

EER1— 制冷站循环系统冷水机组的能效比（W/W）;

EER2—冷却塔循环系统风机的能效比 （W/W）;

EER3— 冷冻水循环系统冷冻水泵的能效比（W/W）;

EER4— 冷却水循环系统冷却水泵的能效比（W/W）;

EER5—空调未端循环系统未端风机的能效比（W/W）;

P1—制冷循环系统冷水机组的功率比 （W）;

P2—冷却塔循环系统风的功率 （W）;

P3—冷冻水循环系统冷冻水泵的功率 （W）;

P4—冷却水循环系统冷却水泵的功率 （W）;

P5— 空调未端循环系统未端风机的功率（W）;

Q1—制冷循环系统冷水机组的制冷量 （W）;

Q2—冷塔循环系统冷却塔容量 （W）;

Q3—冷冻水循环系统冷冻水泵输送的冷量（W）;

Q4—冷却水循环系统冷却水泵输送的冷量（W）;

Q5—空调未端循环系统末端风机输送的冷量（W）

而对于中央空调系统，整个空调系统的综合能效比EER可由下式计算获得:

其中，Q—代表建筑的空调冷负荷 （中央空调系统的机组制冷量）。

然而，中央空调系统的综合能效比又是由各空调子系统的能效比构成，即;

3 空调系统综合能效比分析

空调系统各子系统能效比对空调系统整体节能运行至关重要，因此，分析各子项系统能效比对空调综合能效比也十分重要。根据文献 ［1］对于能效比的要求，其中:

EER1，即是中央空调系统中机组的COP值，并对不同类型的机组及不同制冷量做出不同程度的限制与约束。

EER2，即是冷却塔系统的能效比，文献 ［1］对于冷却塔的能效比并未做出明确的规定，主要原因是冷却塔在整个中央空调系统当中消耗能源量相对较小。但依据文献 ［3］，冷却塔耗电比不应大于0.04kW/m3·h，因此，假定冷却水循环供回水温差为5℃，计算出冷却塔风机EER2计算值约为145（W/W）。

EER3，即冷冻水循环系统的水泵能效比，按照文献 ［1］的要求，空调冷水管道的ER（输送能效比）值最大不应超过0.0241，其中，ER3=1/EER3，即 EER3=41.5（W/W）。

EER4，即冷却水循环系统的水泵能效比，按照文献 ［1］要求，空调冷水管道的ER（输送能效比）值最大不应超过0.0241，其中，ER4=1/EER4（W/W）。

EER5，即空调未端系统中风机的能效比，文献［1］对空调末端不同形式对于单位风量的耗功率Ws均有不同的限制与约束，单位风量耗功率Ws最低限值为0.42W/m3·h（空调系统为二管制定风量系统），但是由于空调系统末端的冷量不仅承担了室内显热负荷，还承担了室内除湿的负荷，因此，仅依据显热来计算空调末端能效结果导致末端能效比减小。依据文献 ［4］，采用不同末端类型对应的空调典型工况下末端能效比进行了数值限制，规定全空气系统为8.0 W/W，新风加风机盘管系统为12 W/W，风机盘管系统为32 W/W。

因此可知，要满足国家规范与基本要求，一个中央空调系统在设计工况下的综合能效比最低限值为:

若空调末端采用全空气系统，制冷机COP采用文献［1］最高标准约束值，则中央空调系统的综合能效比为:

若空调末端采用全风机盘管，则中央空调系统的综合能效比为:

可见，空调系统采用的全空气系统能效比最低，采用全风机盘管系统能效比最高，因此，风机盘管+新风系统的空调系统能效比处于全空气系统与全风机盘管之间，即2.65～3.54之间。

通过上式分析可得出空调系统的各子项系统能效比对整体综合能效比的影响:

（1）制冷机组的COP值对空调系统的整体综合能效比影响最为显著;

（2）冷却塔的能效比对空调系统的整体综合能效比影响最为薄弱;

（3）水泵的能效比选择对空调系统的整体综合能效比影响也是至关重要的;

（4）空调末端形式的选择直接影响到空调系统的综合能效比，影响比重较大。

因此，空调系统的设计特别要关注冷水机组与空调末端能效比的设计，两者对空调系统的综合能效比优劣设计起着决定性的作用。

由上式可得出中央空调系统制冷站的综合能效比，其中空调制冷站包括制冷机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵，即:

可见，制冷站的能效比值应大于4.0，才能满足节能标准基本要求。

4 结论

（1）国家现行标准规范对于空调系统设计的综合能效比最低约束值为2.65，此值为权衡空调系统节能设计具备一定参考价值;

（2）国家标准规范中空调系统的综合能效比研究，对于评价既有建筑空调系统节能运营提供了可靠的技术数据支撑。

［1］中华人民共和国建设部.GB50189－2005公共建筑节能设计标准［S］．北京:中国建筑工业出版社，2005

［2］深圳市建筑节能与墙体材料改革办公室.SZJG 29－2009公共建筑节能设计标准深圳市实施细则 ［S］．深圳:中国建筑工业出版社，2009

［3］北京玻璃钢研究设计院.GB7190.2－2008玻璃纤维增强塑料冷却塔第2部分:大型玻璃纤维增强塑料冷却塔［S］．北京:中国标准出版社，2008

［4］中国标准化研究院.GBT 17981－2007空气调节系统经济运行 ［S］．北京:中国标准出版社，2007

［5］韩铮，朱颖心.不同风系统末端装置的能效比比较［J］．暖通空调，2009，（39）:73－76