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  中央空调系统的节电技术
作者:恒发暖通 来源:广州恒发机电设备有限公司 日期:2011-11-1
 

简介: 中央空调系统节能的机会和措施是多方面的。如果能将节能思想贯穿于中央空调系统设计、选型与运行的始终,将会收到明显的节能效果,从而带来巨大的经济效益和社会效益。
关键字:节能 设计 选型 效益 

   一、引言

   进入90年代以来,随着经济发展和生活水平提高,空调开始进入许多城市的商场、办公室、会议室、旅馆、饭店、车站、影剧院等公共建筑以及居民住宅。

   这些空调消耗大量的电能,造成城市的非工业用电急剧增加。制冷空调在社会中应用的规模,仅以北京为例,2002年7月电网瞬间负荷已上升到782万千瓦,其中空调等降温用电占北京地区电力总负荷的38%左右。厦门在2003年8月空调制冷用电占总负荷的32%。

   许多城市空调用电量已占城市总用电量的30-40%。在几乎所有的工业化国家中,空调和制冷设备的年耗电量都是第一大户。

   我国是一个人口众多、资源相对不足的国家。目前,我国人均资源占有量不到世界平均水平的一半,人均能源消费量为世界平均水平的55%。

   中国人均用电量只有1000千瓦时左右,只相当于世界平均用电水平的一半,远远低于发达国家人均用电2万千瓦时的水平。

   但在另一方面,每万美元国民生产总值能耗方面则为世界各国之首,为印度的二点二倍,为发达国家的四至六倍;使用能源的设备效率偏低,又造成能源的浪费,能源利用效率不高。

   冬夏两季,空调建筑的空调耗能占整个建筑耗能的50%以上。采取必要的建筑节能措施,可使空调建筑降低空调的设备运转能耗的25%以上,因此积极采取合适的节能措施,意义重大。

   例如,一般酒店能耗以电为主,其中空调耗能占到总能耗的一半,其次就是热水。一个酒店的能耗当中,这两项占的比例最大,仅次于人力成本。

   关于能源的几个数据:

   我国人均能源资源仅为世界平均水平的40%-50%。

   我国能源消费量仅次于美国,居世界第二位。大量的能源消费也造成了严重的环境污染。因为我国能耗中煤约占3/4。

   燃烧1吨煤平均排放CO2 490公斤,粉尘13.6公斤,SO2 14.8公斤。

   因此,节能不仅功在当代,而且保护环境,利在千秋。

   二、中央空调系统组成

   中央空调系统简介

   中央空调系统是处理和分配冷量的空调系统,通常有三种方式对室内空气进行降温和升温处理:

   1. 水管路送至各个房间的末端(风机盘管)

   2.风管道送至各个房间的风口

   3.制冷剂直接进入每个房间的末端

   水管路送至各个房间的末端(风机盘管)半集中式系统

   大楼中央空调常见形式

   室内回风和室外新风混合后经过处理再通过送风管道送到每个空调房间是一种常见的方式。

   送风进入每个房间之前必须通过集中的空气处理装置(组合式空调箱)进行降温/升温、加湿/去湿处理.

   再通过主风道和各个支管风道送入每个空调房间

   中央空调系统的组成

   中央空调系统是由一系列驱动流体流动的运动设备(如水泵、风机及压缩机)、各种型式的热交换器(如风机盘管、蒸发器、冷凝器及中间热交换器等)及连接各种装置的管道(如风管、水管及冷媒管)和阀件所组成。系统一般可分下列五个循环 :

   (1)室内空气循环;(2)冷水循环;(3)冷媒循环;(4)冷却水循环;(5)室外空气循环。

  总体说来,构成中央空调系统的设备和机械主要是热交换器和流体机械两种。

   热交换器是作为高、低温两种工作流体能量交换的设备。当任何一组热交换器效果不好时,会增加系统耗电率(kW/RT),不是系统耗电量增加,就是冷冻能力下降。

   流体机械则是推动工作流体循环的动力装置,其耗电量W=QHh/η。耗电量的多少决定于运转时数h,输送的工作流体流量Q,工作流体循环所需要的扬程H以及效率η,减少其中任何一项,都可达到节能的目的。

   三、中央空调系统设计中的节能

   要实现中央空调系统的节能,首先应设计合理。中央空调系统是为空调建筑服务的,因此,节能设计可以分为两方面,一方面是减少空调建筑的热负荷,另一方面是提高中央空调系统的效率。

   空调建筑在夏季依靠制冷机将室内的热负荷移到室外。显然,减少了室内的热负荷,制冷机的运行时间就减少,中央空调系统的能耗就减少。

   室内的热负荷来自两方面,一是由室内外温差而引起的热量交换,另一方面是室内照明和设备产生的热负荷。因此,可以采取遮阳、气密、绝热等措施,以减少室内的热负荷达到节能。

   1、减少室内的热负荷

   (1)遮阳

   减少阳光直接辐射屋顶、墙、窗及透过窗户进入室内,可采用挑檐、遮阳板(篷)、镀膜玻璃等;减轻外墙、屋面吸收阳光幅射热,可采用浅色外墙饰面,将绝热层设在外墙外侧和屋顶屋面,或架空屋面。

   增加外遮阳对夏季冷负荷(或供冷量)减少十分明显。据中国建筑科学研究院测定,在水泥屋面刷上石灰水,夏季屋面的表面温度可降低16-19℃。

   (2)气密

   提高门窗气密性,防止缝隙进风。采用塑钢门窗不仅气密性好,而且热阻大,并可降低噪音,减少灰尘。或采用门窗密封条,提高门窗气密性。房间换气次数由 8 降到5次,建筑物的耗冷可降低8%左右。

   因此设计中应采用密闭性良好的门窗。加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段。根据门窗的具体情况,分别采用不同的密封条.如橡胶条、塑料条或橡塑结合的密封条。

   (3)绝热

   采用绝热材料对墙、屋顶、门窗等进行绝热,如岩棉、矿渣棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、膨胀珍珠岩、加气混凝土、聚氨酯硬质泡沫塑料、PVC塑料门窗、中空玻璃等,以减少围护结构的传热系数。采用空心砌块、二层窗等,利用空气隔热,也可起到绝热作用。增设外墙及屋顶的保温层对冬、夏两季节能有利.

   (4)控制窗墙比

   窗墙比是窗洞口与墙的面积比值,增大这个比值不利于空调建筑节能。通过外窗的耗热量占建筑物总耗热量的35%~45%。一般规定各朝向的窗墙比不得大于下列数字:北向25%;东、 西面向30%;南向35%。

   l减少窗、墙面积比,对减少夏季冷负荷有较好的效果。窗的设计和发展经历了单层窗时期、双层玻璃阶段和镀膜玻璃阶段。目前最先进的节能窗是超级节能窗,虽然超级节能窗比普通窗的价格高(20~50)%,但以节能计算,它的回收期只有2~4年。

   (5)照明

   l 在我国,照明用电量已占总用量的10%以上,照明用电往往直接转化为空调冷负荷。

   对于空调面积大、照明容量大的地方,应采用照明与空调的组合系统。注意采用节能灯,节能灯发光效率高,是白炽灯的5倍左右。即同样亮度时,节能灯耗电只有白炽灯的1/5。

   采用节能灯不仅减少照明电耗 ,而且可以减少空调负荷。

   2、提高中央空调系统的效率

   (1).合理选择制冷装置(冷源)

   配置多台压缩机的冷水机组具有明显节能效果。因为这样的机组在部分负荷时仍有较高的效率,而且,机组起动时可以实现顺序起动各台压缩机,对电网的冲击小,能量损失小。

   此外,可以任意改变各台压缩机的起动顺序, 使各台压缩机的磨损均衡,延长使用寿命。但台数不宜过多,冷水机组台数宜选用2~3台,制冷量较大时亦不应超过4台,单机制冷量的大小应合理搭配。

   (2)合理选择主机容量

   为了安全起见,绝大部分的冷水主机容量要比实际尖峰热负载大20%以上。但是,实际尖峰热负载在全年出现的频率相当低,全年平均的热负载大约是尖峰热负载的(60~70)%,使得全年平均的热负载只有冷水主机容量的(50~60)%。

   由此,造成冷水主机大部分时间都在低负载下运转。冷水主机负载率在60%以下运转效率不佳。因此,主机容量不应选择过大。

   (3)合理选择制冷方式

   有余热(如蒸汽、热水和窑炉排放热等)可供利用的地方,应优先选用溴化锂吸收式冷水机组作为空调系统的冷源。

   (4) 配置优质的节能设备

   由于设计制造技术的提高,近年来新上市的冷水主机的耗电率比20年前所生产的冷水主机降低约35%左右。因此在适当时候将旧主机换成高效率的冷水主机是非常可行的。

   根据实例,某用户为了解决CFC冷媒的问题,将一台已经运转约15年的350RT的冷水主机,换成可满足尖峰需求的300RT的冷水主机,设备投资约可在4年左右回收。

   四、运行调节和维护中的节能

   1、空调系统经济运行和技术管理

   (1)定期检查和改善围护结构、设备、水和空气输送系统的保温性能,参照GB4272执行。

   (2)在满足生产工艺和舒适性的条件下,合理降低建筑物空调的温、湿度标准,适当增大送回风温差和供回水温差。

   (3)在保证最小新风量的前提下,合理控制和正确利用室外新风量。

   (4)定期检查和维修水、空气输送系统,减少系统的泄漏。

   (5)定期维修、校核自动控制装置及监测计旱仪表。

   (6)加强对空调水系统的水质管理。

   (7)建立运行管理、维护、检修等规章制度。

   (8)建立运行日志和设备的技术档案。

   (9)管理和操作人员要经过培训,考核合格后才能上岗。

   (10)主管部门定期派专人检查有关规章制度的执行情况。

   2、控制合理的运行参数

   (1)室内温、湿度

   从节能角度出发来确定室内温、湿度标准是节能的重要因素。在保证生产工艺与人体健康的条件下,夏季室温每提高1℃,约可减少热负荷11.2%。在夏季如将室内空气湿度由60%提高到70%,则可节约能量17%左右。

  据资料测算,仅仅将夏季室温提高1℃,就可使空调工程投资总额降低约6%,运行费用减小8%左右。美国国家标准局认为将夏季室温从24℃提高26.7℃,可节能15%。

   (2)新风量

   新风负荷占空调总负荷的20%~40%,对其标准值高低的取舍,与节能关系重大,不可忽视。引进新风主要是为了满足人员的卫生需求及部分工艺空调所需维持的室内外压差。而新风量的多少直接影响空调的负载,从而影响空调系统的风机、冷水泵、压缩机、冷却水泵、冷却塔风扇的耗电。

   一般设计是以人员最多及活动最激烈的情况来决定新风量。但实际使用时却几乎不需要使用这么大的新风量,从而造成在绝大部分的空调时段都在耗能的状况下运转。

   较有效的方法是以室内空气中二氧化碳含量来控制新风量。

   大型酒店、宾馆的公共场所,商场、餐厅、多功能厅及大型会议厅等,需要送入的新风量较大。在整个系统的实际运行中室外空气温、湿度随季节而变化。因此,及时调节好新风与回风的比例就可以节能。例如,日本某商场在周一到周五将新风减少50%,总冷负荷减少了30%。

   (3)冷冻水的供、回水温差

   一般空调水系统的输配用电,在夏季供冷期间约占整个建筑动力用电的12%-24%,因此水系统节能具有重要意义。目前,大流量、小温差现象普遍存在,设计中供、回水温差一般均取5℃。

   调查测试一些高层宾馆、饭店空调水系统的资料数据表明,夏季冷冻水系统供回水温差较好的为3-4℃,较差的只有 1-1.5℃,造成实际水流量比需要的水量大,使水系统电耗大大增加。

   (4)冷却水入口温度

   根据经验,冷却水入口温度每降低1℃可节电1.5~2.0%。冷却水入口温度应在符合冷水主机特性及室外气温、湿球温度的限制下尽可能地降低,以节约冷水主机的耗电。

   在较低的冷却水温时冷水主机耗电降低,但冷却水塔耗电升高,两者耗电之和存在一最佳运转效率点。

   冷却水塔应与冷水主机的运转一起考虑,才能使系统整个效率提高。要达到最佳化控制,冷却水设定温度应随室外气温、湿球温度而变。

   (5)冷却水循环量

   减少冷却水循环量,可以降低冷却水泵耗电量。若能配合冷水主机与冷却水塔选择较大温差的设计时,水流量即可降低,从而减少冷却水泵的初装费用和运转费用。

   (6)冷却塔风机控制

   在大多数的设计中,一台冷水主机会搭配一台冷却水塔,且水塔的起停与冷水主机联动。由于中、大系统冷水主机台数偏多,使得冷却水塔台数也多,不易管理及维护,且无法随着空调负载及室外气温条件变动而调整风扇耗电量。

   当水处理量大于300 m3/h以上时,方形冷却塔可实现多风机控制。风机的数量可随着处理水量的增大而增加。方形多风机型冷却塔,可随着夏季室外湿球温度的变化随意增减风机数量,用于昼夜温差较大的地区更有利于节能。

   (7)运行时间的调节

   歌舞厅、酒吧等消夏娱乐场所的经营时间通常仅为晚场营业,时间约19~22时。营业前2~4h将空调系统投入运转,利用围护结构的蓄冷能力使厅内的温度慢慢下降至设计温度的下限值或略低于该值。

   这样当营业后室内热负荷逐渐增加形成峰值时,空调设备仍能在低于峰值负荷下正常运行,达到了“预冷”降低空调设备容量的目的,大约相当于减少了设计冷负荷的25%。

   (8)适当地调整冷水主机的设定温度

   在夏季中央空调主机用电量可达酒店用电总量55%以上。适当地调整冷水主机的设定温度可收到较好的节能效果。冷水温度越高,则主机耗电率越低。每提高1℃,节电约3%。

 

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