浅谈高层建筑的空调节能设计

关键词：空调系统　节能　动力能耗

　　1　引言

　　近几年来，随着我国空调业迅速发展和空调的普遍使用，其能耗占我国总能耗的比重日益增大，并成为我国部分地区能源及电力供需矛盾的主要原因之一。今年夏天出现几十年来罕见的炎热天气，使空调耗电量激增，许多大中城市电力供应紧张，甚至出现了“拉闸限电”的局面。因此，如何改善和提高空调系统运行效率，减少能耗，成为我国空调业发展一个急需解决的问题。在设计和应用空调系统时要提高节能意识，充分合理运用各种节能方法与措施降低能耗，对缓解我国能源危机具有十分重要的战略意义。

　　2　高层建筑空调设计的节能措施

　　2.1　合理降低室内温湿度标准

　　从节能角度出发来确定室内温、湿度标准是节能的重要因素。空调系统耗能大小除与当地室外气象参数、建筑物的外围护结构及室内发热散湿量有直接关系外，室内设计温、湿度标准也是直接影响冷负荷大小的重要因素。在保证人体健康与舒适性的前提下，夏季室温每升高1℃，节省的冷负荷是很可观的。

　　从外围护结构的传热基本计算公式中可看出：在原室内设计温度时外围护结构的传热量为Q1＝FK△t1kW／h，若改变室内设计温度后，外围结构的传热量为Q2＝FK△t2kW／h，将以上两个情况进行比较，则Q2：Q1＝△t2：△t1，得Q2＝（△t2／△t1）Q1。

　　因此，从节能角度考虑，当前总趋势是各国都在修订过去偏高的室内温湿度标准。美国国家标准局认为把夏季设定温度从24℃改为26.7℃，约可节约能量15％，冬季设定温度从24.4—26.7℃，改为21—22℃，约可节能18％。可见，为降低能耗，在满足生产要求和人体健康的情况下，空调房间室内温湿度基数，夏季应尽可能提高，冬季应尽可能降低。

　　2.2　控制与正确利用室外新风量

　　控制与正确利用室外新风量是空调系统最有效的节能措施之一。

　　对于夏季需供冷、冬季需供热的空调房间，室外新风量越大，系统能耗越大。空调系统冬夏取用的最小新风量，是根据人体卫生条件要求，用于稀释有害物、补偿局部排风，保证空调房间一定正压值而制定的。我国在《采暖通风与空气调节设计规范》中，根据房间用途不同、吸烟情况不同，改变过去全用每人每小时30m3新风的规定，而提出了既合理又节能的数值。

　　为将系统中的新风量减少到最少程度，应当禁止在空调环境内吸烟。当吸烟者按正常速度吸烟时，从吸烟者自身并伴随其动作而发生的平均CO2气体发生量几乎是非吸烟者的一倍［2］。为保障非吸烟者和吸烟者的健康，在不得不允许吸烟的场合，空调系统要增加很多新风量。所以在空调房间内应尽量做到不吸烟。

　　此外，冬季和过渡季节，对于那些室内周边负荷影响小而内区发热量较大的建筑，如大商店、会堂、剧场等，室内需供冷风。要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，减少人工冷源的能耗。

　　2.3　减少输送系统的动力能耗

　　动力耗能是空调系统总耗能的两大部分之一，主要指系统运行中风机和水泵所耗的电能。从风机和水泵的轴功率计算公式N＝qvp／η知道，要减少功耗可从3个方面来考虑，减少流量、降低系统阻力和提高风机、水泵的效率。在工程实践中可采纳以下措施。

　　2.3.1　采用大温差的供回水（或送回风）

　　如果系统时输送冷热能用的水（或空气）的供回水（或送回风）温差采用较大值，当它与原温差的比值为m时，采用大温差时的流量将为原流量的1／m3。由此而见，采用大温差的节能是明显的。设计时，在考虑满足空调精度、人员舒适和工艺要求的前提下，应尽可能加大送风温差和供回水温差，但供回水之间的温差不超过8℃。

　　2.3.2　选用低流速

　　由于水泵和风机所需的功耗大致与管路系统中流速的平方成正比关系，因此，要取得节能的运行效果，在设计和运行时尽量采用低流速。而且，干管中采用低流速还有利于系统的水力工况的稳定性。

　　2.3.3　采用输送效率高的载能介质

　　一般情况下，用水输送冷热能的耗能量比用空气输送的要小，并且输送相同冷热能所用水管的管径比风管小得多，所占用的建筑空间也小很多。

　　2.3.4　采用变风量（VAV）空调方式和变水量（VWV）空调系统

　　对一些负荷变化和人员流动较大的而开间又较多的公共场所，如对于大、中型高层建筑中的商场、多功能厅、卡拉OK等，采用定温度、变风量空调方式，使送风量随室内负荷的增减而变化，并且因无再热损失和非峰值负荷时送风量减少而节省动力消耗。根据粗略测定，当风量是满负荷设计风量的50％时，运行电流约减少26.5％，因而全年的送风动力比定风量方式小得多，加上没有冷、热抵消，节能效果好。

　　2.4　高效节能模块化风冷变频中央空调系统（SMV）

　　SMV系统是近年来很多地区采用的一种高效节能系统，在大中型民用建筑中取得了良好的制冷和节能效果。SMV系统的典型配置为：模块化风冷机组、空气处理机组、风机盘管机组、中央监控及变频组件，其中模块化风冷机组是由几个相互独立的主机以模块化结构组成。模块化中央空调采用智能启停控制方式，充分平衡各模块机组的工作时间，避免某一机组因长期工作而缩短寿命。

　　2.5　应用蓄冷技术

　　蓄冷技术是90年代以来在国内兴起的一项综合技术。蓄冷空调系统是空调冷源设备在负荷低谷或零值（空调系统末端停止使用）时满负荷运行，将多余的冷量以某种方式蓄存起来，在负荷增大时调用。从能耗来讲，蓄冷空调系统本身并不节电，甚至可以讲是一个更耗电的系统，但我国目前正大力推行“分时电价”政策，空调负荷低谷或零值时刻，也是电价最低的时间段，用廉价的电力来获取同等的冷量，不仅可降低运行费用，获取相当的经济效益，同时可均衡电网负荷，达到“削峰补谷”目的，有利于整个社会的优化资源配置。

　　3　结束语

　　本文介绍了高层建筑空调系统设计的几个节能措施，对如何改善与提高空调系统工作效率和减少能耗进行了探讨。在空调业发展的道路上，节能已成为空调设计的基本课题和方向之一。空调系统的设计、施工及管理人员在工程实践中应提高节能意识，将各种节能措施合理运用，综合分析各种影响因素，选择经济合理的节能方案。

　　参考文献

　　[1] 潘雨顺.简论高层建筑节能设计的主要途径[J].节能,1995(11)

　　[2] 吴继红,李佐周.中央空调工程设计与施工[M].北京:高等教育出版社,1999

　　[3] 潘云钢.高层民用建筑空调设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1999