空调工程中热泵机组的设计节能问题研究

赵洪波

（瑞冬集团有限公司，山东 德州253000）

0 引言

随着人类进入21世纪，以往那种高消耗型的发展方式已经与当前主流的发展理念不相匹配，人类社会正面临着空前的能源危机。随着城市化进程的进一步加快，各个地区都面临着较为严峻的用电问题。建筑尤其是空调系统，一直是能源最主要的消耗方式。对于一个大型公共建筑来说，其内部能源的消耗点多，因此要想实现系统的节能面临着巨大的困难。一般来说，大部分建筑物内采取的都是终端节能的方式。而空调节能则主要采取降低热源能耗、提升空调系统运行效率等方法，一般能够显著降低能耗，同时也起到提升建筑物内部环境质量和能源系统整体运行效率的作用。在我国的可持续发展进程中，应当对这种节能方法予以足够的重视。

1 存在问题

在我国以往的建筑物空调系统管理工作中，无论是民用还是商用甚至是公用空调系统，其能耗都难以达到标准。对于一个建筑物来说，其内部的空调系统所消耗的能量达到了建筑物总能耗的一半，给建筑物带来了较重的能源消耗压力，在那些需要空调系统长时间满负荷运行的商场中，这样的状况更是明显。在很多建筑物中，由于早期设计与规划工作没有做到位，其所配备的空调系统与自身实际情况往往不相匹配，要么容量过大、能耗高、节能效果差，要么就是容量过小，不能满足建筑物调温需求。并且很多单位在空调工程中选择的都是不相匹配的设备，无论是热泵机组还是水泵，大小搭配都并不合适，这耗费了大量投资。造成这样结果的主要原因是设计阶段在进行计算时就过多次乘上了安全系数，使得中央空调功率与型号选择不合理。我国建筑物中的中央空调设计一直存在误区，过度依赖指标估算而忽略了实际情况，盲目地加大空调系统的冷热负荷，极大地降低了空调系统的工作效率与工作质量。这种由于设计问题而导致的错误是造成我国建筑物空调系统能源利用效率普遍低下的主要原因。作为空调系统的绝对核心，热泵机组的工作效率不高一直是制约空调系统节能降耗的关键因素。为研究这一问题，本文关注了实际工程中的一个例子，对如何更好地开展热泵机组的节能工作进行了探讨，总结出了一套能够显著提升空调系统节能效率的方法，希望能够为相关单位开展工作提供较大的帮助。

2 工程实例

本文主要关注了某市的一个综合楼，在将近1万m2的建筑面积上，坐落着写字楼与公寓楼以及购物商场，楼房一共有32层，高度达到了99m。在整个建筑物的第三层设有裙房，裙房内就是商场。作为主要的空调系统使用者，购物商场的空调系统工况是决定整个建筑物能源效率的关键因素。该综合楼的写字楼是公共建筑，写字楼的下8层为政府设施，专门留给交警与消防单位办公，而9楼以上则全由写字间组成。整个综合楼地下有2层，包括车库、人防工程、健身房等设施。在前期规划中，整个综合楼在商场以及车库、健身房等设施中要安装通风设备。为保证通风效果，设计单位拟定制冷系统安装方式时，将整个工程分成了30个分系统。整个系统一共有82台热泵机组，它们分布在整个综合楼中的不同区域。为了空调管线的保温，所有管线都经过了特殊处理，采用难燃B1级的聚乙烯管壳来保证内部温度。为了保证整体供热的顺利开展，一般分成几个不同的区域来进行供热，较高的13层以上分为一个区域，较低的楼层与地下室构成第二个区域，达到了较为满意的保温效果。为了保证写字楼围护到位，所有围护机构都采用了真空玻璃幕墙。这个设计方案对冷热指标的估算没有做到位，在后期进行校核时我们发现，建筑物浪费了很多制冷量。例如在健身房的空调系统中，经过计算得知只需要配备2个机组的空调系统即可。在实际施工中我们发现，由于双层玻璃帷幕的保温隔热性能较强，因此空调系统所产生的冷气可以较好地保存在室内，而室外的热气也被较好地隔绝，因此空调系统并不需要庞大的制冷机组。采用单层玻璃的建筑物需要较大功率的空调系统，而采用双层玻璃的建筑物空调系统则能显著节约能源。因为笔者所在的研究团队进行估算时采用的都是上限值，因此将机组效率充分纳入了考虑当中，最后得到的结果回旋余地较大，也便于各大建筑单位开展工作。

仔细分析我们可以发现，在该综合楼的各层空调系统搭建工作中，由于设计的系统冗余量较大，因此可以考虑采取减少制冷机组数量来提升制冷效率，避免浪费过多的能源。

3 改造措施

（1）选择最适合的冷水机组。在一些空调系统的设计工作中，往往会大批量订购相同型号的设备，这样的订购方式有一定的优点：在需要进行大规模操作时，由于设备控制方法较为简单，往往能在短时间内就完成对所有机组的控制。但在空调设备使用的高峰阶段，由于大部分设备处于高负荷工况，因此调节过程不够平滑，调节质量不高，对空调机组的长期稳定运行有影响。有的时候室内外温差较小，而这时空调系统却以较高功率运行，往往浪费了大量的能源却没有取得满意的效果，这样的工作方式与可持续性发展战略不相吻合。为了有效解决这个问题，可以采用大机组与小机组相互结合匹配的方式来构建空调系统，确保其长期高效运行。

（2）定期升级更换空调设备。有的设计单位没有正确选择空调设备，导致了建筑物内空调系统提供的冷量与建筑物需求不相匹配，浪费了大量能源。有条件的建筑物应当定期更换或升级老旧的空调设备，新的空调设备一般代表着最先进的能源使用理念，并且能确保空调系统提供的冷量与建筑物实际情况良好匹配。

（3）选用合适的空调机组。为了保证较少的空调机组就能满足建筑物的需要，应选用风量较大、匹配合理的空调机组。

为提升本文所研究建筑物内空调机组工作效率，研究团队对原有系统进行了适当修改。经过细致的修改与简化，原本空调系统含有的30个子系统被简化为17个，缩减了将近一半。这个方案将原本数量众多的控制单元有机整合在了一起，能够尽量减少管道、阀门以及不同机组之间的能量浪费，并节约一笔可观的预算。在本文所研究的建筑物工程中，对空调系统进行修改之后能够直接省下大约300万的工程款，并得到较为满意的空调系统能耗比。

4 结语

随着我国城市化进程的加快，越来越多的建筑物面临着需要大规模使用空调设备的情况。由于原本的空调系统设计思路、设备选型等工作存在问题，很多建筑单位都选择了与建筑物实际需求不相符合的空调设备，往往用大容量、大功率、高能耗的空调系统来负责小规模建筑物的调温工作，不仅没有让设备发挥自己应该发挥的作用，还浪费了大量的能源。在我国坚持可持续发展型战略的道路上，本文所述理念应当得到大范围的传播与采纳。

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