1、空调系统经济运行和技术管理
(1)定期检查和改善围护结构、设备、水和空气输送系统的保温性能,参照GB4272执行。
(2)在满足生产工艺和舒适性的条件下,合理降低建筑物空调的温、湿度标准,适当增大送回风温差和供回水温差。
(3)在保证最小新风量的前提下,合理控制和正确利用室外新风量。
(4)定期检查和维修水、空气输送系统,减少系统的泄漏。
(5)定期维修、校核自动控制装置及监测计旱仪表。
(6)加强对空调水系统的水质管理。
(7)建立运行管理、维护、检修等规章制度。
(8)建立运行日志和设备的技术档案。
(9)管理和操作人员要经过培训,考核合格后才能上岗。
(10)主管部门定期派专人检查有关规章制度的执行情况。
2、控制合理的运行参数
(1)室内温、湿度
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。在保证生产工艺与人体健康的条件下,夏季室温每提高1℃,约可减少热负荷11.2%.在夏季如将室内空气湿度由60%提高到70%,则可节约能量17%左右。
据资料测算,仅仅将夏季室温提高1℃,就可使空调工程投资总额降低约6%,运行费用减小8%左右。美国国家标准局认为将夏季室温从24℃提高26.7℃,可节能15%.
(2)新风量
新风负荷占空调总负荷的20%~40%,对其标准值高低的取舍,与节能关系重大,不可忽视。引进新风主要是为了满足人员的卫生需求及部分工艺空调所需维持的室内外压差。而新风量的多少直接影响空调的负载,从而影响空调系统的风机、冷水泵、压缩机、冷却水泵、冷却塔风扇的耗电。
一般设计是以人员最多及活动最激烈的情况来决定新风量。但实际使用时却几乎不需要使用这么大的新风量,从而造成在绝大部分的空调时段都在耗能的状况下运转。
较有效的方法是以室内空气中二氧化碳含量来控制新风量。
大型酒店、宾馆的公共场所,商场、餐厅、多功能厅及大型会议厅等,需要送入的新风量较大。在整个系统的实际运行中室外空气温、湿度随季节而变化。因此,及时调节好新风与回风的比例就可以节能。例如,日本某商场在周一到周五将新风减少50%,总冷负荷减少了30%.
(3)冷冻水的供、回水温差
一般空调水系统的输配用电,在夏季供冷期间约占整个建筑动力用电的12%-24%,因此水系统节能具有重要意义。目前,大流量、小温差现象普遍存在,设计中供、回水温差一般均取5℃。
调查测试一些高层宾馆、饭店空调水系统的资料数据表明,夏季冷冻水系统供回水温差较好的为3-4℃,较差的只有1-1.5℃,造成实际水流量比需要的水量大,使水系统电耗大大增加。
(4)冷却水入口温度
根据经验,冷却水入口温度每降低1℃可节电1.5~2.0%.冷却水入口温度应在符合冷水主机特性及室外气温、湿球温度的限制下尽可能地降低,以节约冷水主机的耗电。
在较低的冷却水温时冷水主机耗电降低,但冷却水塔耗电升高,两者耗电之和存在一最佳运转效率点。
冷却水塔应与冷水主机的运转一起考虑,才能使系统整个效率提高。要达到最佳化控制,冷却水设定温度应随室外气温、湿球温度而变。
(5)冷却水循环量
减少冷却水循环量,可以降低冷却水泵耗电量。若能配合冷水主机与冷却水塔选择较大温差的设计时,水流量即可降低,从而减少冷却水泵的初装费用和运转费用。
(6)冷却塔风机控制
在大多数的设计中,一台冷水主机会搭配一台冷却水塔,且水塔的起停与冷水主机联动。由于中、大系统冷水主机台数偏多,使得冷却水塔台数也多,不易管理及维护,且无法随着空调负载及室外气温条件变动而调整风扇耗电量。
当水处理量大于300m3h以上时,方形冷却塔可实现多风机控制。风机的数量可随着处理水量的增大而增加。方形多风机型冷却塔,可随着夏季室外湿球温度的变化随意增减风机数量,用于昼夜温差较大的地区更有利于节能。
(7)运行时间的调节
歌舞厅、酒吧等消夏娱乐场所的经营时间通常仅为晚场营业,时间约19~22时。营业前2~4h将空调系统投入运转,利用围护结构的蓄冷能力使厅内的温度慢慢下降至设计温度的下限值或略低于该值。
这样当营业后室内热负荷逐渐增加形成峰值时,空调设备仍能在低于峰值负荷下正常运行,达到了预冷降低空调设备容量的目的,大约相当于减少了设计冷负荷的25%.
(8)适当地调整冷水主机的设定温度
在夏季中央空调主机用电量可达酒店用电总量55%以上。适当地调整冷水主机的设定温度可收到较好的节能效果。冷水温度越高,则主机耗电率越低。每提高1℃,节电约3%.
在调高冷水设定温度时,需符合负荷端的温度要求。调高冷水的设定温度有两种方法:一是冷水温度随室外气温设置;二是冷水温度随热负载设置。
3、中央空调系统的维护与节能
(1)空调系统的常规维护管理
①每年运行前要对空调系统进行打压试验、冲洗检查。②系统的除污器要定期清理。③风机盘管的滴水盘定期检查清洗。
(2)制冷机组开机前的维护管理
①检查冷冻水、冷却水阀门开关是否正确。②检查主机、油系统、制冷剂系统开关是否正确,液位是否正常。③在检查的同时记录冷冻(冷却)水的温度和压力差,主机油位,制冷剂的液位,机内压力、油温。④以上检查结果记录在案。
(3)主机运转时的维护管理
①在运转过程中定时检查制冷系统有无泄漏现象。②做好运转记录,每小时记录一次。需要记录的有油温、油压、油位,吸气压力、蒸发压力、蒸发温度、排气压力、排气温度、制冷剂的液面变化,冷冻水进出水压差、温差,冷却水压差、温差,电流、电压。③检查有无异常现象。
(4)机组停机时的维护管理
①关闭哪台机组就把哪台机组内水泄掉,以防停机后的热膨胀损坏设备。②开机时打开相应冷冻冷却水进出水阀,保证经济运行。③机组运转一个时期要对蒸发器、冷凝器、油冷却器的水系统彻底清洗,否则会降低机组制冷量,增大运转成本。④主机各安全阀、仪表每年要校验一次并记录在案,确保机组安全运行。
(5)空调停用后的系统保养
①系统要进行反复冲洗。②冲洗完后利用定压设备使系统保持一定压力,保证管道内壁不生锈,避免系统再运转时堵塞。③所有明杆阀门全部用黄油保护阀杆。
4、节能计量监测与管理
(1)采用一定的计量方法加强中央空调的管理。节能计量监测是节能管理的基础:
在供冷、供热水系统中,应设置温度、压力、水流量、冷热量等监测仪表。
对用电量、燃料消耗量、用水量、蒸汽耗量,应分级、分类设置累计计量仪表。
对分散设置的空调器、空调机组的用电量,应按配电系统、机组的分散程度,设置电度表。
(2)加强对空调操作人员的培训,提高管理人员素质,实行空调操作人员操作证制度。各项调节和节能措施的实施,都与操作人员的技术素质直接相关;具备必要的制冷空调知识;要懂得根据室外参数的变化进行调节;要懂得怎样调节才会节能。
五、空调节能的新动向
1、变流量技术与变频调速
提高空调系统运行的全年或季年性能源效率,越来越受到人们的关注。近年来,特别是减少风机、水泵的运行能耗更引人关注。
因此,除系统小型化外,变水量(VWV)、变风量(VAV)和变制冷剂流量(VRV)系统的研究与应用,大大促进了制冷空调技术的发展,与机器设备调速技术相结合的变流量技术,则可以大大提高空调系统与设备的能源利用率。
实现变流量技术一方面要在系统设计上加以考虑,另一方面要靠设备来实现。泵与风机的变频调节技术是普遍采用的一项重要的节能措施。
中央空调中水泵风机用电量占空调总用电量30-40%.因此,泵类和风机变速运行节能量是显著的。
变流量水系统的节能效果好。设计负荷运行时间约占总运行时间的(6~8)%,水泵的能耗很大,约占空调系统总能耗量的(15~20)%.
由于水泵实际工作点往往不能处于效率最高点,即使流量减小了,实际用电量减少并不多。而采用变频调速装置调节流量可收到良好的节能效果。
北京某饭店采用变频调速装置已获得显著的节电效益,该饭店共选用3台变频调速装置,分别对冷冻水泵、冷却水泵和供暖水泵进行变流量调节,投入运行一年就节电50万kWh,而3套变频调速装置的投资费是13万元,投资回收期不足2年。
变频调速可在非峰值负荷时减少送风量,从而可节省动力消耗。据检测,当运行风量减至设计风量的50%时,运行电流约减少25.5%,因而全年空调运行消耗的电力比定风量方式小得多。
如送风面积大或房间多,设计时可将变风量系统分为两个或数个系统,以使控制更灵活,调节更方便,节能效果更显著。
变频调速原理如下:
异步电动机的转速n由下式公式确定:
n=60f(1-s)p
其中:p为电机极对数;f为交流电源的频率;s为电动机的转差率。
因此,对异步电机而言,当负载转矩恒定时,其转速与电源频率成正比。
泵与风机应用交流变频器节能的原理:
泵与风机的流量与转速的1次方成正比。但轴功率N与转速n的关系如下:
N2=N1*(n2n1)3
即泵或风机的轴功率与转速的3次方成正比。当电动机的转速由n1减少10%变为n2时,轴功率将减少27%.转速减少20%时,轴功率将减少49%.
与改变泵或风机出口阀门开度的方法相比,变频调速方法的节能效果是非常明显的。
2、蓄能空调技术
蓄能空调技术就是利用夜间电网低谷时的电力来制冷或制热,把冷量或热能储存起来,在白天电力高峰用电紧张时释放冷量或热能,满足建筑物空调冷源或热水需要。
(1)蓄能空调的起源与国际上的发展情况
水蓄冷空调大约出现在1930年前后,最初用于影剧院、教堂、乳品加工厂等短时间使用降温、负荷集中的场所。这种蓄冷技术可以用小制冷机带动大冷负荷,可以降低制冷系统的初投资。后来,制冷机成本明显降低,该项技术的应用陷入了停滞期。
1973年的能源危机,再次引起人们对空调蓄冷的关注。20世纪80年代,冰蓄冷空调技术在能源紧缺的发达国家迅速推广。在大型商场、办公楼、商住楼、宾馆饭店、娱乐场所、医院等场所应用效果显著。
l日本至2001年已有蓄冷空调系统15000多套。我国台湾自1984年建成第一个冰蓄冷空调系统,到2000年已投入运行600多家。
从世界范围看,世界发达国家都已经或正在使用蓄冷空调。目前该项技术在世界上属于成熟的技术,世界各国广泛于应用各个领域。
韩国已经立法,3000平方米以上的公共建筑必须采用蓄冷空调系统。
目前,最新的蓄冷空调是低温、大温差供冷送风技术,少数工程已做到比常规空调系统投资更少。
(2)冰蓄冷空调技术在我国国内的发展情况
随着社会发展和生活水平的提高,我国各地空调用电大幅度增长。2003年厦门市空调用电负荷约占用电总负荷的32%。而且,空调用电负荷又多集中在高峰用电时段。
另一方面,许多企业由于晚班生产工效低,需另付晚班费等原因,渐渐恢复到白天生产,导致低谷用电负荷反而逐年相对下降。因此,城市用电峰谷差日趋拉大,城市尖峰用电时段电力紧张,迫使电力部门拉闸限电。而低谷用电时段电力过剩。
根据美国、日本及台湾省的经验,解决上述矛盾的一个有效途径是发展蓄能空调,将尖峰负荷转移到低谷时段。
国内最早采用冰蓄冷工程是深圳电子科技大厦,建筑面积6.5万m2,1993年5月投入运行。电力部于1995年开始部署蓄冷空调试点,投运后取得了很好的实际效果。
国家经贸委办公厅颁发的经贸厅技[1997]298号文中,将冰蓄冷空调作为今后的重点发展项目。国务院国发[1998]32号文中更强调了加快推广包括蓄冷空调在内的各种削峰填谷的技术措施。
与常规空调系统比较,冰蓄冷空调一方面对电网削峰填谷,优化资源配置,减少电力电站投资,保护生态环境有良好的社会效益。
另一方面,对采用冰蓄冷空调的业主而言,还可以得到以下的实惠:减免电力增容费用,减少制冷主机的装机容量,减少相应的配电设备投资,节省大量的运行费用,停电时还可以作为应急冷源继续供冷。
(3)国内冰蓄冷空调工程的实际应用
根据不完全统计,国内冰蓄冷空调工程从1992年开始建造、截止到2003年底,已建成和正在建的冰蓄冷空调系统超过300项。已应用的冰蓄冷空调工程主要集中在蛇形盘管和冰球式。
(4)蓄冷空调技术的基本原理
蓄冷中央空调简单地讲就是在常规中央空调增加了一套蓄冷装置,如:蓄冰槽、蓄冰桶等。蓄冰空调主要利用分时电价政策,在夜间用电低谷期,采用电制冷机制冷,将制得冷量以冰(或其它介质)的形式储存起来。在白天空调负荷高峰期,将冷量释放,便可达到少开中央空调主机甚至不开主机的目标。
(5)蓄冷空调的分类
按蓄冷介质分:
水蓄冷l用水作为蓄冷的介质,有一定的应用,某些条件下有优势。
冰蓄冷用冰作为蓄冷的介质,目前最常用。
共晶盐等高分子介质,目前少用。
按蓄冷方式分:
部分蓄冷。部分蓄冷是指制冷机连续运行,在夜间制冷储能,以补足白天高峰制冷负荷,白天同时使用制冷机与夜间储存的冷量供应空调负荷。部分蓄冷是目前最常用方式。
全部蓄冷。全部蓄冷是利用低谷电荷时制冷机蓄冰储能,白天空调不使用制冰机,所有空调负荷完全以储存的冷能供给。这种方式常用于改建工程,也适用需要瞬时大量释冷的建筑物,如体育馆。
(6)采用冰蓄冷空调技术对用户的效益
减少制冷主机的装机容量和功率,可减少30%-50%.
减少电力增容费和供配电设施费。减少相应的电力设备投资,如:变压器、配电柜等。例如,罐头厂。
减少冷却塔的装机容量和功率。
设备满负荷运行比例增大,充分提高设备利用率和效率。
系统冷量调节灵活,过渡季节不开或少开制冷主机,节能效果明显。
利用低谷廉价电力,节省大量的运行费用,可节省40%-50%.
易于实现大温差和低温送风,节省输送系统的投资和能耗。
相对温度更低,空调品质提高,能有效防止中央空调综合症。
具有应急功能,停电时可利用自备电力启动水泵溶冰供冷,空调系统的可靠性提高。
缺点
–通常在不计电力增容费的前提下,其一次性投资比常规空调大(在15%以内).
–储冰装置要占用一定的建筑空间。
–制冷储冰时主机效率比在空调工况下运行低。
–设计和调试相对复杂。
(7)蓄冷空调技术的社会效益
对国家、对电力部门的好处
商业用电一般集中在9:00-23:00.若按尖峰用电负荷建设发电设备与供电电网,那么在低谷时段,相当一部分发电设备与输电设备不能充分发挥作用,折算到每kWh的平均供电成本也要上升;
如果按平均用电负荷建设发电厂输配电网,那么在尖峰时段,用电负荷就会超过供电能力,必须采取拉闸停电,强制削减用电负荷。
而采用了蓄冷空调之后,尖峰时段制冷机不制冷或少制冷,即可均衡用电负荷,保证供电。
如果单纯为了满足尖峰用电负荷需要,就必须兴建更多的新电厂。在空调的社会普及率相当高后,如果采用蓄冷空调技术,就可有效地把空调用电的约40%左右的负荷转移到低谷时段,就可不建或缓建新电厂。从而提高了现有发电设备与输配电网的利用率与效率,改善电力建设的投资效益。
蓄冷空调技术的社会效益(续)
由于可少建或缓建电厂,就可减少CO2的排放量。若少建一座300MW燃煤发电厂,一年就可少向大气少排放300万吨CO2,减轻全球的温室效应。
蓄冷空调技术的社会效益(续)
由于采用蓄冷空调提高了空调制冷系统的整体效率,提高了现有发电设备与电网的利用率,提高了全社会的能源利用系数,可更合理经济地开发与使用我国的能源资源。
综上所述,发展蓄冷空调是一举三得的技术措施,重视与开发此项技术,乃是利国利民的大业。
(8)推广冰蓄冷空调的主要障碍
对新技术的担心顾虑
人们对于新事物总是存在一定的顾虑,从上述的实际工程可见,常规冰蓄冷空调技术是成熟的技术。因此,政府和各有关部门应加强宣传,提高人们的认识,消除不必要的顾虑。
新技术效益分析计算比较复杂
蓄冷空调工程的经济比较分析要比常规空调工程复杂得多,其原因有4个:①各地区电价结构,增容建设费的收费标准也各不相同。②蓄冷空调的运行电耗与建筑物的冷负荷特性、蓄冷方式、运行策略、控制模式有着密切关系。③蓄冷装置的种类很多,其蓄冷与放冷特性曲线差异也较大,而且所要求配套的制冷机也各不相同。
因而各具体用户初投资可能有较大差别。因此,各具体用户的效益可能有差别。
(9)冰蓄冷空调的结论
蓄冰空调特别适用于间歇空调系统,及峰谷负荷差较大的连续运行空调工程。如:金融办公大楼、影剧院、体育馆、非昼夜运行的工厂车间等。
蓄冷空调技术,当蓄冰比例在30%~70%时,通过对系统的优化设计,可使冰蓄冷的初投资与常规空调持平或略有减少;
蓄冷空调确实能减少电力峰谷差,提高能源利用效率,降低运行费用,保护环境,是利国利民的好方法,应大力推广;
推广冰蓄冷空调的关键:政府和电力部门进一步重视,加强宣传,出台优惠鼓励政策。
结束语 中央空调系统节能的机会和措施是多方面的。如果能将节能思想贯穿于中央空调系统设计、选型与运行的始终,将会收到明显的节能效果,从而带来巨大的经济效益和社会效益。
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