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辦公樓節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)建分析論文
0引言
能源危機(jī)一直是當(dāng)今世界各國(guó)所關(guān)注的話題，近幾年人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注節(jié)能減排，根據(jù)調(diào)查，建筑能耗在整個(gè)社會(huì)所產(chǎn)生的能耗中占據(jù)了相當(dāng)大的比重，例如，2007年我國(guó)的建筑能耗即已經(jīng)約占當(dāng)年社會(huì)總能耗的23%[1],并且其增長(zhǎng)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(dá)到40%,有的甚至高達(dá)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(shè)計(jì)理念具有相當(dāng)重要的意義。
1舒適性空調(diào)參數(shù)設(shè)定
空氣溫度、濕度和氣流速度是3個(gè)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(gè)因素發(fā)生變化都會(huì)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(biāo)[4]進(jìn)行計(jì)算，并分析溫度、相對(duì)濕度及空氣流速對(duì)空調(diào)能耗的影響，發(fā)現(xiàn)隨著設(shè)定溫度的提高能耗下降并呈線性關(guān)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(duì)濕度升高而減小，相對(duì)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(biāo)對(duì)空調(diào)的熱濕參數(shù)進(jìn)行了最優(yōu)化調(diào)整和組合，在保持室內(nèi)風(fēng)速v = 0. 1 m /s,平均敷設(shè)溫度tr = 26 ℃的情況下，PM V = 0時(shí)，隨著相對(duì)濕度的增加，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱增加新風(fēng)符合減少，房間總負(fù)荷減少�？諝鉁囟让孔兓�1 ℃，房間負(fù)荷平均變化4. 3%,而相對(duì)濕度每變化10%,房間負(fù)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(jìn)行了計(jì)算分析，探討了家居環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和空調(diào)參數(shù)的節(jié)能控制，得出結(jié)論，在居室內(nèi)的空調(diào)參數(shù)的設(shè)定在保證熱舒適的條件下，從節(jié)能的角度出發(fā)，應(yīng)充分考慮居住建筑及居室人的狀態(tài)特點(diǎn)，綜合考慮各種因素對(duì)人體舒適的影響作出設(shè)定。其中夏季居室空調(diào)指標(biāo)設(shè)定范圍可取為： 溫度26~ 29 ℃，空氣相對(duì)濕度為40% ~70%,氣流速度≤0. 3 m / s,適時(shí)調(diào)節(jié)參數(shù)為： 人靜坐休息時(shí)，空調(diào)溫度可設(shè)定為28. 5~29 ℃，從事家務(wù)勞動(dòng)時(shí)，空調(diào)溫度可設(shè)定為25. 5~27 ℃。[7]
綜上所述，結(jié)合當(dāng)下節(jié)能減排的總體思路，空調(diào)的參數(shù)設(shè)定應(yīng)當(dāng)充分考慮建筑物的用途，設(shè)定參數(shù)設(shè)定的大致范圍，再根據(jù)人的行為進(jìn)行一定程度的調(diào)節(jié)，若直接使用定參數(shù)控制，則勢(shì)必會(huì)造成能源的浪費(fèi)。
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(gè)因素變化都會(huì)影響到室內(nèi)熱舒適性，研究發(fā)現(xiàn)，露點(diǎn)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(duì)濕度從50%降低到35%時(shí)，采 用 低 溫 送 風(fēng) 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(duì)空氣的接受能力會(huì)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(rèn)為，減少新風(fēng)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(dá)到節(jié)能的目的[8].2011年，于秋生對(duì)制冷循環(huán)進(jìn)行了熱力計(jì)算，分析了冷媒溫度對(duì)制冷劑能耗及COP值之間的影響，結(jié)果表明供回水在整個(gè)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(shí)，COP就會(huì)越低，而且低溫供水對(duì)冷源處是不利的，制冷劑供水溫度每升高1 ℃壓縮機(jī)的功率下降3. 3%,同時(shí)，冷水機(jī)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(dá)到節(jié)能的目的，應(yīng)當(dāng)慎重選擇冷熱媒的溫度及供回水溫度，以達(dá)到低能耗高收益的目的。
3冷源的改進(jìn)
影響空調(diào)節(jié)能的關(guān)鍵因素之一是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)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(duì)節(jié)能和合理利用能源來說起著至關(guān)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(jī)組加鍋爐和熱泵型機(jī)組[12].在實(shí)際生產(chǎn)中，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同房間的送風(fēng)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(dāng)房間要求送風(fēng)溫度高于7 ℃時(shí)，可以采用直接膨脹式空調(diào)系統(tǒng)畸形低溫送風(fēng)，這種系統(tǒng)設(shè)備投資低，維護(hù)費(fèi)用少； 而當(dāng)送風(fēng)溫度低于7 ℃時(shí)，盤管內(nèi)的低溫水溫度就需要1~4 ℃。通過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)冰蓄冷技術(shù)可以滿足這一要求，不僅如此，當(dāng)冰蓄冷系統(tǒng)與低溫送風(fēng)相結(jié)合時(shí)，可以將整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)在用電高峰時(shí)期的用電需求移至用電低谷時(shí)段，同時(shí)減少制冷機(jī)組水泵和冷卻塔的容量，甚至可以省去冷卻塔和部分機(jī)組設(shè)備，減少裝機(jī)容量。有了冰蓄冷技術(shù)的融入，可以起到削峰填谷的作用，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。根據(jù)研究，與冰蓄冷結(jié)合的低溫送風(fēng)系統(tǒng)較常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用可降低18%~28%.
4空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制
我國(guó)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(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。這樣保持統(tǒng)一功率或粗獷式的控制勢(shì)必導(dǎo)致能源的流失，達(dá)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(shè)計(jì)為智能型建筑（Intelligent Building,IB）[13],人們希望通過智能化控制，分時(shí)分地段的進(jìn)行供冷供熱。這種新型的自動(dòng)化控制方式日益成為研究者和建筑從業(yè)人員的關(guān)注焦點(diǎn)。
4. 1基于OPC系統(tǒng)的室內(nèi)環(huán)境控制
OPC[14]技術(shù)以微軟公司的COM /DCOM（ 組件對(duì)象模型/分布式組件對(duì)象模型） 技術(shù)為基礎(chǔ)，為控制軟件定義了一套標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象、接口和屬性。通過這些對(duì)象接口，應(yīng)用軟件之間能夠無縫地集成在一起，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序之間數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)化，從而極大地提高自動(dòng)化系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(duì)室內(nèi)的溫度、濕度和CO2濃度做出調(diào)節(jié)。由于人對(duì)于濕度和CO2濃度并不敏感，所以O(shè)PC系統(tǒng)中CO2濃度和濕度的目標(biāo)值由管理員設(shè)定。用戶自行設(shè)定的是溫度的目標(biāo)參數(shù)。通過該系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)的智能化控制，對(duì)室內(nèi)溫度參數(shù)的動(dòng)態(tài)化處理，實(shí)時(shí)的控制空調(diào)系統(tǒng)（ 其中最主要是對(duì)空調(diào)系統(tǒng)末端裝置） 的運(yùn)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(jī)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(shù)對(duì)于風(fēng)機(jī)盤管的控制
EIB最大的特點(diǎn)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(guān)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(shè)，方便擴(kuò)容與改裝。每條支線利用線路耦合器可以連接為一個(gè)區(qū)域，而每巧個(gè)區(qū)域利用總線禍合器可以連接成一個(gè)大的系統(tǒng)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，一條總線的最大長(zhǎng)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(shí)尚的建筑風(fēng)格，較多地采用開敞式空間與隔斷、房間相結(jié)合的方式，若不進(jìn)行細(xì)致地管控，空調(diào)系統(tǒng)的能耗將大大加大。EIB系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)盤管控制的原理為： 對(duì)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(dú)立辦公室、會(huì)議室等）。[18]吳琴霞等人的研究通過利用EIB系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空調(diào)風(fēng)機(jī)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(gè)好的硬件及軟件基礎(chǔ)，在實(shí)際的施工過程中，雖然前期投資將相對(duì)加大，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，使用EIB系統(tǒng)則是最節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的選擇。EIB系統(tǒng)的運(yùn)用，有效地降低了能耗和運(yùn)行費(fèi)用，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)和測(cè)算，節(jié)能比例將達(dá)到31%左右，而且其前期投資回報(bào)期只有3年左右，具有很大的利用價(jià)值和市場(chǎng)潛能。
5結(jié)論
目前，空調(diào)系統(tǒng)基本上已經(jīng)是建筑物中必備的設(shè)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(yīng)當(dāng)對(duì)系統(tǒng)的每一個(gè)部分都進(jìn)行思考和改進(jìn)，冷熱源、熱媒、設(shè)定參數(shù)，尤其是末端裝置的智能化控制。從設(shè)備的角度改進(jìn)，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?duì)于該系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，畢竟空調(diào)系統(tǒng)由人設(shè)置，也是服務(wù)于人的，所以行業(yè)從業(yè)者和研究人員應(yīng)當(dāng)更加關(guān)注暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化方面的研究。
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