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辦公樓節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)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注的話題，近幾年人們越來越多的關注節(jié)能減排，根據(jù)調(diào)查，建筑能耗在整個社會所產(chǎn)生的能耗中占據(jù)了相當大的比重，例如，2007年我國的建筑能耗即已經(jīng)約占當年社會總能耗的23%[1],并且其增長速率有增無減。而在建筑能耗中，空調(diào)系統(tǒng)所產(chǎn)生的能耗占據(jù)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].在綠色建筑成為開發(fā)商、研究者研究熱門的今天，研究如何保證空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能，優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)組成，改變空調(diào)系統(tǒng)的設計理念具有相當重要的意義。
1舒適性空調(diào)參數(shù)設定
空氣溫度、濕度和氣流速度是3個影響室內(nèi)熱舒適性的主要方面，三者相互作用、影響，每一個因素發(fā)生變化都會影響人員在室內(nèi)的舒適感覺。2013年，蘭芳、萬建武等人以廣州某辦公建筑為例，采用PMV - PPD指標[4]進行計算，并分析溫度、相對濕度及空氣流速對空調(diào)能耗的影響，發(fā)現(xiàn)隨著設定溫度的提高能耗下降并呈線性關系，溫度平均每升高1 ℃，空調(diào)能耗減少5. 3%,能耗隨著室內(nèi)的相對濕度升高而減小，相對濕度每上升10%,空調(diào)能耗減少5. 8%,建筑能耗減少2. 1%.在夏季制冷條件下，室內(nèi)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，文杰通過依據(jù)PM V指標對空調(diào)的熱濕參數(shù)進行了最優(yōu)化調(diào)整和組合，在保持室內(nèi)風速v = 0. 1 m /s,平均敷設溫度tr = 26 ℃的情況下，PM V = 0時，隨著相對濕度的增加，圍護結構傳熱增加新風符合減少，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模型進行了計算分析，探討了家居環(huán)境標準和空調(diào)參數(shù)的節(jié)能控制，得出結論，在居室內(nèi)的空調(diào)參數(shù)的設定在保證熱舒適的條件下，從節(jié)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，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(diào)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,適時調(diào)節(jié)參數(shù)為： 人靜坐休息時，空調(diào)溫度可設定為28. 5~29 ℃，從事家務勞動時，空調(diào)溫度可設定為25. 5~27 ℃。[7]
綜上所述，結合當下節(jié)能減排的總體思路，空調(diào)的參數(shù)設定應當充分考慮建筑物的用途，設定參數(shù)設定的大致范圍，再根據(jù)人的行為進行一定程度的調(diào)節(jié)，若直接使用定參數(shù)控制，則勢必會造成能源的浪費。
2冷熱媒溫度的確定
室內(nèi)熱舒適性受到室內(nèi)空氣溫度、濕度和氣流組織的影響，任何一個因素變化都會影響到室內(nèi)熱舒適性，研究發(fā)現(xiàn)，露點溫度變化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，采 用 低 溫 送 風 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(xiàn)溫度和濕度對空氣的接受能力會產(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性下降[9 - 10].因此，研究者認為，減少新風供給、增大空氣焓值或者降低冷媒的溫度，一樣可以產(chǎn)生令人滿意的熱舒適性，通過這種方法達到節(jié)能的目的[8].2011年，于秋生對制冷循環(huán)進行了熱力計算，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系統(tǒng)能耗和投資影響中扮演著十分重要的角色，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，COP就會越低，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，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(nèi)熱（ 冷） 舒適性的條件下，為了達到節(jié)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
影響空調(diào)節(jié)能的關鍵因素之一是在系統(tǒng)設計時對設備進行合理的選型，所以合理配置中央空調(diào)系統(tǒng)中的冷熱源對節(jié)能和合理利用能源來說起著至關重要的作用。中央空調(diào)系統(tǒng)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].在實際生產(chǎn)中，我們應當根據(jù)不同房間的送風要求，使用不同溫度的低溫冷媒和空調(diào)系統(tǒng)給建筑物供冷。例如，當房間要求送風溫度高于7 ℃時，可以采用直接膨脹式空調(diào)系統(tǒng)畸形低溫送風，這種系統(tǒng)設備投資低，維護費用少； 而當送風溫度低于7 ℃時，盤管內(nèi)的低溫水溫度就需要1~4 ℃。通過對比，發(fā)現(xiàn)冰蓄冷技術可以滿足這一要求，不僅如此，當冰蓄冷系統(tǒng)與低溫送風相結合時，可以將整個空調(diào)系統(tǒng)在用電高峰時期的用電需求移至用電低谷時段，同時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。有了冰蓄冷技術的融入，可以起到削峰填谷的作用，節(jié)省運行費用。根據(jù)研究，與冰蓄冷結合的低溫送風系統(tǒng)較常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)年運行費用可降低18%~28%.
4空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制
我國幅員遼闊，很多地區(qū)夏季炎熱，較多的住宅和辦公樓采取中央空調(diào)集中供冷系統(tǒng)，并且保持空調(diào)機組長時間運行。這樣保持統(tǒng)一功率或粗獷式的控制勢必導致能源的流失，達不到節(jié)能降耗的目的。所以近幾年，越來越多的寫字樓和綜合性建筑被設計為智能型建筑（Intelligent Building,IB）[13],人們希望通過智能化控制，分時分地段的進行供冷供熱。這種新型的自動化控制方式日益成為研究者和建筑從業(yè)人員的關注焦點。
4. 1基于OPC系統(tǒng)的室內(nèi)環(huán)境控制
OPC[14]技術以微軟公司的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。通過這些對象接口，應用軟件之間能夠無縫地集成在一起，實現(xiàn)應用程序之間數(shù)據(jù)交換的標準化，從而極大地提高自動化系統(tǒng)、現(xiàn)場設備和商業(yè)辦公系統(tǒng)的互操作性。在控制空調(diào)系統(tǒng)方面，OPC系統(tǒng)可以用自控手段對室內(nèi)的溫度、濕度和CO2濃度做出調(diào)節(jié)。由于人對于濕度和CO2濃度并不敏感，所以OPC系統(tǒng)中CO2濃度和濕度的目標值由管理員設定。用戶自行設定的是溫度的目標參數(shù)。通過該系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對建筑物內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)的智能化控制，對室內(nèi)溫度參數(shù)的動態(tài)化處理，實時的控制空調(diào)系統(tǒng)（ 其中最主要是對空調(diào)系統(tǒng)末端裝置） 的運行狀態(tài)，使得空調(diào)系統(tǒng)更加節(jié)能[15].不僅如此，OPC系統(tǒng)良好的人機交互功能可以使用訂閱的方式來讀取數(shù)據(jù)，得到溫度、濕度等[16].
4. 2 EIB技術對于風機盤管的控制
EIB最大的特點是通過單一多芯電纜替代了傳統(tǒng)分離的控制電纜和電力電纜，并確保各開關可以互傳控制指令，因此總線電纜可以以線型、樹型或星型鋪設，方便擴容與改裝。每條支線利用線路耦合器可以連接為一個區(qū)域，而每巧個區(qū)域利用總線禍合器可以連接成一個大的系統(tǒng)。根據(jù)標準，一條總線的最大長度為1[17]EIB系統(tǒng)非常適用于一二線城市中的辦公用寫字樓或新建的CBD,這些建筑采用時尚的建筑風格，較多地采用開敞式空間與隔斷、房間相結合的方式，若不進行細致地管控，空調(diào)系統(tǒng)的能耗將大大加大。EIB系統(tǒng)對風機盤管控制的原理為： 對空調(diào)末端供冷（ 熱） 區(qū)域采用2種控制方式，即集中控制（ 開敞辦公區(qū)） 和集中加就地控制（ 隔斷、獨立辦公室、會議室等）。[18]吳琴霞等人的研究通過利用EIB系統(tǒng)實現(xiàn)空調(diào)風機盤管系統(tǒng)的最優(yōu)化節(jié)能控制為整棟建筑的節(jié)能打下了一個好的硬件及軟件基礎，在實際的施工過程中，雖然前期投資將相對加大，但從長遠來看，使用EIB系統(tǒng)則是最節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟的選擇。EIB系統(tǒng)的運用，有效地降低了能耗和運行費用，根據(jù)實際數(shù)據(jù)和測算，節(jié)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，具有很大的利用價值和市場潛能。
5結論
目前，空調(diào)系統(tǒng)基本上已經(jīng)是建筑物中必備的設施，在建筑節(jié)能中，由于暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能占據(jù)主要部分，我們應當對系統(tǒng)的每一個部分都進行思考和改進，冷熱源、熱媒、設定參數(shù)，尤其是末端裝置的智能化控制。從設備的角度改進，提升系統(tǒng)的整體性能，而從末端裝置的智能化控制，可以改變?nèi)藗儗τ谠撓到y(tǒng)的認識，畢竟空調(diào)系統(tǒng)由人設置，也是服務于人的，所以行業(yè)從業(yè)者和研究人員應當更加關注暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動化方面的研究。
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