基于建筑环境的空调系统设计及节能分析

基于建筑环境的空调系统设计及节能分析

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沈阳中德园开发建设集团有限公司辽宁省沈阳市110000

摘要:根据数据显示,我国的建筑能耗占据全国总能耗的40%,而空调能耗在建筑能耗中就占据了70%左右。根据终端节能的具体要求,必须要调整空调耗能,要加强对于节能方面的技术处理与优化,这对于整个社会的节约能源有着重要实际意义。随着社会的不断发展,建筑能耗占据整体能耗的比例还在增加,目前,世界范围内的能源危机已经出现,空调系统设计节能是重点解决的问题。

关键词:建筑环境;空调系统;设计;节能

引言:随着我国现代化建设的不断发展,各类现代化建筑特别是高层建筑不断增多,中央空调系统已广泛应用于这些建筑之中。空调系统在为人们提供舒适工作生活环境的同时,空调能耗也成为建筑能耗大户。据统计,我国建筑能耗约占全国总能耗的35%,空调能耗又约占建筑能耗的50%-65%左右。由此可见,暖通空调能耗占总能耗的比例可高达22.75%。按照终端节能的概念,加大空调节能的力度对节约能源有着巨大实际意义。在建筑能耗占整个能源消耗的比例不断增加的现状下,尤其是当前世界“能源危机”日益紧迫的关头,空调建筑节能特别是建筑中的空调系统节能已成为节能领域中的一个重点和热点。

一、建筑环境对于空调节能的影响

对于空调的系统设计来说,必须要充分考虑建筑环境,根据建筑环境来进行空调节能设计是降低空调耗能的有效办法。建筑环境包涵外部环境以及内部环境,外部环境是通过气象以及绿化来进行节能设计,内部环境是通过建筑设计以及室内环境来控制空调的节能力度。

(一)外部环境的影响

空调的设计要符合室外环境需求,针对不同的环境设计出不同符合的空调系统。而空调节能的相关研究则需要依据热环境以及室外环境中的有利因素,实质对于改善室内热环境起到有效的作用。

(二)气象条件对于空调负荷的影响

设计人员在确定空调负荷的时候要充分考虑室外气候因素,并且针对空调、通风等不同部分,有关室外气候数据的参照也有着差异性,总的来说对空调负荷影响较大的气象因素在于室外干球温度、空气湿度和阳光辐射力度。空调系统设计人员必须要在建筑规划方面对这些气候因素进行充分考量,进而结合相关的地理因素和大气因素,增强暖通空调节能功用,使其符合节能标准,实现节能目标。

二、暖通空调系统的节能

(一)降低室内设定值

降低室内设定值人们对空调舒适性的感觉有一个由温度和湿度构成的区域,在这个区域内人体的舒适感没有明显改变,但系统的能耗却有较大幅度的变化,适当加大送风温差可减少水系统和风系统的容量,降低水泵和风机的功率。为了节约能耗,空调房间室内温、湿度基数在满足生产要求和人体健康的情况下,夏季应尽可能提高,冬季应尽可能降低。

(二)控制室外新风量

空调机组处理的新风量过多会增加其负荷,进而增加电耗,处理的新风量过少则会影响空调环境的质量,因此针对具体的空调环境做好送风温度和新风比例的调整非常有利于节能。对于夏季需供冷、冬季需供热的空调房间,室外新风量愈大,系统能耗愈大,在这种情况下,室外新风应控制到卫生要求的最小值。冬季和过度季,对于那些室内周边负荷影响小,而内区发热量大的建筑物,如大型商店、会堂、剧院等,室内需供冷风,这时应充分利用室外新风具有的冷量,可全部引入室外新风,推迟人工冷源使用时间,节约人工冷源的能耗。这种方法是空调系统最有效的节能措施之一。

(三)优选空调方式

首先,采用变频控制。空调系统变频技术主要有两种形式:用变速泵和变速风机替代调节阀,减少系统内部消耗,提高整机效率;或者采用变流量技术,根据空调负荷改变水流量或风流量。变流量系统分:变风量系统:主要靠变风量末端装置随室内负荷的变化自动调节风量维持室温来实现节能目的。常用的有末端有旁通型、节流型和诱导型,其中节流型的节能效果最好。另外,变水量系统。在设计空调水系统时,如采用定水温变流量或变水温变流量的调节方式,使供水量随空调负荷的变化而增减;不但可减少处理过程的能耗,还能节省输送能耗。常用变水量方法有:使用电动阀调节水量;使用无级调速水泵,调节流量;控制运行水泵的台数,改变系统总的循环水量。变流量系统在国外已采用多年,然而我国目前由于客观及主观上的一些原因未能普及推广;其次,选择合适的冷热源。空调系统能否可靠地供冷、供热,而且也对空调节能与能源合理利用意义重大。热源的种类有区域锅炉房、燃煤(油、气)锅炉、溴化锂吸收式机组或燃气(油)直燃吸收式冷热水机组、热电站、热泵。冷源的种类主要是压缩式、吸收式制冷机。最后,空调系统的优化设计。在既要节能,又要保证室内空气品质的前提下,风量可调的置换式送风系统、冷辐射吊顶系统、结合冰蓄冷的低温送风系统、蒸发冷却和去湿空调系统以及免费供冷系统等在国外绿色办公建筑中已成为流行的空调方案。目前国内外不少公司、科研院所的研究人员都在致力于这方面的研究工作[1]。

(四)热回收与热交换装置

空调系统能耗特点之一是大量余热的浪费。从节能考虑,将系统中需排掉的余热移向需要热的地方去是节能的一种趋势。一种常用的方式采用热轮回收余热,它由多孔和高比热容量的材料制成,有转盘式和转鼓式两类结构形式。其中,转轮式全热交换器,其热传递效率现可达到75%-80%。此外还有一些常用热回收装,比如,热管换热器、板式换热器、热回收环路等。相对来说,热泵系统回收方式更普遍。热泵可以回收100-120以下的废热,可利用自然环境(如空气和水)和低温热源(如地下热水、低温太阳热和余热)来节约大量采暖、供热燃料,是一种新型的高效利用低温能源的节能技术#*+%。如果热泵与直接接触式热回收设备联合使用,其热回收效率比单一设备要高的多。工程中有转轮式热回收与热泵的联合工作系统,热管热回收与热泵的联合工作装置等[2]。

(五)采用自动控制

实现空调自动控制,不仅可以提高调节精度,还可以降低冷热耗量及电能的消耗,是实现空调节能的必要条件。自动控制系统的采用是节能的重要手段,也是手动无法相比的。根据国内外研究表明,如果采用合理的自控系统,比目前大多数以手动控制为主的建筑,节能20%以上[3]。

(六)自然能源和新能源的利用

免费供冷的各种应用。传统意义上的免费供冷指的是冷却塔供冷,这里的免费供冷是一种广义概念的节能降耗的系统形式,包括:过渡季节空调系统最大限度地利用新风;利用夏季晚间自然通风进行通风降温;利用地道风降温等

结论:

简而言之,空调行业必须要遵循社会节能发展主流,要将舒适与节能合为一体,不断优化系统设计内容,在建筑环境研究基础上开发出新型的空调系统设计方案,从保护环境的角度出发,利用自然能源以及新能源降低能耗,这也是未来建筑设计的主导方向[4]。

参考文献:

[1][日]中原信生著.龙惟定,周祖毅,殷平,吴钟大译.建筑和建筑设备的节能[M].北京:中国建筑工业出版社,2017.

[2]范存养.以人居健康舒适、环境保护和能源有效利用为中心的空调技术进展[J].暖通空调,2016,29(2):26-30.

[3]钱以明.高层建筑空调与节能[M].上海:同济大学出版社,2016.

[4]陆亚俊,等.暖通空调[M].北京:中国建筑工业出版社,2012.

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