浅谈几种节能环保型中央空调系统

浅谈几种节能环保型中央空调系统

王大利

北京中科仁和环保科技有限公司北京市100195

摘要：无论南方还是北方，我国夏季高温天数越来越多，空调使用量越来越大，而空调用电量持续增长，造成供电紧张，且冬季使用电炉、空调、地暖等也造成电力供应紧张和环境污染，所以我们有必要在目前改革创新、发展国民经济的同时，关注节能、环保，保护好我们共同的家园。文章重点就几种节能环保型中央空调系统进行研究分析，以供参考和借鉴。

关键词：节能环保；中央空调；系统；研究

引言

对于中央空调来说，要研究其系统节能的意义，就要从工程现状、工程设计、工程安装以及运行管理等多个方面进行分析，这不仅关系到用户的利益，也关系到对自然环境的保护，其目的在于利用能源，在室内的小环境下减少对外界环境的破坏，实现环境的可持续发展，保证人们在健康舒适的环境中生活或工作。因此，中央空调系统节能的研究意义就显得十分重大。由于其涉及学科较为广泛，导致研究也要从多个方面入手才能更准确的掌握系统节能技术，探讨系统节能的措施和方法，达到更理想的应用。

1中央空调系统的节能技术概述

1.1中央空调系统的节能技术研发的背景

近年来，我国大力推进工业、建筑、公共机构节能减排，加大节能技术进步和创新力度，一些优秀企业的节能水平要超出国外许多龙头企业,同时考虑到国际上对节能低碳共识越来越多，国内节能技术装备水平有明显提高，积累有很多宝贵经验，所以具备了参与国际节能合作的良好基础，适宜施行“走出去”战略。以《G20能效引领计划》为契机，我国应不断推动先进的能效理念、技术、产品、服务等“引进来”与“走出去”，促进各国能效水平共同提升，为推动全球可持续发展和应对气候变化做出更大贡献，实现世界各国可持续发展更高水平、更宽领域的合作共赢。

1.2国内优秀的中央空调系统节能新技术

我国于2016年成功研制出了节能型中央空调系统，这是一种以水为制冷剂、不需要压缩机而且耗电量不到传统中央空调1/5的开放式中央空调系统。经过河北省科技厅组织的专家组的鉴定，这种新型开放式中央空调系统与传统中央空调系统相比，显著节能又节水。实践证明，使用这种新型节能型中央空调能够有效保持室内空气的清新自然，降低“空调病”发病率，避免了一些有害病菌的交叉传播。此中央空调系统最大的突出特点是耗电量低，只是传统中央空调系统耗电量的1/8～1/5，节能空间还会不断扩展，系统的换气次数平均每小时在25次，用户使用更舒适，更接近“自然之风”效果。

2中央空调系统节能现状分析

3几种节能环保型中央空调系统

3.1冰蓄冷空调系统

冰蓄冷空调最早出现在二十世纪三十年代的美国教堂，由于教堂在平时人员少，而到了周末人员多，空调负荷起伏很大，而当时的制冷技术有限，仅采用制冷机供给礼拜日负荷需求量大时使用，达不到舒适的标准，于是制冷机平时制冷蓄冰，周末将融冰释冷与制冷机同时启动提供冷量，后来发现，在一些空调负荷有间歇性、不均匀的场所，如影剧院、会堂、体育馆等场所都可充分利用。到了二十世纪七十年代，石油等能源危机，各国科技人员都在研究开发新能源和节能产品，在此契机下，冰蓄冷技术得到迅速发展，将冰蓄冷技术运用到建筑空调系统，是由美国和欧洲一些国家率先引入。冰蓄冷是利用水的显热储存冷量，以水为介质，在夜间将电网多余的谷段电力用制冷蓄冰，将冷量以低温冷冻冰形式储存起来，到了白天用电高峰把储存的冷冻冰和低温冷冻水作为冷源供给空调系统，既达到了“削峰填谷”、平衡电力负荷的作用，有效缓解白天用电负荷，又充分利用夜间电价低的优势，可减少运行费用约40％；在使用中可减少制冷设备的初投资费用；制冷效果明显、除湿能力好，在一些对风速要求高的场所，如乒乓球、羽毛球等室内比赛场馆，既可用低速风瞬时达到制冷效果，又能在空调高负荷时满足运动员和观众需求；可维持电网的持续使用率，减少国家电网投资。总之，使用冰蓄冷空调系统可以取得较好的社会效益和经济效益。

3.2江（湖）水源热泵

我国地表水资源丰富，占世界河川径流总量的5.8％，居世界第六位，特别是一些有江河流经的城市可充分利用此资源。其系统工作原理与地源热泵类似，也是将低温位热能向高温位热能转移，能效比高，运行费用低，作为循环利用可再生能源，节能减排，减少用电设备和电力增容费用，缓解能源紧张及城市热岛效应。江（湖）水源热泵较地源热泵的优势是，免去了直埋管的施工程序，对土质、地基不需要勘测，且省去了钻探的投资，可以直接从江河湖底取水，但是其取（回）水口的选择要适当，考虑好历年的水位、水量、水温、水体泥沙、微生物含量，考虑到对水体温度的影响，冬天将江（湖）水体中的热量吸收后，水体温度降低；夏季，通过管路循环，将热量排入水体，对水中的生物造成影响等都应现在可行性研究，避免造成投资成本高、运行效率低，发挥不出水源热泵的节能、环保优点。在东方体育中心采用了湖水源热泵空调系统，世博轴、世博中心等黄浦江沿线场馆采用了江水源热泵空调系统。

3.3污水源热泵

受国际大环境影响，污水处理厂在我国各大城市得以兴建，其中处理好的中水达到地表排放标准后再对外排放。针对排放的中水有很多都是在10-15℃，排放的同时其热量也白白浪费了。因此对于这部分的热量也有对应的“污水源热泵”来提取应用。系统工作原理与水源热泵类似，也是将低温位热能向高温位热能转移，能效比高，运行费用低，但是受地理环境影响较大，适用于距离污水厂距离较近的项目重点考虑，初投资的费用也比较低，只需要连接取水源到项目的热泵机房即可。尤其适用于北方，地下水资源匮乏，且江河湖泊水源也不够丰富的区域。在北京有很多项目已经应用到了实际中，例如位于海淀区清河的“东升科技园”就是一个很好的案例，其项目面积有几十万平米，以办公研发功能建筑为主，且距离清河污水处理厂距离较近，因此很好的利用了这一能源，且后期运行效果良好。

3.4全热回收冷水机组

冷水机组热回收利用最早是欧洲工程师于1965年提出，到了二十世纪七十年代能源危机时，世界各国才掀起研究、研发、生产使用热回收冷水机组的热潮。通常人们在使用空调的时候，大约有40～70％的能量以废热形式丢弃，尤其是一些工厂、宾馆、商场、医院等耗能大的场所，如此多的废热不但造成了能源的浪费，还造成了城市的“热岛效应”。热回收是利用空调机组的冷凝热制取热水，供给浴室、生活热水、空调预加热等，一机多用，充分利用投入的能耗，系统简单，使用安全、舒适，不需要占用大的空间，高效节能，既节约了能耗，又减少对环境的影响，特别是一些研发车间，常年使用需要空调制冷，如上海新进芯微电子二期CUB（能源中心）厂房采用了两台中温离心式热回收机组，每台可回收热量2100KW。热回收作为清洁、环保、安全能源会在需要空调及热水的工业与民用建筑内得到越来越多的运用。

3.5排风系统的热回收

排风系统的热回收是把空调系统排出的热空气（冷空气）与送入系统的冷空气（热空气）通脱热交换装置进行能量交换，升高送入的冷空气温度或降低送入的热空气温度，减小供热（制冷）装置的容量，减少空调系统设备（或缩小管径、减小水泵流量等），从而降低空调系统热（冷）负荷，降低空调能耗，同时减少对大气的污染，保护地球环境。排风热回收器在室内外温差大且有集中排风管通向室外的条件下使用为宜，目前应用比较广泛的几种热回收器有转轮式全热交换器、板式显热回收交换器、板翘式空气全热交换器、热管式显热回收器、溶液循环吸收式全热交换器、组合式热回收器等，每种热回收器都各有其自身特点，在选择时，根据系统及机房条件合理选用，以取得更好的节能效果。而且目前受雾霾的影响，很多这种新风热回收机组都在研发阶段加入了除霾功能，解决了室内的环保问题，尤其是对于国内很多的中小学以及幼儿园，已经进行了大批量的改造。

3.6板管蒸发冷却式机组

空调冷凝器按冷却方式可分为三类：

1）空气冷却式（风冷式）；2）水冷式；3）蒸发冷却式。“板管蒸发冷却式”在结构上将冷凝器和冷却塔合二为一，省略冷却水从冷凝器到冷却塔的传递阶段；充分利用水的蒸发潜热冷却工艺流体，而板管蒸发冷却是蒸发冷却的一种，其换热器采用板管型的板式结构。采用蒸发冷却方式的板管冷凝器，工作时冷却水由水泵送至冷凝管组上部喷嘴，均匀地喷淋在冷凝板管外表面，在两侧表面形成一层很薄的水膜，高温汽态制冷剂由冷凝板管上部进入，被板管外的冷却水吸收热量冷凝成液体从下部流出，吸收热量的水一部分蒸发为水蒸汽，其余落在下部集水盘内，供水泵循环使用，风机强迫空气掠过冷凝管板促使水膜蒸发，强化冷凝板管外放热，并使吸热后的水滴在下落的进程中被空气冷却，蒸发的水蒸汽随空气被风机排出，未被蒸发的水滴被脱水器阻挡住落回水盘。这种形式的空调机组也有热泵型，可以满足制冷制热双工况的需求。这种机组的换热效率比传统的风冷热泵机组换热效率要高出30%，有很好的节能性。只是目前没有普及，只有南方少数项目使用过，如“湛江中心医院”用的就是这种空调形式。

4中央空调系统节能优化分析

4.1建立系统节能观念，选择合理的设计

想要根本上实现空调节能，就要灵活的运用室内外条件，进一步的维护结构及空调设备的相互作用关系，所选择的方案要满足建筑节能的要求，在创造出舒适环境的同时达到节能的目的。因此，首先要建立系统节能的观念，确定空调室内温度，调试到符合卫生学等方面的需求，根据冬夏不同环境进行温度的有效调节；其次，在节能方面维护结构也是十分重要的。一般空调冷热负荷可直接分为围护结构冷热负荷以及室内冷热负荷，建筑物在保证室内采光良好的条件下，合理确定窗墙比，同时提高门窗气密性，在设计中采用具有良好密闭性的门窗，根据门窗的具体情况，并加设不同材质和形状的密封条，确保围护结构的密封性，且中央空调的系统节能一般可分为三个部分，即空调冷热源、空调机组末端设备、水或空气输送系统，其中冷热源的消耗占整体比重的二分之一，是整个节能系统的重要内容。因此，在夏季制冷，冬季供热两方面，通过组件不同，能源的消耗程度也就存在差异。在空调水系统方面，也要有合理的设计才能保证节能系统的正常运行。中央空调的水系统在整个建筑动力的五分之一左右，不管是冬季还是夏季都对节能系统产生一定的影响，而现阶段空调水系统存在的单纯的按照设计值查找水泵样本铭牌参数，具有一定的局限性；同时当前水系统并未对每个水环路进行水力平衡计算，导致水力与热力失调的现象，并且存在大流量小温差的情况，使得整个水泵电耗增加。因此，为了更好的实现节能，在设计上要重要水系统的设计，对于每一个环路的计算要做到细致认真，核算相关系数，已达到标准值，做出同时符合冬夏两季的空调水系统。在中央空调几组和末端设备上，风机盘管的质量国内与国外的同类产品质量存在很大的差距，国内的产品会存在耗电量、盘管过重、会产生噪音等情况的发生，因此在此方面的技术，所以对于国内来说要空调节能设备要注重选用盘管较轻，单位风机功率供冷量比较大，空气输送系数大的机组，已达到技能消耗的目的。在其他方面还要根据工程的具体情况，采用热回收，变水量等节能技术，发挥出中央空调的良好作用。

4.2中央空调系统节能在运行上的管理

首先，在整体的运行上，做好空调设备及管道的保温是减少能量耗费的第一要务。在运行过程中，一旦保温达不到规定的标准，就会消耗过多的空调中的冷量，会对制冷产生负面影响。同时，由于冷量过多发散到室内，导致空气中的湿度会大幅度增加，甚至是超标，不仅对节能消耗产生反效果，还对环境及人体产生一定的伤害。由此，做好设备以及管道的保温对于空调节能消耗，降低费用是十分有效的；其次，只有科学合理的设计，加之精心的施工以及准确的运行管理，才能保证中央空调的节能系统发挥出应有的作用。空调在使用过程中会产生一定的污垢，严重的话会对设备内部造成不同程度的腐蚀与破坏，使得设备不能正常运行，降低了节能消耗的作用。因此，要定期对空调的内部进行污垢的清洗，进行系统水质处理，保证中央空调发挥良好的制冷、供热作用；最后，对于空调用户来说，也要采用相应的措施才促进空调系统的节能使用，因此有些地区采用了集中的计量收费方式，对人们进行有效的约束，此种方法可以有效的达到节能的目的，很多国家采用此种方式达到的效果比较明显，同时加强空调操作人员的专业素质也是重要的环节，这样才能专业的、准确的进行各项节能措施的实施，实现全面优化的空调节能效果。

结束语

综上所述，多数公用建筑都配置了中央空调对室内空气进行调节，运行中央空调会产生很大的能源消耗，为了提高空调的节能环保效果，应对中央空调控制系统加强分析和研究，最大程度上节约能源，从而实现最大程度的经济效益和社会效益。

参考文献：

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