空調(diào)設(shè)計(jì)能效比的研究

0設(shè)計(jì)能效比的確定根據(jù)研究，公共建筑的單棟面積可達(dá)到普通生活建筑的10.20倍。在公共建筑的全年能耗中,大約有50%～60%消耗于空調(diào)制冷與供暖系統(tǒng)。提高空調(diào)系統(tǒng)的能源利用效率,是實(shí)現(xiàn)公共建筑節(jié)能的關(guān)鍵。優(yōu)化公共建筑空調(diào)工程的設(shè)計(jì),對(duì)提高能源效率至關(guān)重要。提高空調(diào)工程及其子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能效比,是提高空調(diào)工程節(jié)能設(shè)計(jì)水平、實(shí)現(xiàn)空調(diào)工程運(yùn)行節(jié)能的重要途徑。因此,如果在公共建筑空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)空調(diào)工程及其子系統(tǒng)提出設(shè)計(jì)能效比的具體要求,無疑對(duì)提高公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)水平具有現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)自2005年7月1日起實(shí)施的《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189—2005)規(guī)定了鍋爐、制冷機(jī)組等空調(diào)設(shè)備在額定工況下的性能系數(shù)和能效比,對(duì)空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)的輸送能效也提出了要求。但是,整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的能效取決于空調(diào)主機(jī)、末端設(shè)備和冷熱量輸送設(shè)備各項(xiàng)能效的匹配,單機(jī)能效高并不一定表示空調(diào)系統(tǒng)的能效高。此外,空調(diào)系統(tǒng)大部分時(shí)間是在部分負(fù)荷下運(yùn)行,額定工況的滿負(fù)荷能效與實(shí)際部分負(fù)荷的運(yùn)行能效往往也相差較大。另一方面,雖然現(xiàn)行《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50019—2003)明確要求空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷應(yīng)逐項(xiàng)逐時(shí)計(jì)算,但實(shí)際設(shè)計(jì)中采用冷熱負(fù)荷指標(biāo)估算確定空調(diào)設(shè)備容量的現(xiàn)象十分普遍,加上設(shè)計(jì)中保守的因素,空調(diào)設(shè)計(jì)中設(shè)備冷熱量偏大的現(xiàn)象普遍存在,因而出現(xiàn)了系統(tǒng)在部分負(fù)荷下“大馬拉小車”的現(xiàn)象。根據(jù)已有的測(cè)試和調(diào)研結(jié)果,空調(diào)設(shè)備裝機(jī)容量過大、部分負(fù)荷調(diào)節(jié)能力差、系統(tǒng)設(shè)備匹配不合理等是導(dǎo)致整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能效低的主要原因之一。因此,從設(shè)計(jì)這個(gè)源頭出發(fā),規(guī)定整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能效比(而不是設(shè)備單機(jī)的能效比),為空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備匹配提出能效比的限值,避免出現(xiàn)空調(diào)設(shè)備設(shè)計(jì)容量過大,無疑對(duì)空調(diào)系統(tǒng)在部分負(fù)荷下的動(dòng)態(tài)能效的提高具有重要作用。為了了解重慶市公共建筑空調(diào)工程的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀,為下一步制定相應(yīng)的空調(diào)工程設(shè)計(jì)能效比標(biāo)準(zhǔn)做好技術(shù)準(zhǔn)備,2006年7～8月,在重慶市建設(shè)技術(shù)發(fā)展中心的組織下,重慶大學(xué)成立了調(diào)查組,與重慶市6家主要設(shè)計(jì)單位合作,對(duì)重慶市(包括重慶氣候區(qū)內(nèi))自2000年以來設(shè)計(jì)完成的78個(gè)不同類型(包括辦公樓、商場(chǎng)、賓館酒店、醫(yī)院和其他類型)公共建筑空調(diào)工程的設(shè)計(jì)能效比情況進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)與分析。本文介紹其中酒店類建筑空調(diào)工程設(shè)計(jì)能效比的調(diào)研情況。1空調(diào)工程的eerchsd空調(diào)工程設(shè)計(jì)能效比EERACD(airconditioningdesignenergyefficiencyratio)、冷熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)能效比EERCHSD(coolingandheatingsourcedesignenergyefficiencyratio)、水系統(tǒng)設(shè)計(jì)能效比EERWSD(watersystemdesignenergyefficiencyratio)、風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能效比EERASD(airsystemdesignenergyefficiencyratio)的定義及計(jì)算方法見文獻(xiàn)。本次調(diào)查的酒店類公共建筑集中空調(diào)工程共12項(xiàng),其中大型酒店(建筑面積20000m2以上)5項(xiàng),一般酒店(建筑面積20000m2以下)7項(xiàng)。工程均在重慶市,主城區(qū)有10項(xiàng),其余兩項(xiàng)在郊縣。空調(diào)冷熱源形式如表1所示,表2匯總了本次調(diào)查中收集的酒店類建筑空調(diào)工程設(shè)計(jì)能效比。目前市場(chǎng)銷售的空調(diào)冷熱源設(shè)備的性能系數(shù)基本都滿足節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。但是,設(shè)計(jì)師在注重單機(jī)額定工況下的能效時(shí)往往忽略了機(jī)組容量配置對(duì)冷熱源效率的影響。如果設(shè)計(jì)師對(duì)冷熱源容量配置過于保守而加大機(jī)組冷熱容量,從表2的計(jì)算可知,空調(diào)冷熱源總裝機(jī)容量比設(shè)計(jì)負(fù)荷大時(shí)對(duì)EERCHSD不利,計(jì)算的EERCHSD將比機(jī)組本身額定工況下的性能系數(shù)小。因此,即使設(shè)計(jì)選用的是性能系數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的冷熱源機(jī)組,如果過于加大其總裝機(jī)容量,設(shè)計(jì)狀況下的EERCHSD將偏小,從而造成空調(diào)工程的EERACD偏小和運(yùn)行過程中的效率降低,對(duì)節(jié)能不利。對(duì)于采用LiBr直燃型機(jī)組的空調(diào)工程,EERCHSD需先經(jīng)折算才能進(jìn)入表2計(jì)算,因此燃料的耗量和種類對(duì)EERCHSD有直接影響。計(jì)算EERCHSD時(shí),燃料應(yīng)只包括用于空調(diào)的燃料消耗。表2反映出采用LiBr直燃型機(jī)組的空調(diào)工程的EERCHSD波動(dòng)較大,這一方面與工程規(guī)模造成的冷熱源機(jī)組效率有關(guān),另一方面與設(shè)計(jì)圖紙所標(biāo)的設(shè)備參數(shù)的準(zhǔn)確性有很大關(guān)系。酒店類建筑空調(diào)冷熱源經(jīng)常同時(shí)負(fù)擔(dān)空調(diào)和生活熱水供應(yīng),冷熱源的燃料消耗可能包括這兩部分,設(shè)計(jì)師卻未加區(qū)分地把它作為空調(diào)的燃料消耗,這必然引起EERCHSD的下降。圖1是各項(xiàng)目的EERCHSD散點(diǎn)分布圖。其次分析空調(diào)水系統(tǒng)。如表2所示,冬季平均EERWSD高于夏季,圖2是調(diào)查工程夏、冬季EERWSD的散點(diǎn)圖。從圖2可以看出,夏季EERWSD處于平均值以上有3項(xiàng),處于平均值以下有9項(xiàng);冬季EERWSD處于平均值以上有3項(xiàng),處于平均值以下有6項(xiàng)。夏季EERWSD最大值為103.20W/W,該工程規(guī)模偏小(制冷總面積約2000m2),冷水循環(huán)泵功率僅2.2kW;夏季EERWSD最小值為14.32W/W,該工程選用冷水泵偏大,單位冷量所配置水泵功率明顯高于其他工程;冬季EERWSD最大值為218.02W/W,該工程規(guī)模偏小,熱水循環(huán)泵功率僅4kW,而設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為872.09kW;冬季EERWSD最小值為11.60W/W,該工程采用熱水泵和冷水泵兼用的方式,水泵功率明顯偏大。冷熱水泵的輸入功率對(duì)EERWSD具有直接的影響。從表2可看出,冷熱水系統(tǒng)輸入總功率相同時(shí)(冷熱水泵兼用而未作任何調(diào)節(jié))冬季EERWSD均偏小。設(shè)水泵時(shí)注意冬夏季負(fù)荷差異而使冷熱水泵分開設(shè)置或?qū)λ眠M(jìn)行變頻控制,對(duì)提高EERWSD有利,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能效比也有利。遺憾的是,所調(diào)查的工程中有近30%的項(xiàng)目冷熱水輸配采用相同的水泵,設(shè)計(jì)說明中也沒有對(duì)冬夏季水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)和調(diào)節(jié)方式作任何說明,沒有一個(gè)項(xiàng)目對(duì)水泵進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。再分析空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)。從表2可看出,冬季EERASD平均值低于夏季。圖3是調(diào)查工程夏、冬季EERASD的散點(diǎn)圖。從圖3可以看出,夏季EERASD處于平均值以上的有4項(xiàng),處于平均值以下的有8項(xiàng);冬季EERASD處于平均值以上的有4項(xiàng),處于平均值以下的有5項(xiàng)。所調(diào)查工程均未采用VAV方式,空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)冬夏季的功率相同,因?yàn)橹貞c地區(qū)夏季冷負(fù)荷明顯高于冬季熱負(fù)荷,所以夏季EERASD的平均值比冬季高89.9%(以冬季為參考)。從調(diào)查結(jié)果的分析中發(fā)現(xiàn),采用全空氣系統(tǒng)方式較多的工程,輸送空氣耗能量較大,風(fēng)系統(tǒng)能效比EERASD明顯比其他工程小(可小于平均值80%以上)。而采用風(fēng)機(jī)盤管較多的工程,由于風(fēng)機(jī)盤管能耗相對(duì)較小,其EERASD一般在平均值以上。文獻(xiàn)指出,由于空氣的比熱容小,用它來輸送冷熱量的效率低,對(duì)采用定風(fēng)量方式的全空氣空調(diào)系統(tǒng),其風(fēng)機(jī)的電耗遠(yuǎn)高于風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)的水泵電耗,風(fēng)機(jī)的電耗可占空調(diào)系統(tǒng)總用電量的40%～60%。說明采用全空氣系統(tǒng)不利于空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)能效比EERASD的提高,尤其是當(dāng)空氣輸送距離過長(zhǎng)、風(fēng)機(jī)功率配置較大時(shí),EERASD偏小,對(duì)空調(diào)工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行的能效比都不利。但采用定風(fēng)量方式的全空氣空調(diào)系統(tǒng),在過渡季能最大程度地利用室外新風(fēng),提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的同時(shí),也有利于減少制冷機(jī)組的能耗。在過渡季節(jié)較長(zhǎng)的地區(qū),該種空調(diào)方式是節(jié)能可取的,應(yīng)分別看待。最后分析空調(diào)工程的設(shè)計(jì)能效比。EERACD是決定整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)能水平的綜合參數(shù),空調(diào)工程如果優(yōu)化冷熱源系統(tǒng)、水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)的配置,使冷熱源系統(tǒng)裝機(jī)容量與設(shè)計(jì)負(fù)荷合理匹配、空調(diào)冷熱水泵分開設(shè)置或采用變頻控制、空氣輸配盡量避免采用定風(fēng)量全空氣系統(tǒng),則EERCHSD,EERWSD,EERASD都將得到提升,整個(gè)空調(diào)工程EERACD也將增大,對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能非常有利。從所調(diào)查的酒店類公共建筑看,EERACD夏季為1.90～3.43W/W,平均值為2.80W/W,處于平均值以上和以下的各6項(xiàng);冬季為0.81～2.88W/W,平均值為1.75W/W,處于平均值以上的有7項(xiàng),平均值以下的有2項(xiàng),這樣的分布規(guī)律與冷熱源設(shè)計(jì)能效比EERCHSD一致,再次說明EERCHSD對(duì)EERACD影響最大。夏季EERACD的平均值比冬季高60%(以冬季為參考)。圖4是調(diào)查工程夏、冬季EERACD的散點(diǎn)圖。根據(jù)冷熱源形式的不同對(duì)EERACD作進(jìn)一步的分析,結(jié)果見表3,4。從表3,4可看出,夏季EERACD最大值和最小值偏離平均值的范圍為15%～22%,冬季EERACD最大值和最小值偏離平均值的范圍為20%～55%。夏季EERACD分布比冬季均勻。表3,4也反映了調(diào)查工程在不同空調(diào)冷熱源形式下冬夏季EERACD的大小順序。2各設(shè)計(jì)單位的節(jié)能性對(duì)空調(diào)設(shè)計(jì)能效比的影響提出公共建筑空調(diào)工程設(shè)計(jì)能效比的具體要求,能夠提高公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)水平。通過調(diào)研已有的公共建筑空調(diào)工程設(shè)計(jì)狀況,能夠反映現(xiàn)有的設(shè)計(jì)水平和存在的問題,為制定科學(xué)合理的空調(diào)工程設(shè)計(jì)能效比提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本次調(diào)研中發(fā)現(xiàn),空調(diào)設(shè)計(jì)師對(duì)空調(diào)工程的節(jié)能性重視不夠,設(shè)計(jì)中常常忽略了對(duì)運(yùn)行調(diào)節(jié)的說明,由于設(shè)計(jì)保守,冷熱源容量選配過大,空調(diào)設(shè)備的參數(shù)標(biāo)注也不夠詳細(xì)。各項(xiàng)目在空調(diào)工程設(shè)計(jì)能效比,冷熱源系統(tǒng)、水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能效比方面水平參差不齊。處于平均水平以下的項(xiàng)目往往是忽略了系統(tǒng)的節(jié)能性而過于顧及系統(tǒng)冷熱供應(yīng)的可靠性,如果設(shè)計(jì)中稍加修改或限定,其設(shè)計(jì)能效比是完全可以提高的。因此,作為空調(diào)設(shè)計(jì)能效比的限值,以EERACD的平均值作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),既能滿足標(biāo)準(zhǔn)推行逐步化原則,技術(shù)上也是可行的,設(shè)計(jì)單位只要注意考慮系統(tǒng)節(jié)能性就容易達(dá)到要求,并不會(huì)增加太多設(shè)計(jì)難度。調(diào)查結(jié)果表明,重慶市酒店類公共建筑空調(diào)工程設(shè)計(jì)能效比提升的空間較大,如以各類冷熱源形式下設(shè)計(jì)