空调系统节能优化设计

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摘要：空调系统能耗占整个建筑能耗的 70% 左右。近年来，伴着节能技术的日臻完善，空调怎样在保证舒适性要求的前提下以增强能源利用率来实现节能，本文指出了目前空调系统节能优化中存在的主要问题，同时提出空调系统节能优化的一些措施。

关键词：空调系统；节能优化；消耗

智能建筑节能是世界性的大潮流及大趋势，也是中国改革与发展的迫切要求，是21世纪中国建筑事业发展的一个重点。节能与环保是实现可持续发展的关键。从可持续发展理论出发，建筑节能的关键又在于提高能量效率，所以无论制订建筑节能标准还是从事具体工程项目的设计，都应把提高能量效率作为建筑节能的着眼点。

一、暖通空调概述

1.暖通空调的工作原理

暖通空调的主要工作原理是制冷剂在空调制冷机组内的蒸发器中与冷冻水进行热量交换发生气化，这一过程会使冷冻水的温度降低，被气化后的制冷剂在空压机的作用下，会形成高压、高温的气体，当气体流经制冷机组的冷凝器时，则会被来自冷却塔的冷却水所冷却，从而是气体转变为低压、低温的液体，与此同时，被降温后的冷冻水经由水泵被送至空气处理机的热交换器中，随后与混风进行冷热交换形成冷风源，最后经由送风管路送入到各个房间。通过这样的循环过程，在夏季房间内的热量会被冷却水带走，流经冷却塔后释放到空气当中。

2.空调供水系统

通常情况下，冷冻水系统内的冷冻水管道均为循环式系统；变流量系统按照组成装置的不同，可分为相对变流量和真正变流量两种，其中真正变流量可以充分发挥变流量系统的节能潜力。

3.空气处理单元

在空气处理单元中，新风与部分回风经混合后形成混风，当混风经由热交换器冷冻水进行热交换后则形成送风。冬季时，混风能够吸收能量，从而是温度升高，夏季时，随着混风温度降低，送风进入室内后会与室内的空气进行热量的传递，最终将温度调节至房间所需的设定值。此时房间内的气体在排风机的作用下与新风混合后，重复上诉过程进行循环。由于混风和冷冻水的热交换过程是在热交换器中进行的，因此，热交换器属于暖通空调空气处理单元中较为重要的组成部分。当热交换器的工作状况处于部分负荷时，与设计工况是不同的，而在实际使用中，大部分时间热交换器都是处于部分负荷状态，也就是说其基本都处在非设计工况下工作，所以在进行设计时应尽量了解热交换器的这一特点。

二、暖通空调工程设计优化的重要性

其一，对暖通空调工程进行优化设计，不仅可以满足人们对工作和生活环境舒适性的要求，而且还可以使工作效率和生活质量有所提高；其二，由于暖通空调工程属于整个建筑中能耗较高的部分，所以对其进行优化设计，可以起到节约能源、提高能源利用率的作用；其三，随着直接数字控制器（DDC）、变频技术以及能源管理控制系统等的广泛应用，使暖通空调工程的优化设计策略和控制技术相辅相成，在节能降耗的同时，能够更好的对暖通空调系统进行指导和控制；其四，基于大部分暖通空调工程在设计之初，没能很好考虑季节变化、时间以及房屋的朝向等问题引起的冷负荷变化，致使这样的设计难免会造成能源的浪费，而对暖通空调工程进行优化设计后，可以从根本弥补这一缺陷，并且还能降低事故的发生几率；其五，由于在进行暖通空调设备选型时，通常都是按照设备的最大负荷进行计算的，并采用固定工作时间的方式运行。但是在大多数情况下，暖通空调都不是处于满负荷运行的，同时由于多种因素的影响，如阳光照射、建筑外部环境的温湿度、房间内部的负荷变化等，一旦采用固定工作时间运行，必然会导致设备的使用效率低下，使能源大量浪费。因此，为了调整空调系统的运行时间，作为施工单位，对暖通空调的运行比较了解，就必须配合设计人员对暖通空调工程进行优化设计，从而确保空调系统的运行效率，达到节约能源的目的。

三、暖通空调工程的优化设计方法

1.控制策略的优化

由于空气处理机的直接数字控制器（DDC）基本都是采用PTD进行控制的，所以选用一个较为合适的PTD参数能够起到促进空调系统稳定运行的作用。PTD的系数高，可以使室内温度较快的达到预定值，反之这一过程会较慢，但也并不是说PTD的系数越高就越好，一旦系数太高时很容易引起DDC控制器失稳。虽然PTD可以解决大多数场所的空调控制问题，但是有些特殊场所仅靠较高的PTD系数提高空调系统对负荷变化的响应速度是很难解决问题的，比如影剧院等大热惯性场所，对于这样场所可采用双级控制，即将温度传感器分别安装在室内和送风道上，由主DDC控制器完成室内温度的设定，而水阀的驱动则可由副DDC按照主DDC以及风道传感器的指令来完成，基于风道温度变化的速度要快于房间内温度的变化，采用这样的控制方式可以加速空调系统对温度波动的响应。在实际工程设计中，可以根据不同情况的需要，选择不同的优化控制，从而达到最优的效果。如，写字楼、大型商场等场所，夏、秋季在清晨时通过控制程序启动空气处理机，并利用室外的凉风对室内进行全面换气预冷，这样做不进可以节约能源消耗，而且还可以提高室内空气的质量。

2.控制权的优化设计

在某些特定的场合，如会议室，如果可以将空调或是通风系统的参数设定功能放置在现场，那么则能够更加符合用户的需要。然而DDC本身却并具备这样的功能，必须添设专门的部件才能实现。为了实现这一功能必要时可以添设VRV控制面板的设定器，它可以给用户带来极大的方便和舒适性。

3.DDC的优化

由于DDC控制系统的处理能力是不同的，所以应根据各个场合不同的需要，选择合适处理能力的DDC，如热力站监控点、冷冻机房等密集场合应优先考虑采用大型的DDC控制器，以减少控制器间的通讯和故障发生的频率；对于通风机、新风机、空气处理机等通常采用中型或小型的DDC即可满足使用需要。目前，可编程逻辑控制器（PLC）的发展速度较快，其应用范围也越来越广泛，因此，在暖通空调现场设备优化控制工程中，可适当加以采用，优化效果也是比较明显的。

4.控制网络的优化设计

在满足灵活性和可扩展性的基础上，空调系统控制网络的拓扑结构应尽量清晰、简化，无论是采用RS485总线或是LonTalk总线的控制网络都应如此。由于分级多、分支多的网络管理较为复杂，而且可靠性也比较低，虽然LonTalk总线在理论上能够组成任意的网络拓扑结构，但是这种设计具有很大的随意性，一旦运用不当，在工程实践中可能会有一定的技术风险，从而使空调系统的成本增加。因此，在没有特殊要求的工程中英尽可能使用RS485总线的控制网络，并采用手拉手环网的布线方式。

5.BAS监控中心

BAS监控中心主要负责的是监控整个空调、通风以及动力系统的工作状态，通常与安保监控和消防控制等系统共用一间机房，而该机房一般都离冷冻机房、锅炉房较远，在这里对空调系统中的关键设备进行远程操作显然是不合适的，因此，建议在冷冻机房和锅炉房现场控制室另设一台监控分站，并由该分站负责监冷冻机、锅炉监控功能，同时该分站授权局限为冷热源设备。

五、结论

能源目前显得比较短缺，特别是现在使用空调的人逐年增多。空调自身的含氟制冷剂本身就会导致臭氧空洞的形成，而且空调工程的高能耗问题还会产生更多的二氧化碳，引发一系列的环境问题。这就更要求我们去寻求一条节能的道路，来适应社会的发展。因此，研究空调的节能问题显得尤为迫切且重要。

参考文献

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