空调系统节能

五、空调系统节能

中央空调耗能一般有三部分：空调冷热源、空调机组及末端设备、水或空气输送系统。这三部分能耗中，冷热源能耗约占总能耗的一半左右，是空调节能的主要内容。

空调系统设备的能源利用效率通常用能效比(EER)表示。能效比为空调提供的冷（热）量与空调提供冷（热）量时所消耗的能量之比。因而，能效比越高的设备或系统，在满足相同的冷（热）量需求时，所需消耗的电能就越少。节约空调系统能耗的关键在于提高空调系统的能效比。要提高空调系统的能效比，就要选用能量利用效率高的设备和系统形式，并避免设备容量配备过大，同时在只有部分负荷时，该系统能够高效率地工作。

对于一个大型建筑，采用多分区空调对节能有利。由于同一建筑物平面和竖向各处空调负荷差别很大．各个房间要求的室内空气参数不同，为做到节能与经济运行，应将系统分区。例如，体型很大的建筑的周边区受室外气温变化和太阳辐射的影响较大，不同朝向房间的四季空调负荷随室外气象条件变化，而内区的空调负荷则较为稳定。除了按朝向分区外，还可按建筑物不同用途、不同的使用时间进行分区，以满足不同的使用要求。

空调制冷机

空调制冷机是空调系统的心脏，其能耗在整个空调系统中所占比重很大。按目前我国一般情况，夏季制冷以电动冷水机组一次能效比最高，其中又以离心机组能效比最高；但不同型式的机组单机制冷量范围不同。由于制冷机组大部分时间在部分负荷下工作，此时效率小于在满负荷运行时，因而宜选择部分负荷性能较好的产品。采用变频调速技术的设备，具有良好的能量调节特性。合理配置机组的台数及容量大小，以便在运行中根据负荷的变化进行机组的合理调配，可使设备尽可能满负荷高效率运转。

一般空调水系统的输配用电，在冬季供暖期间约占整个建筑动力用电的20%～25%；夏季供冷期间约占12%～24%，因此水系统节能也具有重要意义。目前，空调水系统存在着许多问题，如：选择水泵是按设计值查找水泵样本的铭牌参数，而不是按水泵的特性曲线选定；不是对每个水环路都进行水力平衡计算等。按照实际需要选用空气处理设备和水泵，采用变风量系统和变流量水系统，组织良好的气流，注意水系统分支环路的水力平衡，都有利于降低空调风机、水泵的能耗。

国产风机盘管从总体水平看与国外同类产品相比差不多，但与国外先进水平比较，主要差距是耗电量、盘管重量和噪声方面。因此设计中一定注意选用质量轻、单位风机功率供冷（热）量大的机组。空调机组应该选用机组风机风量、风压匹配合理，漏风量少，空气输送系数大的机组。

由于电网峰谷差值日益增大，蓄冷空调正在发展。即在电网低谷负荷时，用蓄冷空调设备制冷，将冷量以冷冻水、冰或凝固相变材料的方式储存起来，而在空调高峰时段，即电网高峰时段，利用储存的冷量向空调系统供冷，从而减少空调制冷设备容量、降低系统运行费用，也有利于电网削峰填谷。

热泵

采用蓄冷系统时，有两种负荷管理策略可考虑。当电费价格在不同时间里有差别时，可以将全部负荷转移到廉价电费的时间里运行。可选用一台能储存足够能量的传统冷水机组，将整个负荷转移到高峰以外的时间去，这称为全部蓄能系统。这种方式常常用于改建工程中原有的冷水机组，只需加设蓄冷设备和有关的辅助装置，但需注意原有冷水机组是否适用于冰蓄冷系统。这种方式也适用于特殊建筑物需要瞬时大量释冷的场合，如体育馆建筑物。在新建的建筑中，部分蓄能系统是最实用的，也是一种投资有效的负荷管理策略。在这种负荷均衡的方法中，冷水机组连续运行，它在夜间用来制冷蓄存，在白天利用储存的制冷量为建筑物提供制冷。将运行时数从14小时扩展到24小时，可以得到最低的平均负荷，需电量大大减少，而冷水机组的制冷能力也可以减少50%～60%或者更多一些。蓄冷空调从该系统本身的运行角度上看并不节能，也不经济；但从全社会的角度上看，由于利用了电网低谷负荷，是一种效益良好的空调节能技术。

热泵也具有良好的节能效果。热泵有空气源热泵、水源热泵和地源热泵等，各有其适用条件。

目前我国空调系统主要用空气源热泵作为冷热源，由于室外机受环境、空气、季节性温度变化规律的制约，夏季供冷负荷越大时对应的冷凝温度越高。众所周知，制冷系统冷却水进水温度的高低对主机耗电量有重要影响，一般推算，在水量一定的情况下，进水温度提高1℃，压缩机主机电耗约增加2%，溴化锂主机能耗提高约6%。以土壤取代或部分取代目前的空气热源，无疑将有广泛的应用前景和明显的节能效果。与地面环境空气相比，地面5米以下全年土壤温度稳定且约等于年平均温度，可以分别在夏冬两季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，即分别将地热能作为夏冬两季的低温热源和高温热源。从原理上讲，土壤是一种比环境空气更好的热泵系统的冷热源。

中央空调系统

已有的研究表明，土壤热源热泵的主要优点有：节能效果明显，可比空气源热泵系统节能约20%；埋地换热器不需要除霜，减少了冬季除霜的能耗；由于土壤具有较好的蓄热性能，可与太阳能联用改善冬季运行条件；埋地换热器在地下静态的吸放热，减小了空调系统对地面空气的热及噪声的污染。地源热泵空调系统将热泵的高能量利用效率与对土壤的可再生蓄热能利用结合起来，能效比很高。通过输入少量高品位能源（电能），可实现低温热源向高温热源的热量转移。在冬季将地热“取”出用于采暖或热水供应，在夏季将室内热量提取后释放至地层内。所以若能用土壤热源热泵部分取代空气源热泵，必然节约能源并可形成新的空调产品系列。

中央空调系统设计的基本要求是要向空调房间输送足够数量的、经过一定处理了的空气，用以吸收室内的余热和余湿，从而维持室内所需要的温度和湿度。当室内余热发生变化而又需要使室内温度保持不变时，可将送风量L固定，而改变送风温度，也可将送风温度不固定，而改变进风量。那种固定送风量而改变送风温度的空调系统，一般称其为定风量系统。对于服务于多个房间（或区域）的定风量空调系统来说，由于经过空调设备处理过的空气送风温度一定，为了适应某个房间（或区域）的负荷变化，往往需要设立再热装置，才能维持所要求的温度、湿度，否则会产生过冷现象，使经过冷却去湿处理过的空气又进行再热处理，这显然是一种能量的浪费。

对于多数舒适性空调要求来说，并不需要十分严格的温度和湿度控制。变风量系统则可以克服上述缺点，它可以通过改变送到房间（或区域）里的风量来满足这些地方负荷变化的需要。因此，变风量系统在运行中是一种节能的空调系统。在一幢大型民用建筑中，各个朝向的房间一天中最大负荷并不出现在同一时刻。对于定风量系统，总风量是固定的，因而只能按各房间的最大负荷来设计送风量。而变风量系统则可以适应一天中同一时间各朝向房间的负荷，并不都出于最大值的需要，空调系统输送的风量（实际上输送的是能量）可以在建筑物各个朝向的房间之间进行转移，从而系统的总设计风量可以减少，空调设备韵容量也可以减小，既可节省设备费的投资，也进一步降低了系统的运行能耗。

合理布置空调器，才有利于其效率的发挥。如分体式空调器室内机应安装在送出的冷气或热风可以到达房间内大部分地方的位置，并使送出的风不受阻挡，以使室温均匀；其室外机应安装在通风良好处，侧边及上部留有足够空间，以利于抽风，提高换热效果，并设遮篷，避免日晒雨淋。还要注意清除换热器上的积灰，以提高实际运行的能效比。