饭店建筑空调系统节能设计方法

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我国在公共建筑节能方面的研究还处于起步阶段,近年来,清华大学的薛志峰、江亿等,同济大学的王长庆、龙惟定等以及西安建筑科技大学的刘加平、杨柳等在北京、上海、西安等城镇进行了大量公共建筑能耗调查工作,据有关数据表明,公共建筑普遍存在30%以上的节能潜力。随着饭店类建筑档次不断提高,其能源的消耗量也越来越大。据统计,部分饭店类建筑的能耗费用已经占到年收入的10% ~15%,能耗费用成为是否盈利的重要因素之一。而空调系统的能耗占饭店类建筑总能耗的50%左右,因此如何进行空调系统的节能设计已成为一个重要的现实问题。本文结合饭店类建筑空调系统的现状,从空调系统的设计着手来探讨节能措施。1 饭店空调负荷计算1.1 空调系统冷负荷的估算进行冷负荷计算需要考虑较多因素,且计算过程较为复杂,所以空调设计人员常以经验指标或简化计算得出的估算指标进行冷负荷的估算,也有些根据已建成运行的典型工程作为参考进行估算。然而目前饭店类建筑普遍存在的问题是冷负荷估算值过大,致使装机制冷量也过大。据调查,饭店类建筑中79. 2%的实际开机容量负荷指标是58W /m2~81.4W /m2(包括小于58W /m2),另外的20.8%的实际容量负荷指标是81. 5W /m2~104. 7W /m2,也就是说实际开机的容量负荷指标均在105 W /m2以下,在饭店类建筑空调系统的设计中应该注意到这一点。另外,根据对北京地区和长沙地区饭店空调负荷变化的调查数据,饭店类建筑空调系统全年98%以上的时间是在设计负荷的80%以下运行,而80%以上的时间在设计负荷的50%~55%以下运行。掌握这些空调负荷的分布特点也对空调系统的设计以及设备选型等具有重要的意义。1.2 新风负荷饭店空调系统的新风负荷在总负荷中所占的比例较大,因此新风量如何取值是空调设计中的重要问题。但是,关于饭店建筑空调系统新风量的选取规定并不统一,在设计中要同时兼顾卫生要求和节能要求。2 饭店空调系统节能设计2.1 冷、热源系统节能当饭店空调系统的冷热负荷确定以后,就应该考虑空调系统的冷、热源形式以及设备选用的问题。就目前来看,大型公共建筑冷热源的主要问题有系统方式不合理、冷机选型过大和运行维护不当三个问题。空调冷源的形式多种多样,选择时应该充分考虑建筑物的空调面积、用途、冷热负荷的大小、当地气象条件、所在地区能源结构、价格以及环保规定等因素。根据《采暖通风与空气调节设计规范》和饭店类建筑空调的特点,可以按照以下原则选择:1)冷源适宜在电动压缩式和吸收式制冷机组之间进行选择;2)在有城市区域供热或者工厂余热的地区,可以采用蒸汽溴化锂吸收式冷水机组,这样有利于提高热网的利用率、平衡热网负荷;3)在有城市天然气,执行分季气价、价差较大的地区,可以采用燃气型吸收式冷水机组; 4)有稳定的天然水源可供利用的地区可以采用水源热泵机组; 5)西北等气候干燥的地区应该优先考虑采用蒸发冷却技术; 6)干旱缺水地区的中、小型建筑可以采用风冷式冷水机组; 7)在执行分时电价、峰谷电差价较大的地区,可以采用低谷电蓄冷,这样能够产生比较好的经济效益; 8)在大多数情况下,可以采用电动压缩式冷水机组。2.2 空调风系统节能空调风系统节能的一个重要的措施就是排风冷、热回收,其实质就是对新风进行预冷和预热处理。在《采暖通风与空气调节设计规范》中规定,空调系统宜设置热回收装置。如果在空调系统中设置全热交换器,可节约60%~80%新风能耗,也相当于减少了10%~20%的空调负荷。进行排风热回收的必要条件是把新风和排风集合到一起,这就要求在设计时对系统划分、风道布置以及送回风机和热回收装置等设备的布置进行综合考虑。全热回收装置是靠新风与排风之间的温差和蒸汽的分压力差来达到热湿交换的,为了使换热设备能够高效运行,进入热回收装置的新风和排风应该首先经过空气过滤器,而且装置运行的环境温度应该保持在-5℃以上,否则可能结霜而不能正常工作。在北方寒冷地区,冬季不能直接运行热回收装置,应该先对冷空气进行预热到-5℃以上,并且应设置温度自控装置。应在新风与排风的管道与热回收装置相连接处设置旁通风道,以保证装置在非正常运行状态下空调系统也能正常运行,也保证了系统的安全可靠。2.3 空调水系统节能目前许多饭店的空调水系统突破了传统的设计模式,对一级泵系统进行变流量运行,运行效果良好。冷冻水大温差技术是饭店空调水系统节能的另一项有效途径。通常标准冷冻水的供回水温度是7/12℃,而大温差冷冻水供回水温度可以设置为7/17℃。在满足用户舒适性要求的条件下,冷冻水大温差技术能够减少冷冻水的流量,从而降低输送能耗和空调主机、冷冻水泵以及末端设备的运行能耗。饭店类建筑空调水系统的冷凝热的回收利用是节能的又一项有效措施。饭店类建筑中一般都需要提供24 h热水,所以应用冷凝热回收技术会收到良好的社会效益和经济效益。目前冷凝热回收主要有三种形式:1)由冷水机组生产厂提供的带有热回收器的冷水机组;2)对于现有的冷水机组,可以由专门从事热回收的公司提供配套的服务,加装热回收器以及相应的配套设备;3)在现有的空调水系统中加装高温水源热泵机组,把冷水机组的冷却水作为热源,由高温水源热泵机组提供65℃以上的热水。3 饭店空调自动控制系统空调系统能耗在建筑总能耗中所占比例很大,因此为了降低空调系统的能耗,空调系统成了智能建筑自控系统中的重要组成部分。据统计,在BA系统中采用了最优启停控制、最优运行设备台数控制、焓值控制、温度自适应控制以及供水系统压力控制等节能措施后,可以减少约20%的能耗,因此在空调系统中设置自控系统具有十分重要的意义。一般来说,在饭店空调系统中需要监测和控制的参数主要有:空气温湿度、风量、水量、压力或压差等,监测和控制的元件主要包括:温度传感器、湿度传感器、风量及水量传感器、压力或压差传感器、执行器(包括电动、气动执行器和电动阀等)以及各种控制器等。在实际工程中,应在进行具体分析后选择采用上述全部或部分参数的监测和控制。针对空调系统冷水机组及其相应的配套设备(如水泵、冷却塔等),自控系统的任务还有设备的运行台数控制,即对不同冷、热量需求采用不同的机组联合运行以达到设备的高效运行以及节能的目的。空调自控系统的另一个主要内容就是设备联动、故障报警和集中管理。设备联动的主要目的除了减轻工人的劳动强度以外还有就是保证设备的安全运行。另外,空调系统中有许多设备的控制都涉及到消防,这些设备与消防系统的联动也就需要通过自控系统进行控制。4 结语空调系统设计首先要解决的就是负荷问题,需要注意的问题是冷负荷估算的准确性和新风负荷的取值。本文讨论的节能问题基本上都是在空调系统运行状态(或能耗指标)的基础上,提高能源利用率也是节能的重要措施,可以减少投资。空调系统节能设计重要步骤还有系统设计,包括风系统和水系统的设计。对于风系统来说,排风热回收是一项有效的节能措施,而对于水系统来说,变流量系统节能效果明显,同样可以达到节能效果的措施还包括冷冻水大温差技术和冷凝热回收技术。作为空调系统设计工作者,在饭店类建筑空调系统的设计过程中应该尽量应用这些先进技术以尽可能的达到节能的效果。最后,采用自控系统也是空调系统节能的重要手段,研究表明,采用设计合理的自控系统可以节省20%以上的能耗,这也是目前自控系统能够得到广泛应用的主要原因之一。