建筑空调系统的节能设计与优化分析

田军

(宜昌测试技术研究所，湖北宜昌443003)

建筑空调系统的节能设计与优化分析

田军

(宜昌测试技术研究所，湖北宜昌443003)

论文指出当前建筑空调系统节能设计中存在的问题，并从冷热源、水系统、风系统运行和管理系统4个方面对问题进行了分析，通过设计合理的方案、选择科学的计算法则对空调系统的节能性能进行了优化处理，对节能设计相关研究具有一定的借鉴意义。

空调系统；节能设计；优化分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.015

1 引言

科技的迅速发展，促进了人们生活质量的提高，空调更是越来越受欢迎。然而这也就意味着空调系统的能量消耗值也越来越大，尤其是在大型公共建筑场合。在全球变暖的趋势下，夏季越来越炎热，空调耗电量也明显升高，导致众多城市供电不足，从而影响了正常的生活用电。由此可见，当前城镇夏季用电紧张主要是由空调耗能引起的。所以，探究空调内部运行系统，改良空调系统的利用效率，从而降低耗能，是空调制造行业发展的必然趋势。在设计和制造节能型空调系统的同时，增强绿色意识，这对节能减排有很大的意义。

2 建筑空调系统节能设计中存在的问题

2.1 空调设计缺乏经验，盲目套用现有技术

在空调系统设计的过程中，一些专业人员在没有认清自身技术水平的情况下，盲目地套用已开发的技术，致使产品各方面性能不能达到最佳，从而导致耗能大大增加，偏离正常标准。更有一些设计人员在没有对将要开发的产品的工作原理与内部构造进行深入研究的情况下，就开始对产品进行设计，这种做法直接导致产品不达标，更别提起到节能的效果了。

2.2 设计观念老化保守

设计人员通常有一种保守的设计理念，他们认为空调系统的安全性是设计空调系统时首要考虑的问题，然而正是这种保守的思想导致产品的耗能不能有效改善，节能性大大减弱。例如，空调系统配置的实际数据与理论数据差值过大，导致空调系统超负荷运行，而所用的内泵尺寸过大，结合口过小，在连接配置时出现不对应的状况。出现以上问题主要是由于设计人员思想保守，不懂变通，致使空调系统严重超负荷运行，进而约束了空调系统节能性的提升。

2.3 静态设计

所谓静态设计，就是指以产品的配置运行状态为考虑对象对系统进行设计，而一般情况下的静态设计并没有考虑节能的配置问题，这一般是按固定的设计模板来进行装配的。比如，冬天与夏天的外界环境是大不相同的，如果从节能的角度来讲，空调系统应该设计一个人工甚至智能调节器，使空调的出风口与入风口能够及时地更新，避免新换季而导致的空调系统负荷增加，冷暖水机不能及时调换，耗能大大增加。

2.4 空调节能控制管理有待完善

对空调系统的运行控制操作方面，运行状态管理存在很大的不可取性，甚至可以说是一大缺陷，现今大多数的空调系统控制管理方式都采用手动操作，而这样很容易导致控制参数不符合理论值，大大增加浪费比。虽然绝大多数的产品制造商与空调交易方都签订定时保养空调系统的协议，但是在实际情况中，公司并没有很好地履行责任，这就造成产品内部配置运行的阻值增大，效率降低，使系统的损耗值增加，能耗值上升。

3 空调系统优化研究实例分析

某建筑实例是一个商务酒店，该建筑内部包括标间、商务区、健身房、餐厅、中心花园，其中豪华房间和标间套房共300间，住房区占地面积共600m2。该建筑全为框架结构，墙体较厚，外墙均为单层玻璃幕墙，并未配置保温层，内部墙体只以普通砖土填充，未设置紫外线防护设施。

3.1 空调冷热源系统节能分析

此建筑中的冷原主要来源于一组同额度容量的制冷剂量的离散式液冷机组，要想使此制冷机组达到最高的运行制冷效率，从而达到节能的效果，首先要考虑的是提高机组的内部耗能效率。由此，若恰当分配冷原机组混合使用，以便冷源仪器负荷适应性更强，更加符合建筑的要求。

3.2 空调水系统节能分析

一般的空调冷却水系统都是由冷却塔、制冷机组冷凝器、冷却水泵等组成，并且内部水泵也是采用普通压力水泵，这种系统虽然使用时间很长，但是容易出现冷却水分布不均，制冷量偏低的状况。所以，建议使用冷冻水制冷系统来代替冷却水制冷系统，并且水泵采用变频系统水泵，这样就可以很方便地调节温度差和水流量的差值，更便于调控冷却塔中风量和出水量的大小。

3.3 空调系统风系统节能分析

此建筑中所有的房间使用风机组圈管新风系统，最底下地下层的公众大厅整体利用空气轮换系统，因此，在换季的特殊时期，应该充分利用外界环境以及大自然的自我调节特点，增大对自然风的利用，只要室内空气的质量处于达标的状态，那么就可以不使用空调系统来调节室内空气，这样一来就可以尽可能地节约能耗提高风能的利用率。3.4空调运行管理系统分析

根据相关人员调查分析，该建筑中空调系统运行管理工作还是比较到位的，整体处于正常水平。因此，建筑工程部门在空调系统节能管理方面应该做到以下几点。（1）制定良好的工作秩序策划，尽好工作人员的职责，根据每个机组的优势与特点制定其专门的系统管理制度和章程，例如怎么操作、对系统的运行及时记录、对接换班、运行安保措施等。（2）增大空调系统的日常维修检查力度，确保系统内部的正常运行连续性、管道的疏通性。（3）培养相关人员的专业水平，增强对空调系统的预控制能力，能够对出现故障的空调系统部分进行及时处理与排除故障。（4）合理的冷却水的温度监测是非常有必要的，有计划地对系统负荷的搭载进行调节，并对设备进行周期性的保养与检修。

4 空调系统节能优化方案

在空调系统节能优化方案中，首先要灌注绿色的理念，坚持节约的原则、回收利用的意识、环保的态度，恰当合理地选择能源，尽量采用可再生资源以及绿色能源，同时尽最大可能地减少能量输送过程中产生的能耗，增大利用率。

4.1 冷水机组的优化

冷水机组的能量消耗在整个空调系统中相对于其他系统的能耗比率是最大的，这是由于大部分设备仪器的选择依赖于冷热源的核定负荷，所以对冷水机组的优化选择对整个空调系统的节能有很大意义。一般情况下，在配置冷水机组的同时，恰当地筛选机组数量能够有效地减少四季耗能总量。总体来说，综合能量消耗、性能消耗，以及建筑用负荷度是对冷水机组选择的首要考虑因素。合理地选择机组设备，对于节能更加有时效性，下面给出冷水机组的选择范围，详见表1。

表1 水冷式冷水机组选型范围

若要提升冷水机组的全季节的能耗效率，并优化方案中对于整体建筑动态的负荷规划，必须对每个季节的气温与气候配合机组的运行状态来综合配置，综合分析，表2给出冷水机组的冷热性能系数。

表2 冷水（热泵）机组制冷性能系数

4.1.1 最优方案选择原则

对于如何开展冷水机组的选择方法有很多，大多数冷水机等空调系统设备中，冷却器的性能在部分负荷单独隔离，还需要对进入控制单元的操作进行选择，整个闭环单元由冷却水套，冷却水泵制备，冷却水泵几种设备构成冷却系统整体的冷却塔结构，通过计算整个冷却系统中各冷却器系统的能量消耗，来判断方案的优劣，选择的最优方案为在多数其他条件都相同条件下的能源消耗最低的系统。

4.1.2 耗能分析计算

假设空调系统的总体耗能量用W代表，且整个制冷系统全季节运行能量消耗W1，冷冻泵全季节运行能量消耗W2，冷却水泵全季节运行能量消耗W3，冷却机组总耗能值为W4。

冷却器运行负荷率成若干间隔，冷却器装置参数由制造商提供，以字母拟合方法确定建筑物每个负载功耗的范围，以及由动态负载模拟结果的设备的数量。以小时计算每个负载消耗的数值，假设冷水机组配置方案中，每个单元模型为n，冷水机组配置方案W。

式中，j为典型工况下的负荷率，取20%～80%20个典型工况；ni,j为对应i型机组负荷率下的运行台数，ni≤N；Pi,j为对应i型制冷机组在j负荷率下的功率，kW；Pi2为对应i型冷冻水泵的额定功率，kW；Pi3为对应i型冷却水泵的额定功率，kW；Pi4为对应i型冷却塔的额定功率，kW。

4.2 空调系统优化加强

泵和空调耗电量一般占总功耗的30%～50%。为降低能耗，需要用科学合理的处理方法，降低整体节能空调系统的用电。具体技术措施如下。

4.2.1 采用大温差供回水

循环系统在冷（热）负荷介质间的存在供回水温差质量，冷热负荷介质间的初始温差比较值用n表示，从流量的公式可以看到，泵或风机功率消耗减少到原来n的1/3，节能效果显著。但一般不应大于供给和回水温度差9℃。

4.2.2 选用低流速

泵、风扇功率和管道系统流量满足二次方的比例关系。因此，使用低流量可以达到更好的节能效果，提高流量循环的稳定性。图1为泵变流量系统示意图。

4.2.3 提高输配系统的效率

设计合理的选择泵头，如果头太高，可以通过减少阀的开度来调整液压平衡系统，以便过多的能量消耗在系统的阀和过滤器。在使用2个泵的系统时，空气供应系统设计应保持在高效区工作。

图1 泵变流量系统示意图

5 结语

空调系统节能的设计理念，需要利用各种方法和措施，重点对能耗因素进行综合分析。在研究设备运作机理的基础上，提高空调系统能源的循环利用，尽可能地避免公共建筑的浪费，为实现战略国家节能环保做出应有的贡献。

【1】赵辛，姜国伟.中央空调系统的节能方法[J].渤海大学学报，2013，29(1): 22.

【2】陈丽茹.高层建筑空调节能设计的探讨[J].洁净与空调技术，2011(2): 125.

【3】伍震洲，李小华.建筑空调的节能设计[J].制冷与空调，2012，23(2):169.

Analysis on Energy Saving Design and Optimization of Air Conditioning System of Building

TIAN Jun

(Yichang Institute of Testing Technology,Yi chang 443003,China)

Firstly,this paper points out the problems in the current energy-saving design of air conditioning system of building,analyses the problems from the four aspects of cooling and heating source,water system,air system,operation management system,and finally optimizes energy-saving performance of the air conditioning system by designing reasonable scheme,and selecting scientific computation principle.It has certain reference significance on energy-saving design study.

air conditioning system;energy-saving design;optimization analysis

TU831.3+5

A

1007-9467（2016）08-0028-02

2016-08-02

田军（1982～），男，湖北宜昌人，工程师，从事设备测试与调试等研究。