建筑能源管理系列
前言：建筑能耗是指建筑在建設和運行使用過程中所利用的能源，其中使用過程中能源利用量占主導部分，包括建筑制冷、采暖、照明、通風、炊事等方面的能耗。我們之前探討了關于建筑圍護結(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，真正的“耗能大戶”的還是空調(diào)通風系統(tǒng)。
空調(diào)與我國冬夏季能源緊張局勢特別是當前電力緊張局勢的形成有著密切關系，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年中國內(nèi)地空調(diào)高峰負荷節(jié)電空間約9000萬kw，相當于5個三峽電站的滿負荷容量，相應可減少電力建設投資4000億元以上。因此，空調(diào)通風系統(tǒng)的節(jié)能已是當務之急，意義重大而深遠。接下來筆者將一一介紹從需求側(cè)相應對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)的空調(diào)通風系統(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組、熱泵型機組和溴化鋰吸收式機組。第一種冷熱源在設計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組，夏季制冷，冬季制熱。在設計工況下，其能效比較水冷機組要低，僅達到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組，這類機組的能效比(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)能量利用效率對比
除了冷熱水機組的選擇，還可通過自動控制冷熱源主機系統(tǒng)的啟停量來實現(xiàn)空調(diào)通風系統(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數(shù)，利用主機信號和故障報警信號構(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，變頻器就是用來控制和調(diào)整壓縮機轉(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。變頻技術在現(xiàn)代空調(diào)中的使用已成為必然趨勢，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)省運行成本。
設計者在選擇設備時，通常留有一定的設計余量，實際上設備也極少在全負荷工況下運行，甚至從未全負荷運行過。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)，負荷也會發(fā)生相應變化。建筑物的實際負荷會隨著室外氣候的變化而波動。通?？照{(diào)設備只能按設計的額定功率運行，當負荷降低時，設備仍然按照額定功率全負荷輸出運行，這就必然造成能量的浪費。
如果我們能夠使用變頻技術使空調(diào)設備的輸出功率隨負荷的變化而變化，那么就可起到節(jié)能的效果。根據(jù)空調(diào)負荷來相應改變水流量或風流量可有效實現(xiàn)地節(jié)能。變風量空調(diào)系統(tǒng)(vav)是通過末端裝置來補償室內(nèi)負荷的變動，調(diào)節(jié)房間送風量以維持室溫。變風量和定風量系統(tǒng)相比，一般情況下可節(jié)能50%。變水量系統(tǒng)(風機盤管)是通過水量控制的方法來調(diào)節(jié)溫度的，其比定流量系統(tǒng)要節(jié)電。隨著工業(yè)變頻器的推廣應用，通過對水流量、風量及主機等的變頻控制調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)其同所需空調(diào)負荷的實時匹配，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)常采用在送風機的輸入電源線路上加裝變頻器，根據(jù)控制系統(tǒng)的指示改變風機的轉(zhuǎn)速，滿足空調(diào)系統(tǒng)的設計。
新風控制
根據(jù)舒適程度要求，一般把總新風量控制在全風量的10%左右，是可以節(jié)能的。有的空調(diào)系統(tǒng)回風量不到90%，回風量偏小，無度的增大新風熱負荷，不是節(jié)能運行。利用自動控制技術實現(xiàn)新風控制，是實現(xiàn)空調(diào)通風系統(tǒng)節(jié)能的一個有效途徑。
空調(diào)系統(tǒng)確定后，可根據(jù)當?shù)氐臍庀笞兓闆r，將焓濕圖分成若干個氣象區(qū)（空調(diào)工況區(qū)），對應于每個空調(diào)工況區(qū)采取不同的運行調(diào)節(jié)方法?；疽笫钦{(diào)節(jié)機構(gòu)盡量少，調(diào)節(jié)方法盡量簡單，系統(tǒng)在各個工況分區(qū)內(nèi)的運行最經(jīng)濟、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,降低運行成本。
（全年運行的五工況分區(qū)圖、調(diào)節(jié)條件及調(diào)節(jié)內(nèi)容）
泵與風機的節(jié)能
風機和水泵是空調(diào)系統(tǒng)中幾乎不可缺少的設備，又是空調(diào)系統(tǒng)中耗電最多的設備之一。大中型中央空調(diào)系統(tǒng)中水泵的耗電量甚至占整個系統(tǒng)耗電量的30%左右。
泵與風機存在的主要問題有：
①為了壓低初投資，所選用的泵與風機質(zhì)量低，額定效率低于先進水平。
②系統(tǒng)設計不合理，大馬拉小車，有較大裕量。運行時泵與風機偏離性能曲線上的最佳工作區(qū)，運行效率比額定效率低很多。
③輸送管路的設計和安裝不合理，管路阻力大，運行能耗加大。
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維護保養(yǎng)不當，泵與風機經(jīng)常帶病工作，浪費了能源。
一般的節(jié)能措施有：
①更新和改造，用高效率泵與風機替代原有的效率比較低的泵與風機。
②選擇水泵或風機特性與系統(tǒng)特性匹配。管網(wǎng)特性曲線盡量通過效率的最高點，對于流動特性變化比較大的管網(wǎng)系統(tǒng)，應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計量儀表。
④切削葉輪、減小直徑。如果所選水泵的流量和揚程遠大于實際需求，最簡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程比較穩(wěn)定的系統(tǒng)。
⑤調(diào)節(jié)入口導葉，從而改變水泵或風機的流量壓力曲線。入口導葉調(diào)節(jié)范圍較寬、所花代價小、有較高的經(jīng)濟性，并可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，因此被廣泛采用。
總結(jié)
總而言之，隨著現(xiàn)代科學技術的發(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，通風系統(tǒng)節(jié)能調(diào)節(jié)效果更加顯著，我們應注重新技術的發(fā)展，不斷實踐、優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng)，在設計時達到高標準、高要求，在滿足舒適度的基礎上實現(xiàn)高能效。