建筑空调能耗预测管理论文

2022-04-18

要写好一篇逻辑清晰的论文,离不开文献资料的查阅,小编为大家找来了《建筑空调能耗预测管理论文(精选3篇)》的相关内容,希望能给你带来帮助!【摘要】暖通空调能耗占建筑总能耗的一半以上,而建筑能耗占用了国家电力的30%以上,因此研究暖通空调的系统节能对于降低能耗具有十分重要的意义。本文从暖通空调的空气处理系统入手,分析暖通空调的节能技术,研究空调系统的优化设计,并对空调系统的可持续发展进行探讨。

建筑空调能耗预测管理论文 篇1:

发展建筑节能的三大突破口

建筑节能依赖技术创新

建筑设计决定节能水平

建筑造型及围护结构形式对建筑物性能有决定性影响。直接的影响包括建筑物与外环境的换热量、自然通风状况和自然采光水平等。而这三方面涉及的内容将构成70%以上的建筑采暖通风空调能耗。不同的建筑设计形式会造成能耗的巨大差别。然而建筑物是复杂系统,各方面因素相互影响,很难简单的确定建筑设计的优劣。例如加大外窗面积可改善自然采光,在冬季还可多获得太阳热量,但在冬季的夜间却会增大热量消耗,同时还会使夏季由于太阳光进入窗户使空调能耗增加。这就需要利用动态热模拟技术对不同的方案进行详细的模拟预测和比较。科技部中美合作完成的低能耗示范建筑在建筑设计阶段对十余个不同的方案进行了详细的模拟计算比较,从而使最终选定的建筑方案比原方案节能30%以上。为实现这种模拟优化分析,发达国家从上世纪70年代第一次能源危机开始,就投入大量经费,开发出多个建筑能耗模拟预测和优化软件,并将其作为推广建筑节能的最有效技术措施。目前在各国的建筑节能设计导则或规范中,都要求设计者必须进行动态模拟预测与优化。

节能建筑呼唤新型建材

开发新的建筑围护结构部件,以更好的满足保温、隔热、透光、通风等各种需求,甚至可根据变化了的外界条件随时改变其物理性能,达到维护室内良好的物理环境同时降低能源消耗的目的,这是实现建筑节能的基础技术和必需产品。

夏季空调的大量能耗用于室内的湿度调节,采用一些吸湿性高分子材料,可以在空气湿度高的时候吸收空气中的水分,使其转换为结晶水而封存在材料中,在室内空气相对湿度较低时又重新把水分释放回空气中。这样可维持室内相对湿度于40%~75%的舒适范围内,而不消耗常规能源。还有利用建筑围护结构蓄存热量,夏季夜间室外空气通过楼板空洞通风使楼板冷却,白天用冷却了的楼板吸收室内热量。在冬季则设法利用围护结构吸收和蓄存白天进入室内的太阳辐射热避免室温过高,在夜间释放这些热量,以减少室温的下降。在围护结构内配置适宜的相变材料,则可以产生更好的蓄能效果。

通过上述各项技术的有机结合,在某些地区(非潮湿地区)可以建造出接近“零能耗”建筑,不消耗常规能源就可以维持室内的舒适环境,并通过太阳能解决夜间照明。开发和推广上述先进技术,可使我国各类建筑的采暖能耗降低到冬季平均10W/m2的水平,仅为目前采暖能耗的三分之一,空调能耗也可以显著下降。因此我国建筑材料与部品的节能应从以外墙为重点迅速转向以提高外窗和玻璃幕墙的性能为重点。

通风装置亟待改头换面

随着外窗的气密性不断提高,关闭外窗后所能产生的室内外换气量已不能满足室内空气质量的要求。因此北方地区居民就不再像几十年前那样,在冬季糊窗缝,而是每天都要开窗换气。据调查,70%以上居住在新建住宅中的北京居民冬季每天都要开窗通风。然而目前大多数外窗都无法控制开窗通风量,开启一扇窗所导致的通风换气量远大于维持室内空气质量所要求的换气量。这就造成冬季采暖的热损失。对于采取了保温措施的新建住宅和新建一般性非住宅建筑,由于建筑围护结构保温好,开窗后的热量消耗是不开窗时的2~3倍,成为冬季采暖主要的热负荷部分。按照室内卫生要求,在采暖时适量换气,而不是无控制的开窗,可以在保证室内空气质量的前提下,使这种保温好的新建建筑采暖能耗减少一半以上。在欧洲就非常重视室内的受控通风。可在窗台下设专门的可调式通风窗,可采用上翻式外窗调节通风量,还可在外窗上专门开设用于通风的小窗。研究和开发这种产品,并在建筑设计规范中强制要求设置这种通风手段,可显著减少过量通风换气导致的能耗。

即使是适量通风,室内外通风形成的热量或冷量(夏季空调时)损失,对保温较好的建筑,也成为建筑采暖空调能耗的主要部分。对于一面外墙宽4米的一间20平方米房间,如果外墙外窗平均传热系数为1W/m2℃,则室内一次换气导致的热损失为外围护结构热损失的1.6倍。实际上的新建节能住宅与新建节能型一般性非住宅建筑,一次换气时的热损失往往可达到外围护结构热损失的两倍以上。此时,通过专门装置有组织的进行通风换气,同时在需要的时候有效的回收排风中的热量或冷量,对降低这类建筑的能耗就具有重要意义。显热热回收装置回收效率达到70%时,就可以使采暖能耗降低40%~50%。

热泵技术取代暖器空调

通过热泵技术从低温热源中取热,提升其温度后,为建筑物提供热量,解决采暖和生活热水的热量供应,是直接燃烧一次能源而获取热量的主要替代方式。随着夏季空调的广泛使用,我国用电高峰已逐渐从冬季转到夏季,从而使冬季电力供应能力过剩。需要增加冬季用电负荷,减少冬夏电负荷差,这是近年来各地推行电采暖的实质原因。直接电热相当于燃煤供热效率为30%,无论如何不应推广。

热泵方式的主要问题是从哪种低温热源中取热,怎样使低温热源能够提供足够的热量,同时热泵油能高效提取。依低温热源不同,常见的热泵形式有:热泵型家庭热水机组,即从室外空气中提取热量制备生活热水,当没有余热、废热可利用时,这种方式应是提供家庭生活热水的最佳方式;空气源热泵,冬季从室外空气中提取热量为建筑供热,主要应用于住宅和其它小规模民用建筑供热;地下水水源热泵,通过从地下抽水提取其热量后再把水回灌到地下,用于建筑供热;污水水源热泵,是直接从城市污水中提取热量,据测算城市污水充当热源可解决城市20%建筑的采暖;地埋管式土壤源热泵,为通过在地下垂直地或水平地埋入塑料管,通入循环工质,成为循环工质与土壤间的换热器。

采暖用能占我国建筑能耗的50%以上,而热泵技术提供采暖热源比燃料直接燃烧要节能20%以上,同时对使用者来说,又是最清洁的采暖热源。通过热泵技术如能解决四分之一城镇建筑的采暖,将大大缓解目前采暖与能源消耗、采暖与环境保护间的矛盾,电力负荷冬季与夏季的矛盾,实现高效的电驱动采暖。

节能技术成就公共建筑

与住宅和一般性非住宅建筑不同,大型公共建筑采暖空调电力消耗中,60%~70%由输送和分配冷量和热量的风机水泵所消耗。这是导致此类建筑能源消耗过高的主要原因之一。对大规模集中供热系统,负责输配热量的各级水泵的能源消耗也在供热系统运行成本中占很大比例。目前建筑系统中风机水泵的电力消耗(包括集中供热系统水泵电耗)占我国城镇建筑运行电耗的10%以上,而这部分电耗有可能降低60%~70%,因此也应是建筑节能的重点,尤其是大型公共建筑节能的主要途径。

目前中央空调都使用出口温度为5~7℃冷水或更低的低温水作为冷媒,对空气进行处理。这是因为空气除湿的需要。而如果仅为了降温,采用出口温度为18~20℃的冷源都可满足要求。由于一般除湿负荷仅占空调负荷的30%~50%。结果大量的显热负荷也用这样的低温冷媒处理,就导致冷源效率低下。近年来,此领域的一个重要方向就是采用温度湿度独立控制的空调方式。将室外新风除湿后送入室内,可用于消除室内产湿,并满足新鲜空气要求;而用独立的水系统使18~20℃温度的冷水循环,通过辐射或对流型末端来消除室内显热。这一方面可避免采用冷凝式除湿时为了调节相对湿度进行再热而导致的冷热抵消,还可用高温冷源吸收显热,使冷源效率大幅度提高。同时这种方式还可有效改善室内空气质量,因此被普遍认为是未来的主流空调方式。目前世界各国都积极开展大量的相关研究和工程尝试。

目前90%的大型公共建筑安装有建筑自动化系统,对各种用能对象进行检测和控制。但是,90%的自动化系统都不能有效的对耗能系统,尤其是采暖空调系统进行自动调节,从而不能实现节能效果。目前的建筑自动化系统水平已可完全提供各种所需要的实测数据,要解决的问题就是优化算法和为了实现优化控制对系统进行必要的改造。优化控制的实现,至少可实现15%~20%的节能效果。

当天然气成为城市中主要的一次能源时,采用动力装置先由燃气发电,再由发电后的余热向建筑供热或作为空调制冷的动力,可获得更高的燃料利用率。这就是所谓热电冷三联供(BCHP)。通过让大型建筑自行发电,可解决大部分用电负荷,可提高用电的可靠性,同时还降低输配电网的输配电负荷,并减少长途输电的输电损失。这种方式要攻克的技术难点为:高发电效率、低排放的燃气发电动力装置,高密度高转换效率的蓄能装置和高效率的热驱动空调方式。

这种方式为大型公共建筑能源供应提供一种整体解决方案。通过天然气发电替代使用电网电力,其余热又可解决建筑供冷供热问题。当解决好电热冷的负荷匹配时,与直接利用电网电力相比,这种方式可节约一次能源20%~30%。

节能灯具照明绿色建筑

由于照明用电为建筑物用电量的30%~60%,因此节约照明用电对建筑节能有重大意义。降低照明用电的途径包括:发展高效光源、采用高效灯具、改进照明控制。目前荧光类高效节能灯已得到普及,普遍看好的LED光源比目前的节能灯效率更高,发光光谱可在大范围选择,使用寿命也大大延长。

照明控制也是实现照明节能的重要组成部分。尤其是办公室、教室等公共建筑,改善照明控制可大幅度减少照明电耗。使这种系统国产化,降低成本,同时进一步完善其控制逻辑。

政策机制促进技术推广

通过政策机制实施有效管理,是推进我国建筑节能的重要手段。建筑节能政策机制应建筑节能的要求而出现,随着人们对建筑节能认识的加深和社会经济的发展而不断发展、创新和完善。建筑节能政策机制主要有三类:一是通过制订、颁布、实施建筑节能标准规范、法律法规,下达指令性行政命令等;二是随着经济发展和市场完善,将建筑节能性能与产品市场价格挂钩;三是将建筑节能有关的各种显性和隐性信息加以收集整理,并在一定范围内以适当形式公开,用以建立各种刺激、奖惩机制,即建筑能耗统计与信息公开制度。

建立建筑能耗统计制度

目前尚没有任何一个机构可以准确地给出我国的建筑物所消耗终端能源的具体数据,包括绝对量和在整个社会终端能源消耗量中的比例;也不能准确地描述我国建筑能耗的具体特点,例如发展变化的特点、不同功能建筑耗能的特点、不同地域建筑耗能、建筑内不同终端用能途径耗能的特点。这成为我国进一步开展建筑节能工作的重要障碍。国家统计局和建设部近年来在建筑能耗统计方面做了大量的工作,但仍存在很多的差距,主要包括:一是缺少科学有效、可操作性的建筑能耗统计模型,使具体的建筑能耗统计工作能在此模型指导下实施;二是尚未建立全国和地方的建筑能耗统计数据库,也没有形成相应的统计渠道;三是无有效机制开展统计工作,缺少有效渠道使这些数据向各级政府、公众和国际社会公开。

建立符合国际惯例、适应中国国情的建筑能耗统计制度,主要包括三部分内容:一是在现有统计渠道基础上建立可持续运行的建筑能耗基础数据统计体系;二是建立城市、省区、全国的建筑能耗数据库和统计数据报送网络,建立建筑能耗统计分析模型和建筑导致的温室气体排放量估算模型等,并开展统计分析和预测研究;三是建立一定范围内、适当形式的建筑能耗数据定期公开和公布制度,利用网络、媒体,促进公共参与,形成刺激和奖惩机制。

建立住宅能耗标识体系

住宅节能的关键是住宅本身的优化设计和节能的建筑部品与建筑技术的采用。由于我国住宅开发已基本进入市场化,因此实现这些节能措施的主体是住宅开发商。要使其不是概念炒作,不使建筑节能堕落为仅仅成为开发商的市场行为而丧失了消费者的信任与兴趣,就必须有一套科学可行的管理体制,客观地给出住宅实际的能耗状况。这就需要建立住宅能耗标识方法和能形成自我约束机制的住宅能耗标识体系。

住宅能耗标识体系就是在市场机制下建立起能够健康实施这一标识工作,从而真正推动节能工作的平台。包括独立的住宅能耗标识事务所的建立与监管,确保标识过程公正的授权与保险机制,向消费者进行宣传使能耗指标的意义深入人心等。通过这一平台的建立,使消费者把节能作为选择住宅的一项指标,由消费者推动开发商以节能为开发市场的手段,进而由开发商推动设计研究和生产部门的住宅节能的研究开发和相关产品生产,就能使住宅节能工作进入良性循环。

建立公共建筑能耗评估体系

大型公共建筑相互之间能耗的差异表明,这类建筑的节能潜力在30%以上。根据对部分大型商业建筑的节能改造,通过加强运行管理,杜绝“跑冒滴漏”的浪费现象,可实现节能5%~10%;通过提高水泵风机等输配设备的运行效率及应用变频调速技术可实现节能15%~20%;此外通过改善过渡季节设备运行方式、避免冷热不均、增加自动控制系统等措施,也可实现10%~20%的节能效果。对这类建筑而言,应重点开展两方面工作:一是大型公共建筑各用能环节的分项计量;二是新建大型公共建筑的用能评估审查和使用中的大型公共建筑的用能配额管理。

大型公共建筑能源消耗情况非常复杂,对开展节能工作需要的各耗能环节的状况往往难以了解,能耗不合理的部分存在的问题被掩盖。此外,近年来国内一些节能改造项目开始按照合同能源管理的模式执行,效果并不是很好,一个重要的因素就是合同双方对最终节能量的认可存在差异,如果建筑内各耗能环节实现分项计量,则可从根本上解决这一问题。再通过一定范围内公开同类型建筑能耗信息,可产生刺激作用。

大型公共建筑建筑面积大多在2万平方米以上,按照国家节能法的要求,这类建筑均应进行节能评估,但是由于缺乏可操作的评估方法,这项工作多年来一直没有开展起来。2005年4月,由有关单位协作完成的《大型公共建筑节能评估方法》通过了专家鉴定,并应用到了奥运场馆的节能评估工作中。大型公共建筑的节能属于市场机制失灵的部分,应通过罚款或征税、财政补贴等措施予以纠正,节能评估即按照这种思路来开展。通过节能评估和罚劣奖优机制,大型公共建筑能耗偏高的现象将得到彻底改善。

推进用能产品能效标识制度

对于空调、冰箱、家用电器、照明器具等建筑用能产品,应大力推动节能产品分级认证和能效标识管理制度的实施,运用市场机制,引导用户和消费者购买节能型产品。例如可按产品耗能由低到高,依次标为1~5级,能效低于5级的产品不允许上市销售;而只有达到一级和二级能效标准的产品才能称为“节能产品”。

具体的研究工作包括制定科学和可操作的能耗标识指标及检测方法。 例如家用空调器在不同的室内外热环境条件下能耗性能会有很大差别,只在单一的标准工况下测试和标识其能耗指标,其结果就有可能与实际有很大偏离。当大多数运行工况并非标准工况时,会导致制造厂单纯地追求标准工况下的高效而不顾大多数实际运行工况下的低效。设计多个不同气候条件的全负荷与部分负荷的参考工况,并根据各个地区的气候情况确定各自对这些参考工况的权系数,从而得到根据参考工况计算各个地区能耗综合性能指标的方法,才有可能更科学地反映实际的用能状况,促进和推广真正的适宜当地气候条件的节能产品。

作者:江 亿

建筑空调能耗预测管理论文 篇2:

简述暖通空调的节能减排技术及发展建议

【摘要】暖通空调能耗占建筑总能耗的一半以上,而建筑能耗占用了国家电力的30%以上,因此研究暖通空调的系统节能对于降低能耗具有十分重要的意义。本文从暖通空调的空气处理系统入手,分析暖通空调的节能技术,研究空调系统的优化设计,并对空调系统的可持续发展进行探讨。

【关键词】暖通  节能技术  空调发展

引言

能源是国家经济与科技可持续发展的重要基础物质,缺少能源则就失去了一切所需的推动力。然而,能源是一种有限的自然资源,不断消耗只会导致其逐渐减少甚至耗尽,国家正在不断鼓励科研机构与企业相关部门研发低耗能设备。建筑是耗能大户,建筑业的耗能情况占社会总耗能量的30%以上,随着建筑业的不断发展,其耗能量也在不断增加。其中暖通空调系统占用了整个建筑业能耗的一半以上,可以认为暖通空调是社会耗能量大的设施之一,不仅因其系统工作需要大量的能源消耗,而且空调数量也在不断增加,从以前的城市扩展到农村,现已经普及到每一个角落,如果从电量节能角度分析,每一台暖通空调每天节省一度电,对于整个世界的能源稳定性而言则能上升一大步。因此,对于暖通空调的系统节能研究具有十分重要的意义。

一、暖通空调节能技术的发展

最早对于暖通空调的设计目的是为了满足用电负荷的需求,并没有考虑能源消耗问题,且所有的控制装置基本上是手工操作。随着能源危机的加剧,对于空调的控制系统研究逐渐由负荷方面转向节能优化方面,如今随着系统控制器以及能源管理系统的不断研究与发展,空调整体发展趋势得到明显改善,节能效率有大幅度提升。然而针对不同的应用途径,以及不同的围护设施,则空调的节能降耗也不同。例如在建筑业方面,对于国家实行的《节能中长期专项规划》中已明确我国三大主要节能领域,其中建筑节能是主要领域之一,并提出了新建建筑严格实施节能50%的标准,基于城市改建措施,开展居住和公共建筑的節能改造,其中空调是建筑的主要耗能设施。因此在满足舒适度的前提下暖通空调的节能设计与如何优化使整个系统运行能耗最低,已成为当今空调行业的热点问题。

暖通空调的节能技术可以改善建筑结构内的温度控制,减少冷热传递而造成的能量损失,同时如果建筑能够提高其结构的基础物质,如门窗的气密性或墙体的保温性等,可以大大提高空调的效率,减少能源消耗。目前除了对暖通空调系统的结构与布局设计,如何优化系统各个控制变量,最小化系统能耗也已成为目前空调节能技术发展的主要方向。例如变静压变温度的控制算法在空调系统变风量中的研究得到广泛关注,且通过研究表明,采用变静压变温度控制技术可以使空调风机能耗降低50%左右。即便如此,由于暖通空调系统是依据满足用户的最大负荷设计的,在实行这种控制技术之前仍需要解决两个关键问题,即如何预测送风状态点的位置以及评估所需送风状态,此外对于提高系统能效而言,如何在线优化参数众多且设备分散的空气处理机的工作点是目前急需解决的关键问题。对于这些问题都需要结合实际环境与地方用电政策而进一步系统研究,也是未来暖通空调实行更加有效节能的发展方向。

三、暖通空调的系统设计优化

暖通空调的系统设计是空调发展的核心部分,如何设计优良且具有智能化的空调热交换系统,使空调在使用过程中能基于环境有效调节温度,实时降低能耗,是暖通空调系统设计的主要方向。因此,对于暖通空调的系统发展研究主要从空调系统的模糊控制技术、空调系统控制范围的能量回收技术、空调系统低温送风技术以及空调变频技术等方面展开。

(1)空调系统的模糊控制技术

随着计算机技术的快速发展,模糊控制已成为智能控制的重要组成部分。模糊控制技术近年来在复杂工业过程控制方面发挥着日益重要的作用,其作为一种非线性系统控制策略,在系统优化设计的数学建模复杂度方面,具有无需建立系统的精确数学模型的特点,通过将积累的经验知识转化为模糊控制规则,通过模糊推理过程实现系统的实时控制,从而克服了线性化方法的运算复杂性,由于模糊控制系统具有较好的鲁棒性,可以解决外在环境因素的扰动以及系统本身因素的不确定性对系统的影响,充分结合现场操作人员的成果经验,从而有效的提高过程控制质量,为复杂工业过程和非线性系统的控制研究开辟了新的途径。

(2)空间能量回收技术

空间能量回收技术是空调系统实现有效节能的关键部分,而对于这种技术有很多优化设计方法,可包括为采用无能量回收的普通机组技术、能量回收的全新风空气处理机组技术、带能量回收与混合风的空气处理机组技术等。其中对于无能量回收的普通机组技术,这种方式可以使室外新风与室内的大部分回风进行有效混合后再送入室内,可以有效降低系统能耗,但不能保证室内空气的质量;对于带能量回收的全新风空气处理机组技术而言,它是将室内回风全部排除,通过系统的热回收装置把排风的能量收回并进行预冷室外新风,导致热回收装置成为整个系统的关键部分,如果回收装置的效率较低,则会增加空调系统的能耗。因此,结合上述两种方式的优缺点,设计出带能量回收与混合风的空气处理机组技术,它是对能量回收实行范围控制,即在30%的排风上考虑能量回收,仍有70%回风引入混合箱并连续循环使用。

(3)系统低温送风技术

系统低温送风技术的优势不仅体现在能耗上,在建筑物的空间设计上也有促进作用。由于低温送风技术使送风温差增大,导致送风量降低,在系统结构上可减小风管和风机的尺寸,从而有效提高建筑的利用面积,降低能耗。这有利于空调送风空气处理系统的节能,低温送风一般要求冷源能够提供较低的温度,因此比较适用于冰蓄冷系统空调。

(4)空调系统的变频技术

目前变频技术成为了空调研究的热点,针对市场经济而言,不同品牌之间通过变频技术在相互竞争,同时利用该技术而不断研发具有核心竞争力的产品。而空调的变频技术主要是对空气压缩机、冷热水泵以及风扇等设施安装变频器,从而使空调系统工作方式实现定频与变频之间的转换,从而降低暖通空调系统中主要设备的能耗情况,达到节能的目的。按照目前变频技术的发展进度而言,它仍存在很多的研究空间,同时结合空调系统本身的优化控制与设计,在未来空调节能研究领域以及市场经济中都具有很大发展潜力与价值。

综上所述,本文主要从暖通空调的空气处理系统入手,分析了暖通空调的节能技术,研究了空调系统的优化设计,并对空调系统的可持续发展进行了探讨。

【参考文献】

[1]韩利, 赵莹, 孙波.刍议暖通空调节能技术在建筑设计中的应用[J].城市建设理论研究 (电子版), 2014 (3).

[2] 张旭科.浅谈暖通空调系统的节能问题[J]. 价值工程, 2011, 30(6): 242-242.

[3] 吕梅花.高校建筑节能中暖通空调节能系统现状和技术措施[J]. 价值工程, 2012, 31(8): 62-63.

作者:范红岩

建筑空调能耗预测管理论文 篇3:

公共建筑空调系统节能管理问题及优化对策

[摘要] 随着我国经济的快速发展和居民生活质量的提高。空调系统的应用范围越来越广泛,空调系统的投资额度占公共建筑投资总额的比例越来越大,并且空调系统在运行中的能耗也是越来越大,在一些中大型的商场,空调系统消耗的能量占总耗能的比例接近50%,在一些写字楼和宾馆,这个比例介于30%~40%。空调能耗过大很重要的原因是由于设计和运行过程中的管理不善而引起的。因此,加强空调系统的管理优化,对节省能源、降低运行费用、促进国民经济的可持续发展具有重要意义。本文分析了空调系统在节能设计和运行过程中存在的问题,并提出相应的节能管理优化措施。

[关键词] 空调系统;能耗;节能;管理优化

引 言

从上世纪80年代以来,人类面临着越来越严峻的资源消耗和环境恶化,节能减排已经成为世界各国关注的热点。其中建筑业是能源消耗的大户,建筑物中的供暖、照明、排水等的能耗都称之为建筑能耗。根据有关资料统计,在一些发达国家中,建筑物能耗已经占到了全国总能耗的近三成左右。具体数值如图1-1所示。

图1-1 部分发达国家建筑能耗占总能耗的比例

数据来源:鞠晓丽. 上海市大型超市空调冷热源方案的综合评价研究[D]. 西安建筑科技大学

由于空调系统能耗的影响因素多,作用过程复杂,能源综合效率很低,因此,研究其合理的节能优化设计方法、管理方法及相应的控制系统和设备,是降低建筑能耗、提高建筑能源效率的必要手段。

1 公共建筑空调系统节能管理存在问题分析

当前,我国公共建筑空调系统节能管理存在问题主要包括设计和运行两个方面。

1.1 公共建筑空调系统设计问题

1.1.1 公共建筑设计不合理

不合理的公共建筑通风方式和人为频繁的通风会导致空调系统的冷量过高。如在办公室或者商场中,人为的开窗通风或机械排风造成的冷负荷会占到空调系统冷负荷总量的一半以上。因此,在满足室内空气质量时,应该尽量减少开窗通风换气的频率,尤其是在炎热的夏季。此外大型玻璃幕墙等不合理的维护结构,带来大量的太阳热量,也导致空调冷负荷过高。

1.1.2 空调系统设计不科学

不合理的空调系统设计和与运行方式,也会导致空调系统整体效率过低。例如,由于对空调系统设计不合理并缺乏有效的调节控制手段,会使空调系统中的水泵、冷机和风机长期处在偏离高效点的作业环境中,比在最佳工作环境下(高效工况点工况)的能源利用率低50%左右;此外停止的冷机未能及时关闭水回路,使得相连接的循环水泵只能多台运行,水泵的能耗增加一倍;承担能量输送功能的风机水泵由于设计偏大,实际上长期小温差运行,使风机水泵能耗高于正常状况一倍或更多。

1.1.3 忽视空调系统耗能指标计算工作

对于公共建筑空调系统的投资不仅仅包括初期的建设投资,还应该包括后期的运行成本投资。但目前我国的建筑行业往往是重视对空调系统初期建设成本投入,对空调系统的运行维护成本投入相对较低。造成这种现象的原因是我国的建筑从业者对空调系统建设初期投资与运行费用的综合经济性指标缺乏专业认识,不重视或不懂得进行综合投资收益计算,在选择方案时,只重视空调系统建设初期投资的大小,而不重视运行能耗的大小。这导致工程建设方对采用高成本的节能方案没有积极性,往往也不得不采用成本低、初期投资低的设计方案,以赢取工程项目。这样的认知方式就必然导致了空调系统建设初期成本投资低但是耗能较大、运行费用昂贵的项目大行其道。

1.2 公共建筑空调系统运行问题

1.2.1 缺乏系统性和全局性能效指标

公共建筑空调系统建设是一个复杂的系统工程,对公共建筑空调系统的能源利用效率的评价不能简单的理解为对其设备的评价,要综合和空调系统有关的所有因素,如系统设计思想、系统管网设计、施工优劣、系统各部分的匹配、建筑物热特性和系统正常运行维护等。为了缓解空调使用造成的能源及環境问题,国家标准化管理委员会和国家质量监督检查检疫总局颁布了三项空调能效国家标准,规定了房间空气调节器、单元式空气调节机和冷水机组的能源效率限定值及能效等级。这些空调能效国家标准只规定了冷水机组的能源效率限定值及能效能级,仍需进一步制定各分部系统和总系统的能效指标。

1.2.2 空调使用者节能意识不够

目前很多单位仍然实行用电大锅饭的制度,这对节能思想的推行和贯彻很不利。一是中央空调系统每日每年的用电量不能准确记录和进行统计分析,二是若有人采取了节能措施,实行了技术改革,是否节省了电能,节省了多少等等,都无法得到直观的体现。三是员工下班后系统继续运行,或部分设备持续运行,消耗大量电力。此外,由于极少部分房间在夜间要继续使用,而导致整个系统 24 小时连续运行,也造成极大的浪费。

2 公共建筑空调系统节能管理优化对策

2.1 公共建筑空调系统设计优化对策

2.1.1 改善建筑物的外形设计和围护结构的保温性能

公共建筑的围护结构传热量是空调系统主要热负荷来源,传热量的大小和公共建筑外形和围护结构的保温性能有关。同样大小体积的公共建筑,圆形或正方形的公共建筑外形的表面积最小,传热量最小。但是很多情况下,公共建筑的外形都是长方形,对于长方形的建筑物而言,无论长边朝向哪个方面,全年采暖耗热量均大致相同。但朝向对空调冷负荷有相当大的影响,长边(主要面)朝向西或东的比朝向南或北的大,最大设计冷负荷约大25%。建筑物的体型宜简洁、完整,尽量避免复杂的轮廓。

2.1.2 合理地降低公共建筑室内温度和湿度标准

夏季公共建筑室内的温度、湿度和空调设备的耗能呈负相关关系,冬季公共建筑室内的温度、湿度和空调设备的耗能呈正相关关系,根据这个特点,通过修订公共建筑室内夏季和冬季温度和湿度标准可以有效的减少空调系统的能源消耗。此时也要注意温度和湿度的调整要考虑到人体的舒适度,空调系统运行时民用建筑室内空气参数设定值应控制在合理范围内,不盲目追求高标准,而应该合理降低标准,以降低运行能耗。一般舒适性空调的设定参数应满足表1-1的要求。

表1-1 公共建筑空调系统节能运行设定参数

房间类型 夏季 冬季 新风量

m3/(h·人)

温度(℃) 湿度(%) 温度(℃) 湿度(%)

一般房间 ≥26 40~70 ≤20 30~60 20~30

特定房间 ≥25 40~65 ≤21 30~60 ≤50

大堂、过厅 26~28 - 16~18 - ≤10

2.2 公共建筑空调系统运行优化对策

2.2.1 完善公用建筑节能运行管理制度

从制度上完善公共建筑节能运行管理,政府要制定更加完善的公共建筑集中式空调的能耗标准,规范工程行业行为准则,鼓励节能产品的研制、生产及节能系统方案的应用,限制大能耗系统和运行方式的使用。在对空调系统的能耗进行独立计量甚至分项计量的基础上,对空调系统用能状况进行审计以确定整体节能潜力的大小,同时确定管理节能的潜力大小,进而采用定额管理、合同管理、目标管理等措施,对运行管理者进行约束和激励,达到管理节能的目的。

2.2.2 加强空调使用者节能意识和节能操作

空调使用者对空调系统耗能量有重要的影响作用,养成良好的空调使用习惯可以很好的降低公共建筑空调系统的能耗。具体来说:在使用空调时,要尽量减少开门开窗的时间,减少室内外热交换,降低电量损耗;空调设定温度不要太低,尽量不要调至最高档,不仅可以降低电负荷量,还有利于人体健康;阳光直射时应注意采用窗户的遮阳措施;室外温度较低时,可以停止空调系统使用,并注意自然通风;暂离室内一个小时以上是要关闭房间的空调末端装置;在购买其他电器和设备时,尽量购买节能类型的,这样不仅可以节约自身电量损耗,同时因为各种家用电器在工作时都会向房间里排热从而提高空调负荷,所以还可以降低夏季空调的耗电量,从而起到双重的节能效果。

结 论

在我国能源和资源越来越紧张的条件下,如何减少空调系统的能耗是當前研究开发新的节能技术和产品的重要任务。本文分析了空调系统在节能设计和运行过程中存在的问题,并针对这些问题提出了相应的解决措施。总之,对公共建筑空调系统运行管理而言,不仅要从日常的管理中节能,更重要的是要从公共建筑的设计和空调系统的设计上就开始注入节能意识,要对各个耗电系统的耗能水平进行综合性的评估,预测潜在节能环节,建立有效的运营机制,真正科学、合理和全面综合的实现公共建筑空调系统节能的目标。

参考文献

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作者:曹华 冯凯超

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