空調(diào)設計能效比的研究

空調(diào)設計能效比的研究

0設計能效比的確定根據(jù)研究，公共建筑的單棟面積可達到普通生活建筑的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,是實現(xiàn)公共建筑節(jié)能的關鍵。優(yōu)化公共建筑空調(diào)工程的設計,對提高能源效率至關重要。提高空調(diào)工程及其子系統(tǒng)的設計能效比,是提高空調(diào)工程節(jié)能設計水平、實現(xiàn)空調(diào)工程運行節(jié)能的重要途徑。因此,如果在公共建筑空調(diào)設計規(guī)范中對空調(diào)工程及其子系統(tǒng)提出設計能效比的具體要求,無疑對提高公共建筑節(jié)能設計水平具有現(xiàn)實意義。我國自2005年7月1日起實施的《公共建筑節(jié)能設計標準》(GB50189—2005)規(guī)定了鍋爐、制冷機組等空調(diào)設備在額定工況下的性能系數(shù)和能效比,對空調(diào)風系統(tǒng)和水系統(tǒng)的輸送能效也提出了要求。但是,整個空調(diào)系統(tǒng)的能效取決于空調(diào)主機、末端設備和冷熱量輸送設備各項能效的匹配,單機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)大部分時間是在部分負荷下運行,額定工況的滿負荷能效與實際部分負荷的運行能效往往也相差較大。另一方面,雖然現(xiàn)行《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》(GB50019—2003)明確要求空調(diào)系統(tǒng)冷負荷應逐項逐時計算,但實際設計中采用冷熱負荷指標估算確定空調(diào)設備容量的現(xiàn)象十分普遍,加上設計中保守的因素,空調(diào)設計中設備冷熱量偏大的現(xiàn)象普遍存在,因而出現(xiàn)了系統(tǒng)在部分負荷下“大馬拉小車”的現(xiàn)象。根據(jù)已有的測試和調(diào)研結果,空調(diào)設備裝機容量過大、部分負荷調(diào)節(jié)能力差、系統(tǒng)設備匹配不合理等是導致整個空調(diào)系統(tǒng)運行能效低的主要原因之一。因此,從設計這個源頭出發(fā),規(guī)定整個空調(diào)系統(tǒng)的設計能效比(而不是設備單機的能效比),為空調(diào)系統(tǒng)的設備匹配提出能效比的限值,避免出現(xiàn)空調(diào)設備設計容量過大,無疑對空調(diào)系統(tǒng)在部分負荷下的動態(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)工程的設計現(xiàn)狀,為下一步制定相應的空調(diào)工程設計能效比標準做好技術準備,2006年7～8月,在重慶市建設技術發(fā)展中心的組織下,重慶大學成立了調(diào)查組,與重慶市6家主要設計單位合作,對重慶市(包括重慶氣候區(qū)內(nèi))自2000年以來設計完成的78個不同類型(包括辦公樓、商場、賓館酒店、醫(yī)院和其他類型)公共建筑空調(diào)工程的設計能效比情況進行了調(diào)查統(tǒng)計與分析。本文介紹其中酒店類建筑空調(diào)工程設計能效比的調(diào)研情況。1空調(diào)工程的eerchsd空調(diào)工程設計能效比EERACD(airconditioningdesignenergyefficiencyratio)、冷熱源系統(tǒng)設計能效比EERCHSD(coolingandheatingsourcedesignenergyefficiencyratio)、水系統(tǒng)設計能效比EERWSD(watersystemdesignenergyefficiencyratio)、風系統(tǒng)設計能效比EERASD(airsystemdesignenergyefficiencyratio)的定義及計算方法見文獻。本次調(diào)查的酒店類公共建筑集中空調(diào)工程共12項,其中大型酒店(建筑面積20000m2以上)5項,一般酒店(建筑面積20000m2以下)7項。工程均在重慶市,主城區(qū)有10項,其余兩項在郊縣?？照{(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)工程設計能效比。目前市場銷售的空調(diào)冷熱源設備的性能系數(shù)基本都滿足節(jié)能設計標準要求。但是,設計師在注重單機額定工況下的能效時往往忽略了機組容量配置對冷熱源效率的影響。如果設計師對冷熱源容量配置過于保守而加大機組冷熱容量,從表2的計算可知,空調(diào)冷熱源總裝機容量比設計負荷大時對EERCHSD不利,計算的EERCHSD將比機組本身額定工況下的性能系數(shù)小。因此,即使設計選用的是性能系數(shù)達到標準要求的冷熱源機組,如果過于加大其總裝機容量,設計狀況下的EERCHSD將偏小,從而造成空調(diào)工程的EERACD偏小和運行過程中的效率降低,對節(jié)能不利。對于采用LiBr直燃型機組的空調(diào)工程,EERCHSD需先經(jīng)折算才能進入表2計算,因此燃料的耗量和種類對EERCHSD有直接影響。計算EERCHSD時,燃料應只包括用于空調(diào)的燃料消耗。表2反映出采用LiBr直燃型機組的空調(diào)工程的EERCHSD波動較大,這一方面與工程規(guī)模造成的冷熱源機組效率有關,另一方面與設計圖紙所標的設備參數(shù)的準確性有很大關系。酒店類建筑空調(diào)冷熱源經(jīng)常同時負擔空調(diào)和生活熱水供應,冷熱源的燃料消耗可能包括這兩部分,設計師卻未加區(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是各項目的EERCHSD散點分布圖。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的散點圖。從圖2可以看出,夏季EERWSD處于平均值以上有3項,處于平均值以下有9項;冬季EERWSD處于平均值以上有3項,處于平均值以下有6項。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,而設計熱負荷為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(冷熱水泵兼用而未作任何調(diào)節(jié))冬季EERWSD均偏小。設水泵時注意冬夏季負荷差異而使冷熱水泵分開設置或對水泵進行變頻控制,對提高EERWSD有利,對整個系統(tǒng)的運行能效比也有利。遺憾的是,所調(diào)查的工程中有近30%的項目冷熱水輸配采用相同的水泵,設計說明中也沒有對冬夏季水泵的運行臺數(shù)和調(diào)節(jié)方式作任何說明,沒有一個項目對水泵進行變頻調(diào)節(jié)。再分析空調(diào)風系統(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的散點圖。從圖3可以看出,夏季EERASD處于平均值以上的有4項,處于平均值以下的有8項;冬季EERASD處于平均值以上的有4項,處于平均值以下的有5項。所調(diào)查工程均未采用VAV方式,空調(diào)風系統(tǒng)冬夏季的功率相同,因為重慶地區(qū)夏季冷負荷明顯高于冬季熱負荷,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)。而采用風機盤管較多的工程,由于風機盤管能耗相對較小,其EERASD一般在平均值以上。文獻指出,由于空氣的比熱容小,用它來輸送冷熱量的效率低,對采用定風量方式的全空氣空調(diào)系統(tǒng),其風機的電耗遠高于風機盤管空調(diào)系統(tǒng)的水泵電耗,風機的電耗可占空調(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)風系統(tǒng)能效比EERASD的提高,尤其是當空氣輸送距離過長、風機功率配置較大時,EERASD偏小,對空調(diào)工程設計和運行的能效比都不利。但采用定風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,提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的同時,也有利于減少制冷機組的能耗。在過渡季節(jié)較長的地區(qū),該種空調(diào)方式是節(jié)能可取的,應分別看待。最后分析空調(diào)工程的設計能效比。EERACD是決定整個空調(diào)系統(tǒng)設計節(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)、風系統(tǒng)的配置,使冷熱源系統(tǒng)裝機容量與設計負荷合理匹配、空調(diào)冷熱水泵分開設置或采用變頻控制、空氣輸配盡量避免采用定風量全空氣系統(tǒng),則EERCHSD,EERWSD,EERASD都將得到提升,整個空調(diào)工程EERACD也將增大,對空調(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;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,平均值以下的有2項,這樣的分布規(guī)律與冷熱源設計能效比EERCHSD一致,再次說明EERCHSD對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的散點圖。根據(jù)冷熱源形式的不同對EERACD作進一步的分析,結果見表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各設計單位的節(jié)能性對空調(diào)設計能效比的影響提出公共建筑空調(diào)工程設計能效比的具體要求,能夠提高公共建筑節(jié)能設計水平。通過調(diào)研已有的公共建筑空調(diào)工程設計狀況,能夠反映現(xiàn)有的設計水平和存在的問題,為制定科學合理的空調(diào)工程設計能效比提供基礎數(shù)據(jù)。本次調(diào)研中發(fā)現(xiàn),空調(diào)設計師對空調(diào)工程的節(jié)能性重視不夠,設計中常常忽略了對運行調(diào)節(jié)的說明,由于設計保守,冷熱源容量選配過大,空調(diào)設備的參數(shù)標注也不夠詳細。各項目在空調(diào)工程設計能效比,冷熱源系統(tǒng)、水系統(tǒng)、風系統(tǒng)的設計能效比方面水平參差不齊。處于平均水平以下的項目往往是忽略了系統(tǒng)的節(jié)能性而過于顧及系統(tǒng)冷熱供應的可靠性,如果設計中稍加修改或限定,其設計能效比是完全可以提高的。因此,作為空調(diào)設計能效比的限值,以EERACD的平均值作為設計標準,既能滿足標準推行逐步化原則,技術上也是可行的,設計單位只要注意考慮系統(tǒng)節(jié)能性就容易達到要求,并不會增加太多設計難度。調(diào)查結果表明,重慶市酒店類公共建筑空調(diào)工程設計能效比提升的空間較大,如以各類冷熱源形式下設計