辦公樓節能空調系統的構建分析論文
辦公樓節能空調系統的構建分析論文
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能減排，根據調查，建築能耗在整個社會所產生的能耗中佔據了相當大的比重，例如，2007年我國的建築能耗即已經約佔當年社會總能耗的23%[1],並且其增長速率有增無減。而在建築能耗中，空調系統所產生的能耗佔據了很大一部分，平均能夠達到40%,有的甚至高達70%[2].在各種型別的建築所產生的能耗中，辦公建築所佔的比重很大[3].在綠色建築成為開發商、研究者研究熱門的今天，研究如何保證空調系統節能，最佳化空調系統組成，改變空調系統的設計理念具有相當重要的意義。
1舒適性空調引數設定
空氣溫度、溼度和氣流速度是3個影響室內熱舒適性的主要方面，三者相互作用、影響，每一個因素髮生變化都會影響人員在室內的舒適感覺。2013年，蘭芳、萬建武等人以廣州某辦公建築為例，採用PMV - PPD指標[4]進行計算，並分析溫度、相對溼度及空氣流速對空調能耗的影響，發現隨著設定溫度的提高能耗下降並呈線性關係，溫度平均每升高1 ℃，空調能耗減少5. 3%,能耗隨著室內的相對溼度升高而減小，相對溼度每上升10%,空調能耗減少5. 8%,建築能耗減少2. 1%.在夏季製冷條件下，室內溫度每升高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，文傑透過依據PM V指標對空調的熱溼引數進行了最最佳化調整和組合，在保持室內風速v = 0. 1 m /s,平均敷設溫度tr = 26 ℃的情況下，PM V = 0時，隨著相對溼度的增加，圍護結構傳熱增加新風符合減少，房間總負荷減少。空氣溫度每變化1 ℃，房間負荷平均變化4. 3%,而相對溼度每變化10%,房間負荷約平均變化2. 1%[6].李莉分析影響居室環境熱舒適的主要因素，基於PMV - PPD模型進行了計算分析，探討了家居環境標準和空調引數的節能控制，得出結論，在居室內的空調引數的設定在保證熱舒適的條件下，從節能的角度出發，應充分考慮居住建築及居室人的狀態特點，綜合考慮各種因素對人體舒適的影響作出設定。其中夏季居室空調指標設定範圍可取為： 溫度26~ 29 ℃，空氣相對溼度為40% ~70%,氣流速度≤0. 3 m / s,適時調節引數為： 人靜坐休息時，空調溫度可設定為28. 5~29 ℃，從事家務勞動時，空調溫度可設定為25. 5~27 ℃。[7]
綜上所述，結合當下節能減排的總體思路，空調的引數設定應當充分考慮建築物的用途，設定引數設定的大致範圍，再根據人的行為進行一定程度的調節，若直接使用定引數控制，則勢必會造成能源的浪費。
2冷熱媒溫度的確定
室內熱舒適性受到室內空氣溫度、溼度和氣流組織的影響，任何一個因素變化都會影響到室內熱舒適性，研究發現，露點溫度變化5. 8 ℃與乾球溫度變化0. 5 ℃具有相同的熱舒適性[5].相對溼度從50%降低到35%時，採 用 低 溫 送 風 可 將 房 間 的 幹 球 溫 度 從23. 9 ℃提 高 到24. 4 ℃，而 保 持 等 效 的 舒 適 性[8].Fanger的研究發現溫度和溼度對空氣的接受能力會產生極大的影響，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，一樣可以產生令人滿意的熱舒適性，透過這種方法達到節能的目的[8].2011年，於秋生對製冷迴圈進行了熱力計算，分析了冷媒溫度對製冷劑能耗及COP值之間的影響，結果表明供回水在整個系統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，供水溫度越低製冷劑的能耗就越大，同時，COP就會越低，而且低溫供水對冷源處是不利的，製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，在保證室內熱（ 冷） 舒適性的'條件下，為了達到節能的目的，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
影響空調節能的關鍵因素之一是在系統設計時對裝置進行合理的選型，所以合理配置中央空調系統中的冷熱源對節能和合理利用能源來說起著至關重要的作用。中央空調系統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].在實際生產中，我們應當根據不同房間的送風要求，使用不同溫度的低溫冷媒和空調系統給建築物供冷。例如，當房間要求送風溫度高於7 ℃時，可以採用直接膨脹式空調系統畸形低溫送風，這種系統裝置投資低，維護費用少； 而當送風溫度低於7 ℃時，盤管內的低溫水溫度就需要1~4 ℃。透過對比，發現冰蓄冷技術可以滿足這一要求，不僅如此，當冰蓄冷系統與低溫送風相結合時，可以將整個空調系統在用電高峰時期的用電需求移至用電低谷時段，同時減少製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裝置，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，節省執行費用。根據研究，與冰蓄冷結合的低溫送風系統較常規的空調系統年執行費用可降低18%~28%.
4空調系統的節能控制
我國幅員遼闊，很多地區夏季炎熱，較多的住宅和辦公樓採取中央空調集中供冷系統，並且保持空調機組長時間執行。這樣保持統一功率或粗獷式的控制勢必導致能源的流失，達不到節能降耗的目的。所以近幾年，越來越多的寫字樓和綜合性建築被設計為智慧型建築（Intelligent Building,IB）[13],人們希望透過智慧化控制，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築從業人員的關注焦點。
4. 1基於OPC系統的室內環境控制
OPC[14]技術以微軟公司的COM /DCOM（ 元件物件模型/分散式元件物件模型） 技術為基礎，為控制軟體定義了一套標準的物件、介面和屬性。透過這些物件介面，應用軟體之間能夠無縫地整合在一起，實現應用程式之間資料交換的標準化，從而極大地提高自動化系統、現場裝置和商業辦公系統的互操作性。在控制空調系統方面，OPC系統可以用自控手段對室內的溫度、溼度和CO2濃度做出調節。由於人對於溼度和CO2濃度並不敏感，所以OPC系統中CO2濃度和溼度的目標值由管理員設定。使用者自行設定的是溫度的目標引數。透過該系統，可以實現對建築物內的空調系統的智慧化控制，對室內溫度引數的動態化處理，實時的控制空調系統（ 其中最主要是對空調系統末端裝置） 的執行狀態，使得空調系統更加節能[15].不僅如此，OPC系統良好的人機互動功能可以使用訂閱的方式來讀取資料，得到溫度、溼度等[16].
4. 2 EIB技術對於風機盤管的控制
EIB最大的特點是透過單一多芯電纜替代了傳統分離的控制電纜和電力電纜，並確保各開關可以互傳控制指令，因此匯流排電纜可以以線型、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線為一個區域，而每巧個區域利用匯流排禍合器可以連線成一個大的系統。根據標準，一條匯流排的最大長度為1[17]EIB系統非常適用於一二線城市中的辦公用寫字樓或新建的CBD,這些建築採用時尚的建築風格，較多地採用開敞式空間與隔斷、房間相結合的方式，若不進行細緻地管控，空調系統的能耗將大大加大。EIB系統對風機盤管控制的原理為： 對空調末端供冷（ 熱） 區域採用2種控制方式，即集中控制（ 開敞辦公區） 和集中加就地控制（ 隔斷、獨立辦公室、會議室等）。[18]吳琴霞等人的研究透過利用EIB系統實現空調風機盤管系統的最最佳化節能控制為整棟建築的節能打下了一個好的硬體及軟體基礎，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系統則是最節能、環保和經濟的選擇。EIB系統的運用，有效地降低了能耗和執行費用，根據實際資料和測算，節能比例將達到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，空調系統基本上已經是建築物中必備的設施，在建築節能中，由於暖通空調系統的節能佔據主要部分，我們應當對系統的每一個部分都進行思考和改進，冷熱源、熱媒、設定引數，尤其是末端裝置的智慧化控制。從裝置的角度改進，提升系統的整體效能，而從末端裝置的智慧化控制，可以改變人們對於該系統的認識，畢竟空調系統由人設定，也是服務於人的，所以行業從業者和研究人員應當更加關注暖通空調系統的自動化方面的研究。
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