空调系统的节能设计

田鹏

大连先锋建筑设计咨询有限公司 辽宁大连 116000

节能，应该是空调设计人员工作中的一种自觉的习惯和理念。在空调系统工程设计当中，满足相应的标准和规范的前提下，应充分考虑空调系统设计的节能。

1 合理选用冷热源

建筑空调系统，最重要的的组成部分就是冷热源。资料显示，在我国，建筑能耗占能源总消费的比例达27.6%，而在建筑耗能当中，暖通空调系统和生活热水系统耗能将近60%，而冷热源自身消耗的能源占空调系统总耗能量的40%以上。因此在空调设计当中，合理选用和确定冷热源就是空调系统节能的关键。一般来说，建筑空调冷热源设备装置的形式是由建筑所在地的驱动能源形式决定的，设计人员要根据所在地的能源结构、能源价格、能源装置的投资和运行费用等因素，结合建筑的性质、规模和应用要求及本专业技术要求来选定冷热源。冷热源的选择一般遵循以下原则：

1.1 “变废为宝，节约能耗”

能源利用的基本原则就是不浪费现有的资源，而不是为了节能去花大代价创造新能源。当建筑所在地周围有较高温度的废热或工厂余热且经技术经济论证合理时，建筑夏季空调系统的冷源装置，宜采取吸收式冷水机组，冬季建筑供暖时，也可利用此废热余热。显然此时废热和余热实现了更大的利用效率，有较好的经济性。当然，不能盲目的认为只要有热电厂，就一定要选用废热余热作为冷热源驱动，考虑热源品质的同时，还要兼顾热源位置和具体实施技术措施的经济性[1]。

1.2 “小心用电，从高到低”

能源的利用应该根据能源品质的高低有所区分。电属于高位能源，在我国，80%以上的电能都是通过矿物燃料的热能转化的，目前从发电、到用电地点的一次能源利用率大约是30%-35%。如果把电能直接用于加热，相当于把花费了巨大代价由低品位能源转化而来的高品质能源再还原为低品质使用，造成巨大浪费。因此，在规范当中，明确限制了采用电直接加热设备作为空调系统供暖热源和空气加湿器的条件，我们在选择冷、热源及空调相关附件的时候，要“小心用电”。

另外，可再生能源在空调系统中的应用也是低位能源应用的主要方式。在经济技术合理的情况下，冷热源可以利用浅层地能、太阳能、风能等可再生能源。应当注意的是，由于可再生能源供应量不一定能充分保障，应在保证一定的可再生能源全年贡献率的基础上，设置其他辅助冷、热源来保障建筑的全年使用需求。

同时，在选择冷源的时候，要考虑一次能源利用率，应按一次能源利用率“从高到低”选择。通常情况下，在制冷额定工况下（不计冷却系统能耗）各制冷机的一次能效率如下：离心式冷水机组＞螺杆式冷水机组＞直燃型吸收式机组＞涡旋风冷热泵机组＞蒸汽双效溴化锂吸收式冷水机组＞活塞或螺杆式风冷热泵机组[2]。

1.3 “因地制宜，就地索取”

因建筑地点不同的原因，建筑空调系统的冷热源形式的选择也是多样化的。可根据建筑所在地的环境特点，充分利用周边的能源，实现能源的节能甚至“免费”。例如，夏季室外空气设计露点温度较低的地区，可通过蒸发冷却的方式直接提供用于空调系统的冷水；有天然地表水等资源可供利用、或者有可利用的浅层地下水且能保证100%回灌时，可采用地表水供冷。这种方式减少了人工制冷的能耗，在满足条件的地区应优先推广使用。

2 合理选用配套设备

在选择冷、热源相应的配套设备，如冷水泵、冷却水泵等时，设计过程中，我们通常会按照规范等资料要求，对所选水泵进行各种附加，导致实际工程中水泵超配，这无疑会造成能源的浪费。例如，某空调系统，水系统阻力30m，冷负荷300kW，供回水温差5℃，工况点效率按75%考虑，如只考虑一台水泵，按照要求，选取水泵的时候，水泵流量和扬程均增加5%-10%，取5%。故按照计算结果，考虑电机安全系数K，选K=1.25，则选择电机功率为6.195×1.25=7.74（kW）。但查看样本我们发现，水泵的规格并不是连续的，因此为了保证工程使用情况，选取的电机规格是11kW（见表1）。

表1 水泵电机容量安全系数及电机规格

这与我们不考虑安全系数的计算值6.195kW相差较大。由公式可以看出，影响计算结果的因素主要有两方面：一是负荷和扬程的大小，二是各种系数的附加。这就要求我们在设计中：

（1）合理选择室内设计参数。室内设计参数在符合规范、标准的有关规定前提下，应根据实际使用要求，不应随意提高标准。资料显示，在夏季，室内设计温度每升高1℃，将减少约10%的空调供冷能耗。因此负荷计算时，应合理选择室内设计参数，逐时、逐项进行详细计算，而不能为了方便和保险直接选取较大的冷负荷指标进行估算，造成负荷过大，导致计算选取的水泵配电机功率过大，造成空调系统不必要的浪费[3]。

（2）避免不必要的附加。设计计算时的层层放大即流量扬程附加、安全系数放大、选取电机规格时又进一步放大，最终导致了水泵选配电机功率过大，低效率运行，浪费能源。当然，相应的部分附加是规范要求，也是为了满足实际需要，但我们在设计选择过程中，应该注意这方面的问题，在满足规范要求的前提下，不能盲目求大、求保险而无原则增加所谓“安全系数”和富余量，应根据工程实际，进行合理的设备选型计算，合理选取配套设备。

3 结语

合理确定空调系统的冷、热源及其配套设备是节能环保和可持续发展的客观要求，也是暖通空调设计人员应该遵从的基本原则。尽管建筑物空调系统的冷热源形式是多种多样的，但是多样化并不意味着随意化，要合理确定冷、热源及其配套设备，进行优化选择，达到空调系统的合理节能设计的目的。