暖通空調(diào)節(jié)能心得分享

暖通空調(diào)節(jié)能心得分享

1.    系統(tǒng)節(jié)能空間

暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能空間應(yīng)從建筑設(shè)計(jì)，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理等三方面綜合考慮。

建筑物的形體，方位，顏色以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)等因素均能對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷需求量產(chǎn)生重要影響。如：廈門地區(qū)由于供暖負(fù)荷較小而供冷負(fù)荷大，以淺色為好。以及減小外窗的面積，采用雙層隔熱玻璃，采取遮陽措施等等。

空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)常以滿足最大負(fù)荷為依據(jù)，但是在實(shí)際運(yùn)行中最大負(fù)荷出現(xiàn)的機(jī)會(huì)很少。對(duì)某5星級(jí)酒店的抽樣調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)配置為163w/m2，而在90%的運(yùn)行時(shí)段內(nèi)實(shí)際容量?jī)H為60~100 w/m2�，F(xiàn)代旅游飯店是集住宿、商務(wù)、會(huì)議、餐飲、娛樂、健身為一身的多功能建筑，而其多功能并不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)冷負(fù)荷服務(wù)需求高峰。合理的負(fù)荷要求設(shè)計(jì)師精益求精的設(shè)計(jì)作風(fēng)和豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)單地套用資料數(shù)據(jù)可以減少設(shè)計(jì)師的風(fēng)險(xiǎn)，但是可能帶來設(shè)備利用率的降低。

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)選擇不當(dāng)進(jìn)一步加劇了設(shè)備利用率的降低，如：飯店中的商場(chǎng)、健身、商務(wù)等設(shè)施是為下榻客人服務(wù)的，如果套用和國(guó)美，家樂福一樣的指標(biāo)就過分了。

水泵的揚(yáng)程是依據(jù)系統(tǒng)最不利負(fù)荷水頭損耗再乘以一定的安全系數(shù)后，套用水泵樣本確定的，如果沒有合適的水泵型號(hào)，就采取寧大勿小的原則，因此水泵的選型常常造成額外冗余。

冷凍水系統(tǒng)是按設(shè)計(jì)容量配置的，而實(shí)際負(fù)荷卻是根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷冷量時(shí)變的，下圖給出了系統(tǒng)冷負(fù)荷變化示意圖。在恒速水泵系統(tǒng)中當(dāng)實(shí)際負(fù)荷低于設(shè)計(jì)容量時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)大流量小溫差的現(xiàn)象，產(chǎn)生不必要的節(jié)流損耗和水泵的能效指標(biāo)下降，不僅如此，冗余的載冷劑水量還會(huì)造成不必要的系統(tǒng)冷量損耗。

因此，暖通空調(diào)的節(jié)能控制就成了業(yè)內(nèi)人士的共同追求，隨著現(xiàn)代變頻控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及系統(tǒng)控制技術(shù)和理論的不斷發(fā)展，為暖通空調(diào)節(jié)能事業(yè)提供了嶄新的平臺(tái)。

節(jié)能效益空間更多的是取決于低負(fù)荷維持的時(shí)間和出現(xiàn)的頻率。

水冷式暖通空調(diào)系統(tǒng)主要是由制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、載冷劑循環(huán)系統(tǒng)、空氣循環(huán)系統(tǒng)共同構(gòu)成，其中載冷劑循環(huán)系統(tǒng)又由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)組成。下圖給出TRANE® RTHB450S制冷機(jī)的能效性能和YROK® YK500TR制冷機(jī)的能耗性能，可以看出制冷主機(jī)的冷凍水出水溫度、冷卻水進(jìn)水溫度以及負(fù)荷率對(duì)能耗的影響。所謂的系統(tǒng)調(diào)節(jié)就是跟隨系統(tǒng)冷負(fù)荷的變化，通過合理調(diào)節(jié)載冷劑的揚(yáng)程、流量和冷卻空氣流量來實(shí)現(xiàn)對(duì)冷凍水出水溫度和冷卻水進(jìn)水溫度以及負(fù)荷率的合理調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)COPc以及Nw和Na的隨動(dòng)控制，達(dá)到提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低運(yùn)行能耗的目的。

節(jié)能效益空間更多的是取決于低負(fù)荷維持的時(shí)間和出現(xiàn)的頻率。

水冷式暖通空調(diào)系統(tǒng)主要是由制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、載冷劑循環(huán)系統(tǒng)、空氣循環(huán)系統(tǒng)共同構(gòu)成，其中載冷劑循環(huán)系統(tǒng)又由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)組成。下圖給出TRANE® RTHB450S制冷機(jī)的能效性能和YROK® YK500TR制冷機(jī)的能耗性能，可以看出制冷主機(jī)的冷凍水出水溫度、冷卻水進(jìn)水溫度以及負(fù)荷率對(duì)能耗的影響。所謂的系統(tǒng)調(diào)節(jié)就是跟隨系統(tǒng)冷負(fù)荷的變化，通過合理調(diào)節(jié)載冷劑的揚(yáng)程、流量和冷卻空氣流量來實(shí)現(xiàn)對(duì)冷凍水出水溫度和冷卻水進(jìn)水溫度以及負(fù)荷率的合理調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)COPc以及Nw和Na的隨動(dòng)控制，達(dá)到提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低運(yùn)行能耗的目的。

制冷機(jī)的制冷量Qo應(yīng)同時(shí)滿足末端負(fù)荷用戶服務(wù)質(zhì)量的冷量Qy需求和冷凍水系統(tǒng)自身的冷量損耗Qs：

如果末端用戶負(fù)荷所需冷量不變，由于冷凍水流量的減少，不僅可以降低各末端用戶在調(diào)節(jié)閥門上的節(jié)流損失和系統(tǒng)管網(wǎng)以及水泵的磨擦損失，使得冷凍水泵的功耗降低，更重要的是系統(tǒng)在管網(wǎng)、閥門和水泵上的冷量損耗Qs也跟隨降低，這就使得制冷機(jī)的冷負(fù)荷跟隨降低。

通常制冷機(jī)無論采用什么樣的能量調(diào)節(jié)技術(shù)，其COPc始終跟隨負(fù)荷冷量變化，并在其最大制冷量的附近顯現(xiàn)最高COPc拐點(diǎn)，即最高效率點(diǎn)。

在用戶負(fù)荷冷量需求不變的前提下，因冷凍水流量的降低帶來的系統(tǒng)冷負(fù)荷的降低，使得制冷機(jī)的制冷系數(shù)COPc降低（見圖2-1b），同時(shí)也會(huì)使得冷凝器的釋冷量跟隨減少，在冷卻水量不變的前提下，冷卻水出水溫度會(huì)降低，如果冷卻水進(jìn)水溫度相應(yīng)降低的話，可以使COPc得以補(bǔ)償（見圖2-1），但是這是需要時(shí)間和冷卻系統(tǒng)的共同作用�？梢娪捎谙到y(tǒng)冷負(fù)荷的降低，對(duì)COPc產(chǎn)生的正面作用是不確定的，而造成的負(fù)面影響卻是肯定的。所以通過系統(tǒng)冷負(fù)荷的降低能夠優(yōu)化制冷主機(jī)COPc的說法是不妥的。

但是COPc的降低并不意味著不節(jié)能，對(duì)于采用不同能量調(diào)節(jié)技術(shù)的制冷機(jī)型來說，因系統(tǒng)冷負(fù)荷的降低而產(chǎn)生的能耗降低是完全不同的。例如：多機(jī)頭的活塞機(jī)，冷負(fù)荷的降低可能使其停開一組壓縮機(jī)，產(chǎn)生的節(jié)能效果不言而喻；制冷機(jī)制造商對(duì)產(chǎn)品性能的不懈努力從來沒有停止過。不斷地改進(jìn)使得部分負(fù)荷運(yùn)行的電耗不斷降低，效率不斷提高；而對(duì)于采用熱氣體旁通能量調(diào)節(jié)閥技術(shù)的機(jī)型而言，當(dāng)冷負(fù)荷降低時(shí)，壓縮機(jī)的吸氣壓力就會(huì)降低，通過能量調(diào)節(jié)閥將一部分高溫高壓制冷劑氣體旁通到吸氣管阻止吸氣壓力的繼續(xù)下降，這樣制冷量是下降了，但是壓縮機(jī)的功耗僅僅是略有下降甚至是基本不變，節(jié)能效果當(dāng)然就很少了。由此可見，冷凍水流量減少產(chǎn)生的系統(tǒng)冷負(fù)荷降低，會(huì)導(dǎo)致制冷機(jī)COPc的降低，但是冷凍水系統(tǒng)調(diào)節(jié)產(chǎn)生的系統(tǒng)冷量降低為主機(jī)能耗的降低創(chuàng)造了客觀條件，至于主機(jī)能耗是否能跟隨降低以及降低多少，取決于主機(jī)自身的能量調(diào)節(jié)性能，因機(jī)而異。制冷機(jī)COPc的最大化并不是暖通空調(diào)節(jié)能控制的根本目標(biāo)，從熱學(xué)物理角度出發(fā)，冷凍水系統(tǒng)的節(jié)能調(diào)節(jié)主要是通過合理地降低載冷劑流量，減少系統(tǒng)冷量損耗Qs的途徑獲取的。

冷凍水系統(tǒng)可以從降低水泵電耗和減少系統(tǒng)冷量損耗兩個(gè)方面獲取節(jié)能效益。

室外大氣環(huán)境的溫濕度是影響濕式冷卻塔運(yùn)行性能主要因素，冷卻水的進(jìn)水溫度過高直接造成主機(jī)制冷系數(shù)COPc降低，冷卻水進(jìn)水溫度過低也會(huì)導(dǎo)致冷凝溫度和壓力的降低，造成冷媒流量不足，導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定和制冷量減少。另外，冷卻水進(jìn)水溫度過低造成的主機(jī)難以啟動(dòng)也是困擾用戶的一個(gè)難題。

冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能控制主要是通過降低冗余的冷卻水流量和系統(tǒng)管網(wǎng)以及水泵的磨擦損失，且盡量保持循環(huán)水泵和電機(jī)高效運(yùn)行的途徑獲取的。

1.    節(jié)能系統(tǒng)控制目標(biāo)的追求

在電制冷暖通空調(diào)系統(tǒng)中，常用制冷機(jī)組的制冷系數(shù)COPc來衡量其制冷效果，定義是：制冷量QO與制冷機(jī)輸入電功率Nc的比值，即

以水輸送系數(shù)COPw來衡量水系統(tǒng)輸送效果，定義是：顯熱交換量QO與循環(huán)水泵電功率Nw的比值，即

暖通空調(diào)機(jī)房總電耗Ns是制冷主機(jī)電耗Nc和水系統(tǒng)（冷凍水、冷卻水）電耗Nw以及冷卻塔風(fēng)機(jī)電耗N之和，水系統(tǒng)水泵和冷卻風(fēng)機(jī)又統(tǒng)稱為輔機(jī)：

我們這里引入暖通空調(diào)機(jī)房系統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)換系數(shù)COPs概念，定義為：?jiǎn)挝幌到y(tǒng)電耗的制冷量，所反映的是機(jī)房系統(tǒng)二次能源能效指標(biāo)：

相應(yīng)的二次能源能耗指標(biāo)實(shí)質(zhì)上就是系統(tǒng)能耗效率比，表示為：

如果用經(jīng)濟(jì)學(xué)中投入產(chǎn)出比的標(biāo)準(zhǔn)來衡量暖通空調(diào)效率，就像是一個(gè)黑匣子，投入的是系統(tǒng)總電耗Ns，產(chǎn)出的是系統(tǒng)總制冷量QO，一度電按發(fā)熱量860*4.187=3600kJ/(kw·h)計(jì)。

由于暖通空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)出冷負(fù)荷的時(shí)變性，使得投入的系統(tǒng)電耗存在跟隨變化的節(jié)能空間，如果在保證暖通空調(diào)系統(tǒng)安全運(yùn)行和用戶服務(wù)質(zhì)量的前提下，能夠使系統(tǒng)電耗跟隨負(fù)荷量的變化，提高系統(tǒng)的COPs，就可以實(shí)現(xiàn)降低系統(tǒng)能耗指標(biāo)ε，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

        綠色節(jié)能：

        是一種以提高舒適度和倡導(dǎo)健康的節(jié)能理念，將節(jié)能理念提高到新的境界。例如：舒適性空調(diào)允許服務(wù)溫度有較大的變化范圍，當(dāng)室外環(huán)境溫度較低時(shí)，室內(nèi)服務(wù)溫度相應(yīng)調(diào)的低一些；當(dāng)室外溫度偏高時(shí)，室內(nèi)溫度相應(yīng)調(diào)高一點(diǎn)，保持室內(nèi)外有相對(duì)恒定的溫差。當(dāng)室外溫度接近舒適溫度時(shí)，則盡可能地多用新風(fēng)，使得室內(nèi)小環(huán)境跟隨室外大環(huán)境空氣狀況變動(dòng)，既能更大限度地節(jié)省能源，又能提高室內(nèi)空氣品質(zhì)和舒適度。

        空調(diào)系統(tǒng)中除了機(jī)房能耗外，用以處理新風(fēng)所需的能耗常被工程師忽視，某五星飯店用以處理新風(fēng)的能耗僅占了空調(diào)系統(tǒng)總能耗的40%，處理新風(fēng)的冷負(fù)荷在12w/（m3/h），廈門地區(qū)可能會(huì)更高。

目前大多數(shù)飯店新風(fēng)恒定不變，節(jié)能空間顯而易見。

        可持續(xù)節(jié)能

        是一種以不斷努力，不斷提高和不斷改進(jìn)的節(jié)能理念。

隨著人類對(duì)自然科學(xué)的不斷認(rèn)識(shí)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的節(jié)能空間還將被人們不斷發(fā)現(xiàn)，新的節(jié)能技術(shù)和新材料會(huì)不斷出現(xiàn)，與時(shí)俱進(jìn)的科學(xué)發(fā)展觀是保持可持續(xù)節(jié)能的指導(dǎo)思想。

1.    節(jié)電效果評(píng)估

單從式15-17看，似乎只要分別通過冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻風(fēng)機(jī)各自的能耗控制，降低輔機(jī)系統(tǒng)的能耗，就能夠提高系統(tǒng)能效指標(biāo)COPs。其實(shí)不然，暖通空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，任何子系統(tǒng)都不能夠孤立存在，要想實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況，僅僅從局部去考慮問題是不夠的。任何一個(gè)不是以降低系統(tǒng)綜合能耗指標(biāo)為控制目標(biāo)的暖通空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)都可能出現(xiàn)三種情況：

1.減少冷卻水水量后，輔機(jī)系統(tǒng)功耗Nw下降，冷凝溫度基本維持不變。這種情況下，制冷機(jī)COPc基本不變，即系統(tǒng)制冷量不變，總能耗Ns下降，能效指標(biāo)COPs提高，能耗指標(biāo)ε降低，節(jié)能效果明顯。

2. 減少冷卻水流量后，Nw下降，系統(tǒng)總能耗Ns下降，但是由于冷凝溫度上升使得制冷機(jī)COPc略為降低，制冷量也相應(yīng)下降，能效指標(biāo)COPs和指標(biāo)ε尚能維持基本不變，節(jié)能效果難以鮮見。

3. 減少冷卻水流量后，Nw下降，但是冷凝溫度上升使得制冷機(jī)COPc顯著下降，導(dǎo)致系統(tǒng)能效指標(biāo)COPs下降，能耗指標(biāo)ε上升，節(jié)能效果為負(fù)值，勞命傷財(cái)。

因此節(jié)能控制應(yīng)運(yùn)用系統(tǒng)工程理論從系統(tǒng)層面出發(fā)全面權(quán)衡協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系和牽連，避免單方面地強(qiáng)調(diào)某一個(gè)側(cè)面，而忽略其它側(cè)面可能會(huì)給系統(tǒng)運(yùn)行造成的負(fù)面影響，因此無論是冷凍水子系統(tǒng)還是冷卻水子系統(tǒng)的節(jié)能控制，均不能以各自子系統(tǒng)的水泵節(jié)能收益最大化為唯一目的，也就是說，水泵轉(zhuǎn)速的降低不是節(jié)能目標(biāo)而是節(jié)能手段，各子系統(tǒng)的節(jié)能控制必須服從系統(tǒng)安全運(yùn)行和整體節(jié)能效益的大局。由于“電表是掛在系統(tǒng)上的”，用戶是按繳費(fèi)計(jì)量電表繳費(fèi)的，所以控制系統(tǒng)的唯一目標(biāo)就是整個(gè)暖調(diào)空調(diào)系統(tǒng)綜合效率的提高，二次能源能耗指標(biāo)ε的降低。說白了，就是在保障系統(tǒng)安全運(yùn)行和用戶服務(wù)質(zhì)量的前提下，盡可能地降低繳費(fèi)表計(jì)的計(jì)量度數(shù)，減少用戶電費(fèi)支出。一句話，只有用戶的電費(fèi)支出減少了，節(jié)能控制方案才是成功的。

同理，對(duì)于冰水蓄冷的節(jié)能評(píng)估，也不能僅以轉(zhuǎn)移電量的多少確定節(jié)能收益，因?yàn)楸�水蓄冷技術(shù)在能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)移的生產(chǎn)過程中存在大量的附加能量（包括電能、機(jī)械能和熱能）損耗，這些能量和管理成本的增加并不能為用戶創(chuàng)造利潤(rùn)，也不能為廠商帶來利益。

1.    辯證看待節(jié)電率

我們從上述的章節(jié)已經(jīng)了解了暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能機(jī)理和節(jié)能空間，跟隨系統(tǒng)冷負(fù)荷的變化，系統(tǒng)的節(jié)能空間也是不斷變化的，因此系統(tǒng)的能耗指標(biāo)ε也是一個(gè)變量，節(jié)電率當(dāng)然就不會(huì)是一個(gè)固定值。也就是說，由于不同的時(shí)間有不同的冷負(fù)荷，因此就有不同的節(jié)電率，同樣的一套節(jié)能控制設(shè)備在不同的空調(diào)系統(tǒng)中必然會(huì)有不同的節(jié)電效果。嚴(yán)格地說，世上沒有一個(gè)暖通空調(diào)系統(tǒng)是相同的，每一個(gè)系統(tǒng)都有其的獨(dú)特的個(gè)性，從不雷同。形象地說，就是每個(gè)系統(tǒng)都有自身唯一的DNA。其它案例的節(jié)電率，僅僅是該系統(tǒng)某一時(shí)段的典型數(shù)據(jù)，既不能代表系統(tǒng)的平均節(jié)電率，也不能說明系統(tǒng)整體節(jié)電效果。但是常常被廠商用以產(chǎn)品的包裝。對(duì)該案例之外的任一系統(tǒng)都僅有借鑒意義而沒有任何指導(dǎo)意義。

上圖給出了廈門某項(xiàng)目從2005年2月4日至10月17日節(jié)電率走勢(shì)，期間甲乙雙方協(xié)議節(jié)電量1705738.41kwh。圖中也出現(xiàn)了如tA明確地標(biāo)示出在輔機(jī)節(jié)能21.94%時(shí)，主機(jī)的節(jié)電率為-21.26%，系統(tǒng)節(jié)電率竟為-7.21%的現(xiàn)象。

不同的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)得出不同的節(jié)電率，

  以某項(xiàng)目連續(xù)測(cè)試九天（216小時(shí)）為例：

工況

前三天變頻運(yùn)行72小時(shí)

中間三天定頻運(yùn)行72小時(shí)

后三天變頻運(yùn)行72小時(shí)

耗電量

46363.93kwh

54578.75kwh

42246.84kwh

節(jié)電率

15.05%

22.59%

如果九天內(nèi)氣象條件發(fā)生較大變化，節(jié)電率的變化量則更多。

  案例1：在廈門某大廈案例招標(biāo)中，有的供應(yīng)商一看到單臺(tái)水泵的功率就熱血沸騰，揚(yáng)言志在必得，在即沒有對(duì)系統(tǒng)實(shí)施調(diào)研分析，也沒有分清水系統(tǒng)節(jié)電率和機(jī)房系統(tǒng)節(jié)電率的區(qū)別的情況下，開口就保證系統(tǒng)節(jié)電60%以上，并承諾達(dá)不到不要錢，其實(shí)該案例的水泵早已經(jīng)切削了葉輪。

  案例2：廈門某酒店經(jīng)測(cè)試水泵系統(tǒng)節(jié)電率為53.4%，工程部皆大歡喜頒獎(jiǎng)慶賀，但是次月空調(diào)電費(fèi)不降反升，財(cái)務(wù)部提出質(zhì)疑：50%的節(jié)電率上哪里去了？工程部無言。原因至少有兩個(gè)，一是水系統(tǒng)的節(jié)電率并不是空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)電率，水系統(tǒng)節(jié)電并不能說明空調(diào)系統(tǒng)就節(jié)電，也有可能系統(tǒng)更耗電；二是隨著冷負(fù)荷的增加，系統(tǒng)節(jié)電率是呈下降趨勢(shì)的，次月天氣溫濕度升高，又洽逢旅游旺季酒店入住率攀升，冷負(fù)荷需求增大，節(jié)電率下降。

具體地說，一個(gè)案例的節(jié)能效益主要取決于兩個(gè)方面：

系統(tǒng)節(jié)能空間的大�。ò�括：最大負(fù)荷與設(shè)計(jì)負(fù)荷之間的設(shè)計(jì)余量和最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之間的負(fù)荷變化量以及低負(fù)荷時(shí)頻的長(zhǎng)短）；

控制系統(tǒng)跟隨負(fù)荷變化的隨動(dòng)控制能力。