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商業(yè)建筑空調(diào)節(jié)能技術(shù)措施探討

時(shí)間:2024-08-20 01:41:46 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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商業(yè)建筑空調(diào)節(jié)能技術(shù)措施探討

摘要:本文針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能耗的影響因素和商業(yè)建筑的特點(diǎn),以實(shí)際商業(yè)建筑空調(diào)節(jié)能改造為例,從減少冷熱負(fù)荷、提高冷熱源效率、利用自然冷源、減少水泵電耗、減少風(fēng)機(jī)電耗、改進(jìn)氣流組織、改善控制七個(gè)方面分析了商業(yè)建筑空調(diào)節(jié)能的具體技術(shù)措施和實(shí)施辦法。

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,商用建筑(寫字樓、賓館飯店、大中型商場(chǎng)等)大量興建,1997年全國(guó)房屋建筑竣工面積達(dá)62244萬(wàn)平方米,其中住宅占53.8%、商業(yè)建筑占25.4%[2]。目前國(guó)內(nèi)興建的采用中央空調(diào)的商用建筑普遍存在著高能耗的問(wèn)題,例如清華大學(xué)在1998年對(duì)北京市的十家營(yíng)業(yè)較好的大商場(chǎng)進(jìn)行了全面的測(cè)試和統(tǒng)計(jì),這些商場(chǎng)的全年運(yùn)行能耗平均大約是188 kwh/m2.a,而氣候條件大致相當(dāng)?shù)娜毡镜耐惤ㄖ钠骄昴芎拇蠹s是135 kwh/m2.a,也就是說(shuō)北京市的商場(chǎng)的能耗要比日本高出將近40%?照{(diào)能耗是商業(yè)建筑的能耗的主要部分,占總能耗的50~60%。初步估計(jì)目前全國(guó)商用中央空調(diào)用電量為400萬(wàn)~450萬(wàn)kW。按重慶和上海的統(tǒng)計(jì),中央空調(diào)用電量已分別占全市總用電量的23%和31.1%[3],給各城市的供配電帶來(lái)了沉重的壓力。隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展,能源供應(yīng)會(huì)更加緊張,將會(huì)導(dǎo)致影響經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。一般中央空調(diào)能耗約占整個(gè)建筑總能耗的50%左右,對(duì)于商場(chǎng)和綜合大樓可能要高達(dá)60%以上,因此節(jié)約商業(yè)建筑空調(diào)能耗是刻不容緩的。

空調(diào)系統(tǒng)的能耗主要有兩個(gè)方面,一方面是為了供給空氣處理設(shè)備冷量和熱量的冷熱源能耗,如壓縮式制冷機(jī)耗電,吸收式制冷機(jī)耗蒸汽或燃?xì),鍋爐耗煤、燃油、燃?xì)饣螂姷;另一方面是為了給房間送風(fēng)和輸送空調(diào)循環(huán)水,風(fēng)機(jī)和水泵所消耗的電能。

冷熱源的能耗由建筑物所需要的供冷量和供熱量決定,建筑物的空調(diào)需冷量和需熱量的影響因素有室外氣象參數(shù)(如室外空氣溫度、空氣濕度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度等),室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),外墻門窗的傳熱特性,室內(nèi)人員、照明、設(shè)備的散熱、散濕狀況以及新風(fēng)量的多少等。風(fēng)機(jī)、水泵的輸送能耗受所輸送的空氣量、水量和水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)的輸送阻力影響,風(fēng)系統(tǒng)、水系統(tǒng)的流量和阻力的影響因素有系統(tǒng)型式、送風(fēng)溫差、供回水溫差、送風(fēng)和送水流速、空氣處理設(shè)備和冷熱源設(shè)備的阻力和效率等。針對(duì)上述影響因素和商業(yè)建筑的特點(diǎn),商業(yè)建筑空調(diào)節(jié)能的技術(shù)措施可歸納為七個(gè)方面:減少冷熱負(fù)荷、提高冷熱源效率、利用自然冷源、減少水泵電耗、減少風(fēng)機(jī)電耗、改進(jìn)氣流組織、改善控制。

2 減少冷熱負(fù)荷

冷熱負(fù)荷是空調(diào)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù),制冷機(jī)、供熱鍋爐、冷熱水循環(huán)泵以及給房間送冷、送熱的空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)盤管等規(guī)格型號(hào)的選擇都是以冷熱負(fù)荷為依據(jù)的。如果能減少建筑的冷熱負(fù)荷,不僅可以減小制冷機(jī)、供熱鍋爐、冷熱水循環(huán)泵、空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)盤管等的型號(hào),降低空調(diào)系統(tǒng)的初投資,而且這些設(shè)備型號(hào)減小后,所需的配電功率也會(huì)減少,這會(huì)造成變配電設(shè)備初投資減少以及上述空調(diào)設(shè)備日常運(yùn)行耗電量減少,運(yùn)行費(fèi)用降低。所以減少冷熱負(fù)荷是商業(yè)建筑節(jié)能最根本的措施。減少冷熱負(fù)荷有以下一些具體措施:

2.1 改善建筑的保溫隔熱性能

房間內(nèi)冷熱量的損失通過(guò)房間的墻體、門窗等傳遞出去的。改善建筑的保溫隔熱性能可以直接有效地減少建筑物的冷熱負(fù)荷。改善建筑的保溫隔熱性能可以從以下幾個(gè)方面著手:

確定合適的窗墻面積比例,不要盲目追求大窗戶、全玻璃幕墻。

合理設(shè)計(jì)窗戶遮陽(yáng)。

充分利用保溫隔熱性能好的玻璃窗。

2.2 選擇合理的室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

商業(yè)建筑空調(diào)的主要目的是創(chuàng)造一個(gè)舒適的室內(nèi)空氣環(huán)境,滿足人們辦公、學(xué)習(xí)、娛樂(lè)等的舒適及衛(wèi)生要求。美國(guó)供熱制冷空調(diào)工程師學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)手冊(cè)[1](ASHRAE Handbook)的基礎(chǔ)篇里,給出了人體感覺(jué)舒適的室內(nèi)空氣參數(shù)區(qū)域,大約是空氣溫度13℃~23℃,空氣相對(duì)濕度20%~80%。

如果夏季設(shè)計(jì)溫度太低或冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度太高,都會(huì)增加建筑的冷熱負(fù)荷。在滿足舒適要求的條件下,要盡量提高夏季的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度和相對(duì)濕度,盡量降低冬季的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度和相對(duì)濕度,不要盲目追求夏季室內(nèi)空氣溫度過(guò)低、過(guò)干,冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度過(guò)高。

2.3 局部熱源就地排除

商業(yè)建筑中的有些房間,由于使用功能的需要,會(huì)在房間的局部產(chǎn)生較大的散熱量,例如廚房的灶臺(tái)、醫(yī)院消毒間的消毒柜、電話機(jī)房的交換機(jī)等。在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)考慮在發(fā)熱量比較大的局部熱源附近設(shè)置局部排風(fēng),將設(shè)備散熱量直接排出室外,防止熱量散發(fā)到室內(nèi),以減少夏季的冷負(fù)荷。但是在運(yùn)行中,這些排風(fēng)機(jī)可能沒(méi)有開啟或者發(fā)生故障并得不到及時(shí)的更換和修理,那么這些局部熱源就會(huì)造成很大的冷負(fù)荷,浪費(fèi)冷量和破壞室內(nèi)熱環(huán)境。

2.4 控制和正確使用室外新風(fēng)量

由于新風(fēng)負(fù)荷占建筑物總負(fù)荷的20~30%,控制和正確使用新風(fēng)量是空調(diào)系統(tǒng)最有效的節(jié)能措施之一。下圖為北京某寫字樓典型工況的冷熱負(fù)荷各分項(xiàng)的比例:

圖3-1 冷熱負(fù)荷分項(xiàng)比例

由于新風(fēng)負(fù)荷接近總負(fù)荷的1/3,所以要嚴(yán)格控制新風(fēng)量的大小。除了嚴(yán)格控制新風(fēng)量的大小之外,還要合理利用新風(fēng)。春秋季或冬季,有些房間仍需供冷,此時(shí)當(dāng)室外空氣值小于室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)狀態(tài)的值時(shí),可采用室外新風(fēng)為室內(nèi)降溫,可減少冷機(jī)的開啟量,節(jié)省能耗。

減少新風(fēng)負(fù)荷應(yīng)從以下兩方面著手:

不要隨意提高最小新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)

杜絕非正常渠道引入新風(fēng)

3 提高冷源效率

評(píng)價(jià)冷源制冷效率的性能指標(biāo)是制冷系數(shù)(COP,Coefficient Of Performance ),是指單位功耗所能獲得的冷量。制冷系數(shù)與制冷劑的性質(zhì)無(wú)關(guān),僅取決于被冷卻物的溫度T0’ 和冷卻劑溫度Tk’, T0’越高,Tk’越低,制冷系數(shù)越高[4]。所以空調(diào)系統(tǒng)冷機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不要使冷凍水溫度太低、冷卻水溫度太高,否則制冷系數(shù)就會(huì)較低,產(chǎn)生單位冷量所需消耗的功量多,耗電量高,增加建筑的能耗。提高冷源效率可采取以下一些措施:

3.1 降低冷卻水溫度

由于冷卻水溫度越低,冷機(jī)的制冷系數(shù)越高。下圖顯示了某離心壓縮制冷機(jī)的制冷效率與冷卻水溫度的變化關(guān)系:

從右圖可以看出,冷卻水的供水溫度每上升1℃,冷機(jī)的COP下降近4%。降低冷卻水溫度需要加強(qiáng)運(yùn)行管理,停止的冷卻塔的進(jìn)出水管的閥門應(yīng)該關(guān)閉,否則,來(lái)自停開的冷卻塔的溫度較高的水使混合后的水溫提高,冷機(jī)的制冷系數(shù)就減低了。冷卻塔使用一段時(shí)間后,應(yīng)及時(shí)檢修,否則冷卻塔的效率會(huì)下降,不能充分地為

冷卻水降溫。

3.2 提高冷凍水溫度

由于冷凍水溫度越高,冷機(jī)的制冷效率越高,右圖顯示了某冷機(jī)制冷系數(shù)與冷凍水供水溫度的關(guān)系。從圖中可看出,冷凍水供水溫度提高1℃,冷機(jī)的制冷系數(shù)可提高3%,所以在日常運(yùn)行中不要盲目降低冷凍水溫度。例如,不要設(shè)置過(guò)低的冷機(jī)冷凍水設(shè)定溫度;關(guān)閉停止運(yùn)行的冷機(jī)的水閥,防止部

分冷凍水走旁通管路,經(jīng)過(guò)運(yùn)行中的

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