暖通空调制冷系统的优化与控制技术分析吴振宇

暖通空调制冷系统的优化与控制技术分析吴振宇

吴振宇

广东省建筑设计研究院510010

摘要：近年来我国社会经济发展迅猛，人们生活质量水平持续攀升，对于生存环境的要求越来越高。在公共环境当中也是如此，因此在公共建筑当中，对于中央空调系统的运用变得越来越普遍。在这种需求发展背景下，人们针对建筑内环境质量与品味方面所提出的要求越来越高。如今绿色环保理念开始深入人心，人们在开展建筑设计工作时，必须充分考虑这点，对于暖通空调系统的重要性认识越来越深刻。所以对于暖通空调的设计应当以注重系统能效为主，这对空调设计者而言是一个重大的挑战。而如何将理论与实际结合，完善暖通空调系统，改良其运行性能成为当下主要研究问题。本文针对公共建筑中暖通空调系统效能进行分析，并推出相应效能提升策略以供参考。

关键词：公共建筑；暖通空调系统；能效

在公共建筑中，暖通空调得到了广泛的应用，人们对室内环境不断的高要求使得提升公共建筑暖通空调系统的能效工作变得忧外的重要。当今社会能源短缺的问题日益凸显，公共建筑暖通空调虽然在一定程度体现了公共性的应用，也给人们的生活带来了诸多便利，但同时会产生较大能源的消耗。这些能源的消耗并不是必须产生的，只是没有将它合理的转化和利用。因此合理控制这些资源的利用和转化是尤为重要的，对提升公共建筑暖通空调系统的能源应用效率也有显著的作用。

1.公共建筑暖通空调系统能效提升必要性

我国能源消耗非常大，伴随近几年社会经济的持续增长，在整个过程中却忽视了对环境污染及能源消耗问题所起到的重视程度，相应的能源匮乏及环境污染问题开始越来越明显，直接对我国国民经济的可持续发展及广大人民群众的正常生活造成极为严重的影响。这种影响在公共建筑领域当中表现得更加明显。从能源消耗的角度来看，我国建筑领域能源消耗占据社会整体能源消耗的30%作用，并且在一些特定的地区，该比例直接高达40%。因此，建筑行业成为往后能源消耗的主要方向，然而近几年，建筑领域当中的能源消耗有30%至50%的范围都源自于暖通空调系统运行。如今暖通空调能耗在整个建筑行业当中所占比例处于一种持续上升的状态。因此，促使公共建筑领域暖通空调能效提升就显得很有必要。

2.暖通空调系统的能源消耗问题

2.1设计缺乏节能思想体现

暖通空调的能源消耗问题和它的设计方案有着直接的关系。现在在进行公共建筑的设计时，对于环保节能的问题有关部门和人员都没进行重视，又因为公共建筑工程一般工期都不长，使技术部门和技术人员的设计受到一定的约束，致使设计过程中对于环保节能问题很难合理的应用于设计中，所以使一些公共建筑暖通空调系统的设计不符合国家的有关节能要求的规定和标准。而且设计过程中没进行有效的调节，对暖通空调进行制定规划布局时，没进行很好的效验，存在设计缺陷，长时间下来，形成了能源利用效率低等相关现象发生。

2.2暖通空调的设计并没有完善

正确合理的设计才是暖通空调合理运行的基础，不能做到合理的设计，那么能源的浪费是必然会存在的问题，合理的设计是整个公共建筑暖通空调能效提高的重中之重。但是目前设计师认识不足，没有做到实践和理论相结合，不以实际为出发点忽略了系统的可操作性。这样不仅加大了业主对这方面资金的投入，也使得运营过程中的耗能进一步加大，不符合节能低耗这一理念。因此设计师们必须以实际出发，做出正确合理的判断。

2.3计算负荷不合理

通常公共建筑暖通空调系统在实施负荷计算工作时，其最常用的的方式就是在其计算得出负荷量的基础上，再次增加50%以上的负荷量。这种操作的方式主要目的是为了切实提升系统与实际运行工况的适应性，只有这样才能保证投入到使用当中的暖通空调系统，其实际运行时的各项性能指标达到设计要求。但是在实际暖通空调运行当中，加大其负荷量难以实现预期效果，结果通常都是对施工成本的浪费。加大的负荷量势必需要在设备选型时增大设备容量，最终将由此增加公共建筑固化成本，同时这些过大的设备在实际运行中并不能在性能高效区运行，也增大了运行成本。

3.提高能效的途径

3.1提高输配系统的能效

输配系统承担的任务是将冷热量及新风从制冷站或空调机房输送到房间。与住宅和一般性非住宅建筑不同，特别是大型公共建筑在供暖空调电力消耗中，60%～70%由输送和分配冷量、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。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。随着变频技术的成熟，空调系统中的输配设备，如水泵、风机等，越来越多地采用这种技术进行节能。在笔者对广州公共建筑能耗调查过程中，选择广州某酒店，进行了水泵变频技术措施的测试和研究。该酒店选用了冷冻水泵和冷却水泵各3台，其中冷冻水泵单台额定流量为262m3/h，扬程31.5m，额定功率30kW；冷却水泵单台额定流量为320m3/h，扬程32m，额定功率为37kW。3台冷冻水泵和3台冷却水泵均安装了变频器。

3.2提高制冷主机的能效

在使用离心式压缩机的过程中，该压缩机主要采用进气口导向叶片开度的变化来调节进气量，以此来调节制冷量，通常我们称为扇门调节。从当前制冷空调系统的运行情况来看，扇门调节虽然可以起到一定的节能作用，但扇门调节会造成电机的负载电流降低，使电机的电压和转速保持恒定，这种情况将无法彻底改变电机低负荷下效率低的问题，无法达到节能的目的。而如果采用变频器进行调速的话，将会使电机的附在损耗、固有损耗以及其他的损耗有所下降，使得电机的电压、电流以及转速频率也随之下降，电机功耗也将随流量降低，运行参数的控制精度也有所提高。在这种情况下，变速离心式压缩机的平均节电量在30%以上，在低负荷时节电达到70%以上，是未来制冷空调系统运行中值得推广的制冷技术。

3.3合理选择机房位置、优化管路布置

在空调管网设计过程中，首要是应该合理选择机房，尽量靠近负荷中心，减少服务半径，使管网敷设长度减少。优化管件连接，尽量利用45°弯头代替90°弯头连接；适当加大管路尺寸，可减少水管比摩阻等等的措施，可减少管路的阻力，从而降低水泵扬程，达到节省水泵能耗的目的。

3.4蓄冷空调系统技术的应用

空调设计人员在遵循国家技术规程的基础上，进行公共建筑的具体实地进行考察，然后合理选择应用冰蓄冷空调系统。这项技术是尽最大可能利用晚上低谷的电能，使制冷机进行制冰，把高楼制冷空调系统需要的冷源存放在冰体当中，在空调系统需要时，冰自动吸收热量化开，成水，供给空调系统低温能量水，达到了低谷电能向高峰电能转换的目的，进行合理并充分的利用了电能资源，空调制冷设备的利用率也有所提高。经过笔者经验，暖通空调可以借助冰蓄冷制冷技术来缓解高能耗的问题，并且还能够降低废气的排放。使用冰蓄冷制冷技术的暖通空调系统，其主要是使用低能耗，也就是非最大电耗值来稳定制冷系统中制冷剂的制冷效果，保持最节能、最稳定的制冷状态，促使暖通空调系统能够在工作过程中形成显热与潜热两种形式，并将其部分或者大量的实行冷量排放，从而强化暖通空调系统自身的冷负荷，使用融冰冷量的扩散模式来保障暖通空调系统能够在一定时间内达到相应的冷负荷，将蓄冷设备转变为储存冰的空间。通过冰蓄冷制冷技术理论上能够显著提高暖通空调系统的能源消耗以及稳定性，从而促使暖通空调具备更佳的社会价值。但是，当前冰蓄冷制冷技术仍然有一些问题，合理的解决这些问题正是暖通空调相关工作者必须完成的工作以及发展道路。

3.4节能制度的健全与完善

对于公共建筑来说，不同类型、不同规模、不同地区的建筑，其能耗大小和规律各不相同，因此，在深入调研的基础上政府应尽早制定适合本地方的公共建筑节能标准以规范新建建筑的设计和施工以及既有建筑的改造。特别是对于公共建筑的运行管理，必须用严格的节能运行管理条例或规范来控制用能系统的运行能耗。此外，每个建筑也应制定符合自身的用能管理制度，培养运行管理人员的节能意识，使节能长期化、制度化。这样不仅可降低用能单位成本，同时也对国家节能政策的实施起到了推动作用。

结论

随着经济社会的高速发展，人们的生活水平不断提高，对涉及生活质量的各个方面都提出了更高的要求。同时，在现代建筑的建设过程中，暖通空调已成为不可或缺的重要部分，对人们的生活和工作环境有重要的影响。但是，在暖通空调制冷系统的运行过程中，通常会消耗较高的能源，不符合我国经济社会的可持续发展理念，同时对环境也产生了不良的影响。鉴于此，相关领域的科研人员必须进一步优化暖通空调制冷系统，加强对该系统的有效控制。

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