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商業(yè)建筑空調(diào)節(jié)能技術措施探討
摘要：本文針對空調(diào)系統(tǒng)能耗的影響因素和商業(yè)建筑的特點，以實際商業(yè)建筑空調(diào)節(jié)能改造為例，從減少冷熱負荷、提高冷熱源效率、利用自然冷源、減少水泵電耗、減少風機電耗、改進氣流組織、改善控制七個方面分析了商業(yè)建筑空調(diào)節(jié)能的具體技術措施和實施辦法。1 概述
隨著經(jīng)濟建設的發(fā)展，商用建筑（寫字樓、賓館飯店、大中型商場等）大量興建，1997年全國房屋建筑竣工面積達62244萬平方米，其中住宅占53.8%、商業(yè)建筑占25.4%[2]。目前國內(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題，例如清華大學在1998年對北京市的十家營業(yè)較好的大商場進行了全面的測試和統(tǒng)計，這些商場的全年運行能耗平均大約是188 kwh/m2.a，而氣候條件大致相當?shù)娜毡镜耐惤ㄖ钠骄昴芎拇蠹s是135 kwh/m2.a，也就是說北京市的商場的能耗要比日本高出將近40％。空調(diào)能耗是商業(yè)建筑的能耗的主要部分，占總能耗的50～60％。初步估計目前全國商用中央空調(diào)用電量為400萬～450萬kW。按重慶和上海的統(tǒng)計，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了沉重的壓力。隨著現(xiàn)代化建設的發(fā)展，能源供應會更加緊張，將會導致影響經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。一般中央空調(diào)能耗約占整個建筑總能耗的50％左右，對于商場和綜合大樓可能要高達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)的能耗主要有兩個方面，一方面是為了供給空氣處理設備冷量和熱量的冷熱源能耗，如壓縮式制冷機耗電，吸收式制冷機耗蒸汽或燃氣，鍋爐耗煤、燃油、燃氣或電等；另一方面是為了給房間送風和輸送空調(diào)循環(huán)水，風機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、太陽輻射強度等），室內(nèi)空調(diào)設計標準，外墻門窗的傳熱特性，室內(nèi)人員、照明、設備的散熱、散濕狀況以及新風量的多少等。風機、水泵的輸送能耗受所輸送的空氣量、水量和水系統(tǒng)、風系統(tǒng)的輸送阻力影響，風系統(tǒng)、水系統(tǒng)的流量和阻力的影響因素有系統(tǒng)型式、送風溫差、供回水溫差、送風和送水流速、空氣處理設備和冷熱源設備的阻力和效率等。針對上述影響因素和商業(yè)建筑的特點，商業(yè)建筑空調(diào)節(jié)能的技術措施可歸納為七個方面：減少冷熱負荷、提高冷熱源效率、利用自然冷源、減少水泵電耗、減少風機電耗、改進氣流組織、改善控制。
2 減少冷熱負荷
冷熱負荷是空調(diào)系統(tǒng)最基礎的數(shù)據(jù)，制冷機、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、風機盤管等規(guī)格型號的選擇都是以冷熱負荷為依據(jù)的。如果能減少建筑的冷熱負荷，不僅可以減小制冷機、供熱鍋爐、冷熱水循環(huán)泵、空調(diào)箱、風機盤管等的型號，降低空調(diào)系統(tǒng)的初投資，而且這些設備型號減小后，所需的配電功率也會減少，這會造成變配電設備初投資減少以及上述空調(diào)設備日常運行耗電量減少，運行費用降低。所以減少冷熱負荷是商業(yè)建筑節(jié)能最根本的措施。減少冷熱負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荷。改善建筑的保溫隔熱性能可以從以下幾個方面著手：
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。
合理設計窗戶遮陽。
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)設計參數(shù)
商業(yè)建筑空調(diào)的主要目的是創(chuàng)造一個舒適的室內(nèi)空氣環(huán)境，滿足人們辦公、學習、娛樂等的舒適及衛(wèi)生要求。美國供熱制冷空調(diào)工程師學會設計手冊[1]（ASHRAE Handbook）的基礎篇里，給出了人體感覺舒適的室內(nèi)空氣參數(shù)區(qū)域，大約是空氣溫度13℃～23℃，空氣相對濕度20％～80％。
如果夏季設計溫度太低或冬季室內(nèi)設計溫度太高，都會增加建筑的冷熱負荷。在滿足舒適要求的條件下，要盡量提高夏季的室內(nèi)設計溫度和相對濕度，盡量降低冬季的室內(nèi)設計溫度和相對濕度，不要盲目追求夏季室內(nèi)空氣溫度過低、過干，冬季室內(nèi)設計溫度過高。
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，會在房間的局部產(chǎn)生較大的散熱量，例如廚房的灶臺、醫(yī)院消毒間的消毒柜、電話機房的交換機等。在空調(diào)系統(tǒng)設計過程中，應考慮在發(fā)熱量比較大的局部熱源附近設置局部排風，將設備散熱量直接排出室外，防止熱量散發(fā)到室內(nèi)，以減少夏季的冷負荷。但是在運行中，這些排風機可能沒有開啟或者發(fā)生故障并得不到及時的更換和修理，那么這些局部熱源就會造成很大的冷負荷，浪費冷量和破壞室內(nèi)熱環(huán)境。
2.4 控制和正確使用室外新風量
由于新風負荷占建筑物總負荷的20～30％，控制和正確使用新風量是空調(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荷各分項的比例：
圖3-1 冷熱負荷分項比例
由于新風負荷接近總負荷的1/3，所以要嚴格控制新風量的大小。除了嚴格控制新風量的大小之外，還要合理利用新風。春秋季或冬季，有些房間仍需供冷，此時當室外空氣焓值小于室內(nèi)空氣設計狀態(tài)的焓值時，可采用室外新風為室內(nèi)降溫，可減少冷機的開啟量，節(jié)省能耗。
減少新風負荷應從以下兩方面著手：
不要隨意提高最小新風量標準
杜絕非正常渠道引入新風
3 提高冷源效率
評價冷源制冷效率的性能指標是制冷系數(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)無關，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)冷機的實際運行過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，冷機的制冷系數(shù)越高。下圖顯示了某離心壓縮制冷機的制冷效率與冷卻水溫度的變化關系：
從右圖可以看出，冷卻水的供水溫度每上升1℃，冷機的COP下降近4%。降低冷卻水溫度需要加強運行管理，停止的冷卻塔的進出水管的閥門應該關閉，否則，來自停開的冷卻塔的溫度較高的水使混合后的水溫提高，冷機的制冷系數(shù)就減低了。冷卻塔使用一段時間后，應及時檢修，否則冷卻塔的效率會下降，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，冷機的制冷效率越高，右圖顯示了某冷機制冷系數(shù)與冷凍水供水溫度的關系。從圖中可看出，冷凍水供水溫度提高1℃，冷機的制冷系數(shù)可提高3％，所以在日常運行中不要盲目降低冷凍水溫度。例如，不要設置過低的冷機冷凍水設定溫度；關閉停止運行的冷機的水閥，防止部
分冷凍水走旁通管路，經(jīng)過運行中的
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