建筑能源管理系列
前言：建筑能耗是指建筑在建設(shè)和運(yùn)行使用過(guò)程中所利用的能源，其中使用過(guò)程中能源利用量占主導(dǎo)部分，包括建筑制冷、采暖、照明、通風(fēng)、炊事等方面的能耗。我們之前探討了關(guān)于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑照明系統(tǒng)及建筑供暖系統(tǒng)的節(jié)能改造。而在我國(guó)，真正的“耗能大戶”的還是空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)。
空調(diào)與我國(guó)冬夏季能源緊張局勢(shì)特別是當(dāng)前電力緊張局勢(shì)的形成有著密切關(guān)系，空調(diào)的迅速普及，使他作為建筑能耗大戶的地位日益突顯。到2020年中國(guó)內(nèi)地空調(diào)高峰負(fù)荷節(jié)電空間約9000萬(wàn)kW，相當(dāng)于5個(gè)三峽電站的滿負(fù)荷容量，相應(yīng)可減少電力建設(shè)投資4000億元以上。因此，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能已是當(dāng)務(wù)之急，意義重大而深遠(yuǎn)。接下來(lái)筆者將一一介紹從需求側(cè)相應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能措施。
冷熱源
中央空調(diào)常見的冷熱源配置方式有水冷冷水機(jī)組、熱泵型機(jī)組和溴化鋰吸收式機(jī)組。第一種冷熱源在設(shè)計(jì)工況下的能效比較高，一般為3.7～5；第二種冷熱源即熱泵型機(jī)組，夏季制冷，冬季制熱。在設(shè)計(jì)工況下，其能效比較水冷機(jī)組要低，僅達(dá)到3左右，但其具有良好的節(jié)能和環(huán)保效果；中央空調(diào)的另一種冷熱源為溴化鋰吸收式機(jī)組，這類機(jī)組的能效比(制冷量/消耗的熱量)比較低，節(jié)電不節(jié)能，適用于有廢熱和余熱的地方。
建筑冷熱源系統(tǒng)能量利用效率對(duì)比
除了冷熱水機(jī)組的選擇，還可通過(guò)自動(dòng)控制冷熱源主機(jī)系統(tǒng)的啟停量來(lái)實(shí)現(xiàn)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能。如下圖所示，是一種按冷凍水回水溫度控制啟停臺(tái)數(shù)，利用主機(jī)信號(hào)和故障報(bào)警信號(hào)構(gòu)成反饋的邏輯控制流程。
采用變頻系統(tǒng)
變頻空調(diào)是指加裝了變頻器的常規(guī)空調(diào)。壓縮機(jī)是空調(diào)的心臟，其轉(zhuǎn)速直接影響到空調(diào)的使用效率，變頻器就是用來(lái)控制和調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)，使之始終處于最佳的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，從而提高能效比。變頻技術(shù)在現(xiàn)代空調(diào)中的使用已成為必然趨勢(shì)，它不僅能有效改良空調(diào)系統(tǒng)的工藝不足，還能大幅降低能耗，節(jié)省運(yùn)行成本。
設(shè)計(jì)者在選擇設(shè)備時(shí)，通常留有一定的設(shè)計(jì)余量，實(shí)際上設(shè)備也極少在全負(fù)荷工況下運(yùn)行，甚至從未全負(fù)荷運(yùn)行過(guò)。建筑物由于使用情況的變化(如出租率不高，建筑功能變化等)，負(fù)荷也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。建筑物的實(shí)際負(fù)荷會(huì)隨著室外氣候的變化而波動(dòng)。通�？照{(diào)設(shè)備只能按設(shè)計(jì)的額定功率運(yùn)行，當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，設(shè)備仍然按照額定功率全負(fù)荷輸出運(yùn)行，這就必然造成能量的浪費(fèi)。
如果我們能夠使用變頻技術(shù)使空調(diào)設(shè)備的輸出功率隨負(fù)荷的變化而變化，那么就可起到節(jié)能的效果。根據(jù)空調(diào)負(fù)荷來(lái)相應(yīng)改變水流量或風(fēng)流量可有效實(shí)現(xiàn)地節(jié)能。變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)(VAV)是通過(guò)末端裝置來(lái)補(bǔ)償室內(nèi)負(fù)荷的變動(dòng)，調(diào)節(jié)房間送風(fēng)量以維持室溫。變風(fēng)量和定風(fēng)量系統(tǒng)相比，一般情況下可節(jié)能50%。變水量系統(tǒng)(風(fēng)機(jī)盤管)是通過(guò)水量控制的方法來(lái)調(diào)節(jié)溫度的，其比定流量系統(tǒng)要節(jié)電。隨著工業(yè)變頻器的推廣應(yīng)用，通過(guò)對(duì)水流量、風(fēng)量及主機(jī)等的變頻控制調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)其同所需空調(diào)負(fù)荷的實(shí)時(shí)匹配，從而產(chǎn)生顯著的節(jié)能效益。
如下圖所示，VAV空調(diào)系統(tǒng)常采用在送風(fēng)機(jī)的輸入電源線路上加裝變頻器，根據(jù)控制系統(tǒng)的指示改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，滿足空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
新風(fēng)控制
根據(jù)舒適程度要求，一般把總新風(fēng)量控制在全風(fēng)量的10%左右，是可以節(jié)能的。有的空調(diào)系統(tǒng)回風(fēng)量不到90%，回風(fēng)量偏小，無(wú)度的增大新風(fēng)熱負(fù)荷，不是節(jié)能運(yùn)行。利用自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)新風(fēng)控制，是實(shí)現(xiàn)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能的一個(gè)有效途徑。
空調(diào)系統(tǒng)確定后，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀笞兓闆r，將焓濕圖分成若干個(gè)氣象區(qū)（空調(diào)工況區(qū)），對(duì)應(yīng)于每個(gè)空調(diào)工況區(qū)采取不同的運(yùn)行調(diào)節(jié)方法�；疽笫钦{(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)盡量少，調(diào)節(jié)方法盡量簡(jiǎn)單，系統(tǒng)在各個(gè)工況分區(qū)內(nèi)的運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)、合理,能最大限度地利用自然能源,以減少冷量、熱量和電能的消耗,降低運(yùn)行成本。
（全年運(yùn)行的五工況分區(qū)圖、調(diào)節(jié)條件及調(diào)節(jié)內(nèi)容）
泵與風(fēng)機(jī)的節(jié)能
風(fēng)機(jī)和水泵是空調(diào)系統(tǒng)中幾乎不可缺少的設(shè)備，又是空調(diào)系統(tǒng)中耗電最多的設(shè)備之一。大中型中央空調(diào)系統(tǒng)中水泵的耗電量甚至占整個(gè)系統(tǒng)耗電量的30%左右。
泵與風(fēng)機(jī)存在的主要問(wèn)題有：
①為了壓低初投資，所選用的泵與風(fēng)機(jī)質(zhì)量低，額定效率低于先進(jìn)水平。
②系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，大馬拉小車，有較大裕量。運(yùn)行時(shí)泵與風(fēng)機(jī)偏離性能曲線上的最佳工作區(qū)，運(yùn)行效率比額定效率低很多。
③輸送管路的設(shè)計(jì)和安裝不合理，管路阻力大，運(yùn)行能耗加大。
④管路水力不平衡，只能采取閥門或閘板調(diào)節(jié)流量，增加了節(jié)流損失。
⑤維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)，泵與風(fēng)機(jī)經(jīng)常帶病工作，浪費(fèi)了能源。
一般的節(jié)能措施有：
①更新和改造，用高效率泵與風(fēng)機(jī)替代原有的效率比較低的泵與風(fēng)機(jī)。
②選擇水泵或風(fēng)機(jī)特性與系統(tǒng)特性匹配。管網(wǎng)特性曲線盡量通過(guò)效率的最高點(diǎn)，對(duì)于流動(dòng)特性變化比較大的管網(wǎng)系統(tǒng)，應(yīng)盡量選擇效率曲線平坦型的水泵。
③在主要管路上安裝檢測(cè)計(jì)量?jī)x表。
④切削葉輪、減小直徑。如果所選水泵的流量和揚(yáng)程遠(yuǎn)大于實(shí)際需求，最簡(jiǎn)單的方法就是減少葉輪的直徑，從而減小軸功率。但是這種方法只適用于揚(yáng)程比較穩(wěn)定的系統(tǒng)。
⑤調(diào)節(jié)入口導(dǎo)葉，從而改變水泵或風(fēng)機(jī)的流量壓力曲線。入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)范圍較寬、所花代價(jià)小、有較高的經(jīng)濟(jì)性，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，因此被廣泛采用。
總結(jié)
總而言之，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，空調(diào)自控系統(tǒng)愈趨成熟，為使空調(diào)系統(tǒng)資源得到更加充分的利用，通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能調(diào)節(jié)效果更加顯著，我們應(yīng)注重新技術(shù)的發(fā)展，不斷實(shí)踐、優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)時(shí)達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)、高要求，在滿足舒適度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高能效。
