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辦公樓節能空調系統的構建分析論文
0引言
能源危機一直是當今世界各國所關(guān)注的話(huà)題，近幾年人們越來(lái)越多的關(guān)注節能減排，根據調查，建筑能耗在整個(gè)社會(huì )所產(chǎn)生的能耗中占據了相當大的比重，例如，2007年我國的建筑能耗即已經(jīng)約占當年社會(huì )總能耗的23%[1],并且其增長(cháng)速率有增無(wú)減。而在建筑能耗中，空調系統所產(chǎn)生的能耗占據了很大一部分，平均能夠達到40%,有的甚至高達70%[2].在各種類(lèi)型的建筑所產(chǎn)生的能耗中，辦公建筑所占的比重很大[3].在綠色建筑成為開(kāi)發(fā)商、研究者研究熱門(mén)的今天，研究如何保證空調系統節能，優(yōu)化空調系統組成，改變空調系統的設計理念具有相當重要的意義。
1舒適性空調參數設定
空氣溫度、濕度和氣流速度是3個(gè)影響室內熱舒適性的主要方面，三者相互作用、影響，每一個(gè)因素發(fā)生變化都會(huì )影響人員在室內的舒適感覺(jué)。2013年，蘭芳、萬(wàn)建武等人以廣州某辦公建筑為例，采用PMV - PPD指標[4]進(jìn)行計算，并分析溫度、相對濕度及空氣流速對空調能耗的影響，發(fā)現隨著(zhù)設定溫度的提高能耗下降并呈線(xiàn)性關(guān)系，溫度平均每升高1 ℃，空調能耗減少5. 3%,能耗隨著(zhù)室內的相對濕度升高而減小，相對濕度每上升10%,空調能耗減少5. 8%,建筑能耗減少2. 1%.在夏季制冷條件下，室內溫度每升高1 ℃能耗降低10%.冬季制熱條件下，溫度每降低1 ℃能耗可降低8%.[5]2014年，文杰通過(guò)依據PM V指標對空調的熱濕參數進(jìn)行了最優(yōu)化調整和組合，在保持室內風(fēng)速v = 0. 1 m /s,平均敷設溫度tr = 26 ℃的情況下，PM V = 0時(shí)，隨著(zhù)相對濕度的增加，圍護結構傳熱增加新風(fēng)符合減少，房間總負荷減少�？諝鉁囟让孔兓�1 ℃，房間負荷平均變化4. 3%,而相對濕度每變化10%,房間負荷約平均變化2. 1%[6].李莉分析影響居室環(huán)境熱舒適的主要因素，基于PMV - PPD模型進(jìn)行了計算分析，探討了家居環(huán)境標準和空調參數的節能控制，得出結論，在居室內的空調參數的設定在保證熱舒適的條件下，從節能的角度出發(fā)，應充分考慮居住建筑及居室人的狀態(tài)特點(diǎn)，綜合考慮各種因素對人體舒適的影響作出設定。其中夏季居室空調指標設定范圍可取為： 溫度26~ 29 ℃，空氣相對濕度為40% ~70%,氣流速度≤0. 3 m / s,適時(shí)調節參數為： 人靜坐休息時(shí)，空調溫度可設定為28. 5~29 ℃，從事家務(wù)勞動(dòng)時(shí)，空調溫度可設定為25. 5~27 ℃。[7]
綜上所述，結合當下節能減排的總體思路，空調的參數設定應當充分考慮建筑物的用途，設定參數設定的大致范圍，再根據人的行為進(jìn)行一定程度的調節，若直接使用定參數控制，則勢必會(huì )造成能源的浪費。
2冷熱媒溫度的確定
室內熱舒適性受到室內空氣溫度、濕度和氣流組織的影響，任何一個(gè)因素變化都會(huì )影響到室內熱舒適性，研究發(fā)現，露點(diǎn)溫度變化5. 8 ℃與干球溫度變化0. 5 ℃具有相同的熱舒適性[5].相對濕度從50%降低到35%時(shí)，采 用 低 溫 送 風(fēng) 可 將 房 間 的 干 球 溫 度 從23. 9 ℃提 高 到24. 4 ℃，而 保 持 等 效 的 舒 適 性[8].Fanger的研究發(fā)現溫度和濕度對空氣的接受能力會(huì )產(chǎn)生極大的影響，空氣的接受能力隨空氣的焓值的上升呈線(xiàn)性下降[9 - 10].因此，研究者認為，減少新風(fēng)供給、增大空氣焓值或者降低冷媒的溫度，一樣可以產(chǎn)生令人滿(mǎn)意的熱舒適性，通過(guò)這種方法達到節能的目的[8].2011年，于秋生對制冷循環(huán)進(jìn)行了熱力計算，分析了冷媒溫度對制冷劑能耗及COP值之間的影響，結果表明供回水在整個(gè)系統能耗和投資影響中扮演著(zhù)十分重要的角色，分析得出相同供回水溫差下，供水溫度越低制冷劑的能耗就越大，同時(shí)，COP就會(huì )越低，而且低溫供水對冷源處是不利的，制冷劑供水溫度每升高1 ℃壓縮機的功率下降3. 3%,同時(shí)，冷水機主COP升高3. 6%.其次，供回水溫差△t越大、回水溫度越高，能耗損失和投資也就越大。[11]
因此，在保證室內熱（ 冷） 舒適性的條件下，為了達到節能的目的，應當慎重選擇冷熱媒的溫度及供回水溫度，以達到低能耗高收益的目的。
3冷源的改進(jìn)
影響空調節能的關(guān)鍵因素之一是在系統設計時(shí)對設備進(jìn)行合理的選型，所以合理配置中央空調系統中的冷熱源對節能和合理利用能源來(lái)說(shuō)起著(zhù)至關(guān)重要的作用。中央空調系統常用的冷熱源配置方式有水冷冷水機組加鍋爐和熱泵型機組[12].在實(shí)際生產(chǎn)中，我們應當根據不同房間的送風(fēng)要求，使用不同溫度的低溫冷媒和空調系統給建筑物供冷。例如，當房間要求送風(fēng)溫度高于7 ℃時(shí)，可以采用直接膨脹式空調系統畸形低溫送風(fēng)，這種系統設備投資低，維護費用少； 而當送風(fēng)溫度低于7 ℃時(shí)，盤(pán)管內的低溫水溫度就需要1~4 ℃。通過(guò)對比，發(fā)現冰蓄冷技術(shù)可以滿(mǎn)足這一要求，不僅如此，當冰蓄冷系統與低溫送風(fēng)相結合時(shí)，可以將整個(gè)空調系統在用電高峰時(shí)期的用電需求移至用電低谷時(shí)段，同時(shí)減少制冷機組水泵和冷卻塔的容量，甚至可以省去冷卻塔和部分機組設備，減少裝機容量。有了冰蓄冷技術(shù)的融入，可以起到削峰填谷的作用，節省運行費用。根據研究，與冰蓄冷結合的低溫送風(fēng)系統較常規的空調系統年運行費用可降低18%~28%.
4空調系統的節能控制
我國幅員遼闊，很多地區夏季炎熱，較多的住宅和辦公樓采取中央空調集中供冷系統，并且保持空調機組長(cháng)時(shí)間運行。這樣保持統一功率或粗獷式的控制勢必導致能源的流失，達不到節能降耗的目的。所以近幾年，越來(lái)越多的寫(xiě)字樓和綜合性建筑被設計為智能型建筑（Intelligent Building,IB）[13],人們希望通過(guò)智能化控制，分時(shí)分地段的進(jìn)行供冷供熱。這種新型的自動(dòng)化控制方式日益成為研究者和建筑從業(yè)人員的關(guān)注焦點(diǎn)。
4. 1基于OPC系統的室內環(huán)境控制
OPC[14]技術(shù)以微軟公司的COM /DCOM（ 組件對象模型/分布式組件對象模型） 技術(shù)為基礎，為控制軟件定義了一套標準的對象、接口和屬性。通過(guò)這些對象接口，應用軟件之間能夠無(wú)縫地集成在一起，實(shí)現應用程序之間數據交換的標準化，從而極大地提高自動(dòng)化系統、現場(chǎng)設備和商業(yè)辦公系統的互操作性。在控制空調系統方面，OPC系統可以用自控手段對室內的溫度、濕度和CO2濃度做出調節。由于人對于濕度和CO2濃度并不敏感，所以OPC系統中CO2濃度和濕度的目標值由管理員設定。用戶(hù)自行設定的是溫度的目標參數。通過(guò)該系統，可以實(shí)現對建筑物內的空調系統的智能化控制，對室內溫度參數的動(dòng)態(tài)化處理，實(shí)時(shí)的控制空調系統（ 其中最主要是對空調系統末端裝置） 的運行狀態(tài)，使得空調系統更加節能[15].不僅如此，OPC系統良好的人機交互功能可以使用訂閱的方式來(lái)讀取數據，得到溫度、濕度等[16].
4. 2 EIB技術(shù)對于風(fēng)機盤(pán)管的控制
EIB最大的特點(diǎn)是通過(guò)單一多芯電纜替代了傳統分離的控制電纜和電力電纜，并確保各開(kāi)關(guān)可以互傳控制指令，因此總線(xiàn)電纜可以以線(xiàn)型、樹(shù)型或星型鋪設，方便擴容與改裝。每條支線(xiàn)利用線(xiàn)路耦合器可以連接為一個(gè)區域，而每巧個(gè)區域利用總線(xiàn)禍合器可以連接成一個(gè)大的系統。根據標準，一條總線(xiàn)的最大長(cháng)度為1[17]EIB系統非常適用于一二線(xiàn)城市中的辦公用寫(xiě)字樓或新建的CBD,這些建筑采用時(shí)尚的建筑風(fēng)格，較多地采用開(kāi)敞式空間與隔斷、房間相結合的方式，若不進(jìn)行細致地管控，空調系統的能耗將大大加大。EIB系統對風(fēng)機盤(pán)管控制的原理為： 對空調末端供冷（ 熱） 區域采用2種控制方式，即集中控制（ 開(kāi)敞辦公區） 和集中加就地控制（ 隔斷、獨立辦公室、會(huì )議室等）。[18]吳琴霞等人的研究通過(guò)利用EIB系統實(shí)現空調風(fēng)機盤(pán)管系統的最優(yōu)化節能控制為整棟建筑的節能打下了一個(gè)好的硬件及軟件基礎，在實(shí)際的施工過(guò)程中，雖然前期投資將相對加大，但從長(cháng)遠來(lái)看，使用EIB系統則是最節能、環(huán)保和經(jīng)濟的選擇。EIB系統的運用，有效地降低了能耗和運行費用，根據實(shí)際數據和測算，節能比例將達到31%左右，而且其前期投資回報期只有3年左右，具有很大的利用價(jià)值和市場(chǎng)潛能。
5結論
目前，空調系統基本上已經(jīng)是建筑物中必備的設施，在建筑節能中，由于暖通空調系統的節能占據主要部分，我們應當對系統的每一個(gè)部分都進(jìn)行思考和改進(jìn)，冷熱源、熱媒、設定參數，尤其是末端裝置的智能化控制。從設備的角度改進(jìn)，提升系統的整體性能，而從末端裝置的智能化控制，可以改變人們對于該系統的認識，畢竟空調系統由人設置，也是服務(wù)于人的，所以行業(yè)從業(yè)者和研究人員應當更加關(guān)注暖通空調系統的自動(dòng)化方面的研究。
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