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建筑中央空调节能技术探讨
2016-10-19 08:31:05 · 217次点击
摘要：中央空调的应用越来越普及，其为人们带来便利的同时也带来的巨大的能耗。如何提高中央空调的使用效能，节约能源，成为了国内外学者和公司研究的热点。文章首先对普通空调的工作原理进行了分析，然后再对地源热泵空调系统和天棚辐射采暖制冷空调系统进行了分析。分别阐述了地源热泵空调系统和天棚辐射采暖制冷空调系统的节能优势，以供大家参考。
关键词：中央空调、节能控制、系统
一、前言
随着社会的不断进步与科学技术的不断发展，人们越来越来越认识到环境对人类发展的重要性，对于能源需求与节约的认识逐渐加强，建设节约型社会的要求逐渐提高，环保节能已经成为了世界关心的重要话题，更是各国政府节能研究部门工作者较为关心的话题。当前，部分国家空调工程的消耗巨大，中央空调控制系统在环保技能方面有着十分巨大的潜力，应通过对中央空调控制系统的研究寻找节能途径。
二、中央空调系统节能的现实意义
1、建筑节能法规要求空调系统降低能耗
长期以来，当季节变化、昼夜温差变化、温室效应和空调实际使用工况发生变化时，中央空调系统在传统的运行模式下，能源浪费很大。就我国情况而言，现代建筑中采用中央空调的民用、公用及商用建筑，中央空调能耗约占整个建筑总能耗的50％左右，商场和综合大楼等的能耗甚至可能高达60％以上。我国属能源消耗大国，能源有限，利用率不高且依赖性强。近年来能源短缺的现实迫使国家把公共建筑节能提升到战略高度，相应制定了节约能源法，对公共建筑能耗国家发布实施国家节能标准。
2、产业办公楼宇的发展对空调系统节能提出了更高的要求
现阶段，产业办公楼从发展初期的以“产权式商铺”为主要销售模式逐渐被经营持有型物业所取代，从投资者的经济效益来说，过去一段时间由于利润的实现，产业办公楼多以出售为主，受短期利益的驱动，往往只追求建设阶段的低成本和销售时的高收益，对后期实际使用阶段的效果和运营成本很少考虑，后期往往中央空调系统效率低、能耗大。而目前越来越多的项目——主要为商业办公地产，以持有物业持续经营为主要赢利模式，这势必使投资者及发展商从一开始就关注能耗问题。
三、市场上普通空调工作原理
1、全空气：中央空调系统由集中空气处理设备对空气进行处理（制冷或制热），处理后的空气送至房间，这种系统称为全空气系统，由于空气处理设备的集中设置，便于维护管理，一般适合用于需要空调的大空间区域如餐厅、宴会厅、商场等等。
2、全水：各空调房间内均设置空气处理设备，这时就需要将由中央制冷机组制出的低温冷冻水（或采暖热水）送至各个房间。一般用于房间较多并且使用时间不尽相同的场合，如酒店客房、KTV、小会议室、饭店包间等等。显而易见的是，由于空气处理设备较多，增加维护及管理的难度，另外水管在室内走管也增加漏水和凝结水的隐患。全水与全空气相当于两个相反方式，一个化整为零，一个化零为整。
3、空气-水：介于1和2之间，即大空间用全空气系统，小房间用全水系统，灵活性高，是目前用得最多的中央空调系统。
4、冷媒式：也就是一般的分体机、多联机之类，与一般中央空调的最大区别是其制冷介质是冷媒（即氟利昂）而不是水，一般用于家用、及小型商用的场合，缺点是室外机较多影响美观、效率低、影响室内天花造型
四、天棚辐射采暖制冷系统原理
1、工作原理
该系统以辐射热交换技术为核心，整合外围护结构保温系统、新风系统等辅助系统来达到“高舒适度低能耗”的目的。天棚制冷采暖系统通过预理在天棚中的均布水管，采用一定温度的水为热媒，以夏季送水温度为20℃。回水温度为22℃,冬季送水28℃，回水温度为26℃的2℃温差对楼板进行冷却/加热，楼板再以辐射的方式进行工作，自动调节室内温度并通过新风系统，可以对室内空气相对湿度进行控制。
2、系统构造
该系统将DN25/20的塑料盘管(管间距为200mm~300mm）预埋设于楼板现浇结构层的下铁之上、水电管道及上铁之下的混凝土中，盘管经过各户的分集水器通过DN32的主管连接到中央机组。为了保证室内温度与湿度，避免结露等问题的出现，通常配套设计有置换式新风系统。置换式新风系统是一个只提供新鲜空气，无需空气再循环使用的送风系统，新鲜空气以略低于室内的温度并以小于0.3m/s的速度从地面新风口送出，无嗓音，无气流感，适宜的新鲜空气由于温度较低而停留在室内底部空间，通过人休和室内各种其他热源加热与人口中排出的污浊空气一起缓慢上升，通过设在房间上部的排风口排出室外，这样新鲜空气和污浊空气分离置换，使得新鲜空气得到有效利用。夏季，相对湿度很高的新风通过除湿、除尘以后，变成相对湿度比较低的空气送进室内，而冬季，新风加湿后送入可以使室内湿度达到舒适范围。
3、特点
该系统实际上就是用一套装置将整个围护结构变成一个在人体舒适温度范围内的恒温体(24小时运行),即夏季26℃左右冬季20℃左右，与传统的集中空调系统(分别制冷和制热)，以及独立采暖辅助空调制冷有很大不同，该系统的主要优点如下:
（1）“恒温恒湿恒氧”低能耗
通过对房间的空气温度、湿度、CO2,浓度进行控制调节，使四季温湿度适宜，终结了“严寒酷暑”；远离了阴雨与炎热天气的烦恼；采用全置换新风，可保持室内空气新鲜，同时也避免了细菌的滋生及交叉感染。
（2）舒适无噪音
因采用小温差辐射方式，仅须考虑人休需要的新鲜空气，空气量小，无噪音和吹风感。
（3）双工双效
与传统的地板采暖相比，可以实现冬夏两用，冬天采暖夏天供冷，双工双效，温度场均匀，功效更稳定。
五、地源热泵系统原理
1、工作原理
所谓热泵，就是一种利用人工技术将低温热能转换为高温热能而达到供热效果的装置。通俗地说，就如同水泵将水从低位提升到高位使用一样，利用热泵可以将低温热能提升为高温热能来使用。由热力学第二定律可知，热量总是自动从高温物体传到低温物体，不可能自动地由低温物体向高温物体传递，因此我们把通过做功实现热量从低温物体向高温物体转移的过程叫做逆向传热。逆卡诺循环为热量的逆向转移提供了一种可行的方法，而制冷机和热泵的发明使它变成了现实。
热泵机组一般由压缩机、蒸发器、冷凝器、节流阀及换向阀(图中未画出)等主要部分组成，用管道将它们连接成一个密封系统，如图2所示。在运行中，蒸发器从低温端循环介质中吸取热量使传热工质蒸发，工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给高温端循环介质。冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复，从而达到制热或制冷的目的。
在这个过程中，压缩机是热泵系统的核心部件，其作用是将循环工质从低温低压处压缩和输送到高温高压处；蒸发器作为冷量的输出设备，其作用是使制冷剂液体在流经节流阀时蒸发以吸收待冷却物体的热量，从而达到制冷的目的；冷凝器作为热量的输出设备，它将从蒸发器中吸收的热量以及压缩机做功所产生的热量带走，达到制热的目的；膨胀阀或节流阀的作用是对循环工质节流和降压，并调节进入蒸发器的循环工质流量。
事实上，热泵与制冷的工作原理和系统设备组成及功能是一样的。压缩式制冷机在制冷过程中，是通过让工质(制冷剂)不断完成蒸发一压缩一冷凝一节流一再蒸发的热力循环过程，从而将制冷空间的热量转移以达到制冷效果的。如果在设备上增设一个换向阀，使工质朝相反的方向流动，便可完成与制冷过程相反的逆向热力循环，即从低温热源吸取热量，并将此热量转移给相对的高温空间(即制冷过程中的制冷空间)，从而达到供热目的。也就是说，通过改变制冷剂的流向便可使制冷机成为一个热泵。这也是现代空调机组既可供热又可制冷的原因所在。热泵和制冷都是按照逆卡诺循环工作的，它们之间的区别只是工作温度范围不一样而已。
从以上热泵的工作原理可以看出，热泵从本质上来说是一种热量提升装置，它从低温热源(如周围环境的自然空气、地下水、河水、海水等)吸取热量，然后转换为较高温度的热能，释放到需要热能的地方去。热泵在工作时需要完成逆卡诺循环，所以本身要消耗一部分能量。但它能够挖掘环境介质中贮存的能量，通过传热工质循环系统将温度提高并进行利用，使得整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低。因此，采用热泵技术可以节约大量高品位能源，热泵型空调节能的原因正在于此。
2、地源热泵空调系统的优点
地源热泵中央空调与传统空气源热泵中央空调的供热、制冷方式相比，具有如下优点：
(1)使用可再生的清洁能源，环境效益显著。地源热泵利用地表浅层地热资源，制热时不需要锅炉，制冷时不需要冷却塔，不使用燃料因而无污染物产生，无冷却塔运行时的噪声、功耗和水的损耗等问题。地源热泵与地表水、地下水或土壤之间只有热量交换，不消耗水资源，也不污染地下水质。
(2)地源热泵是一项高效节能的技术，运行费用低。地能的温度冬季比环境温度高，夏季比环境温度低且始终保持较为稳定的状态，为空调提供了很好的冷源和热源。并且这一特性使地源热泵空调系统热泵机组的运行能效比较高，平均运行费用仅为传统空调的40％~60％。
(3)舒适度和自动化程度高。采用地源热泵空调系统供暖和制冷的建筑，室内温度比较稳定，设计上还可加大新风量以保证室内的舒适度。在供暖或制冷的同时还可提供生活热水，方便实用。系统采用计算机技术可实现自动化控制，几乎不需要人工干预，系统运行安全稳定。
六、结束语
上述的各项中央空调系统节能技术是节约能源、改善生活和促进经济可持续发展的有效措施，不同时期，从不同角度依据不同准则对建筑节能进行研究和开发，充分利用有利的自然资源，挖掘节能潜力，采取合理的设计、正确的操作和科学的运行管理，就能有效地减少空调的能耗。(陕建一建安装公司第八工程公司 秦明亮）
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