174 深圳市空调系统现状及节能设计初探

1、深圳市空调系统现状及节能设计初探周俊杰1 1深圳市建筑科学研究院【摘要】目前各种空调节能技术如温湿度独立控制、蒸发冷却技术日趋成熟，但实际大量新建建筑往往受投资或应用环境等条件的限制，仍普遍采用传统的中央空调系统，本文结合深圳市大型公共建筑及国家机关办公建筑中央空调系统现状，列举了一些传统中央空调系统在设计时易无视而导致实际运行费能的问题，提出传统中央空调系统在设计阶段可以进行优化的地方和建议采取的技术措施，从设计角度出发实现降低中央空调系统实际运行能耗的目的。【关键词】空调系统；节能设计；输送系数。 通过2021年深圳市大型公共建筑及国家机关建筑的空调系统现状调研发现，大型公共建筑中央空调系

2、统的分项电耗比例见图1.1。可以看出，大型公共建筑传统空调系统各项设备电耗比例中，主机电耗最高，占空调总电耗57.5%；冷冻水泵电耗其次，占16.9%；空调末端电耗第三，占11.5%；冷却水泵电耗第四，占空调电耗的9.5%，冷却塔电耗最小，占4.5%。图1.1 大型公建空调分项电耗比例大型公建中央空调系统能耗是建筑能耗的主要局部。在建筑物使用过程中，导致空调系统能耗偏高的原因，往往是由于中央空调系统设计不满足实际建筑物需求引起的。以下为笔者结合深圳地区大型公共建筑及国家机关办公建筑空调系统现状及具体案例，对传统中央空调系统如何实现节能设计进行的初步思考。 1 空调设备选型与建筑物需求不匹配1.

3、1 制冷主机设计选型偏大通过对深圳市300多栋大型公共建筑及国家机关办公建筑中央空调系统现状的调研发现：1） 深圳市大型公共建筑及国家机关办公建筑的空调主机安装容量普遍过大，大局部建筑在夏季空调峰值时，制冷主机的同时开启率很低，峰值负荷时平均开启率为60.5%；多数建筑都存在峰值负荷时有假设干台制冷主机不用开启的情况。2） 制冷主机的单位建筑面积安装容量指标随着建筑规模的增大逐渐降低，大于10万平米建筑的制冷主机安装容量平均值约2。3） 对不同类型建筑进行比照发现，国家机关办公建筑与宾馆饭店类建筑的制冷机组在峰值时开启率最低，分别为27%和21.5%。图为深圳市不同规模建筑的制冷主机峰值开启率

4、及平时一般工况下的开启率比照；图为深圳市不同规模建筑的制冷主机设计安装容量与一般运行容量、峰值运行容量的单位建筑面积指标的平均值。 图1.2 深圳市不同规模建筑制冷主机使用率 图1.3 不同规模建筑制冷主机容量指标1.2 主机搭配与全年运行工况不匹配在确定冷源系统的制冷机台数和每台机组的容量时往往很少考虑建筑物实际全年冷负荷需求，建筑物各区域不同时段的冷负荷变化情况，仅从考虑一次投资出发，不能使制冷机的安装容量及大小机组搭配尽可能地满足全年不同工况下的节能运行。案例，某医院门诊楼、住院楼、综合楼共用中央空调系统，冷冻水分假设干支路供各栋楼的空调区域。设计冷源采用采用3台离心式冷水机组，单台离心

5、式机组制冷量为800RT，总装机容量为2400RT。实际运行时特别是夜间及冬季由于医院经常需要在过渡季节开启中央空调满足手术部等洁净空调系统使用，开启单台离心式制冷机组时经常出现负载率过小，主机出现喘振现象；平时运行时集中供冷温度高，手术室内湿度无法控制。传统空调冷源系统的节能设计，不仅要考虑设备额定工况运行下的特性，还要考虑冷源系统在局部负荷下的综合能效比。目前仅有HDY等少数冷负荷计算软件及DEST、DOE等模拟软件可实现全年冷负荷计算，在当建筑设计确定之后，应用DEST等模拟软件可进行模拟建筑物在各种空调方案分区，系统类型，运行方式下的运行情况，设计者可以通过模拟结果对不同的空调系统方案

6、进行比拟取舍。图1.4为用DEST计算结果形成的某建筑的全年负荷分布图。图1.4 某建筑模拟全年负荷分布图1.3 输配系统效率低通过调研发现， 60%左右的空调冷水系统额定工况下的输送系数值偏低。图1.5为深圳市大型公共建筑及国家机关建筑的空调冷水系统输送系数比例分布。图1.5 输配系统输送系数分布比例案例.某五星级酒店采用二次泵系统，设计冷冻水系统，但实际安装的冷冻水系统额定工况标准限值要求。2 系统设计不合理2.1 系统划分不符合实际使用需求传统空调系统的合理划分影响到实际节能运行，一般设计按使用性质、系统承压分区做得较好，但是系统划分时容易忽略建筑物不同功能区的使用模式不同，无法实现多种

7、使用模式组合运行搭配。例如，现有高层建筑空调系统分区多采用高、低区合用冷源或高、低区系统独立冷源形式。当采用高、低区系统独立冷源方式时，大多高、低区冷源系统设计为完全独立，而无视在多套冷源之间实现多种运行模式的切换措施。案例，某国际会议中心为高层建筑，地上25层，建筑高度99米，中央空调系统分高区和低区，高区冷源采用两台500USRT的离心式制冷机组，低区冷源为两台400USRT的冷水机组，总装机容量1800USRT。原高、低区冷源完全独立，空调顶峰及过渡季节高、低区均需各开启1台主机，过渡季机组负载率不高。通过增加板式换热器，将高、低区水系统合并，低区冷冻水通过板式换热器与高区冷冻水换热获得

8、冷量，满足低区制冷需求。改造后，过渡季节以及低负荷期间，只需开启高区的1台主机和高区冷却塔。挡风板 多冷源实现多模式切换系统示意图 冷却塔周围环境空调系统划分时，有必要根据不同功能区域采用多种空调系统形式搭配组合。在高、低区冷源系统中，当系统压力接近时，可在两套冷源系统冷冻水侧设计切换阀；在高、低区冷源系统的压力相差较大时，设计板式换热器，高、低区水系统合并，实现多种主机容量搭配运行模式。2.2 散热不良影响冷却塔效率冷却塔效率是评判冷却塔运行是否节能的一个重要指标。设计时如果忽略了冷却塔安装位置的通风环境，会导致冷却塔周围环境的温度偏高，冷却塔效率下降，制冷机组效率降低；另外，为了降低主机冷

9、却水进口温度，增加开启冷却塔、冷却水泵台数，从而增加了水泵、塔的能耗。案例，某商务大厦冷却塔为横流式，由于安装空间限制，其进风口与相邻外墙只有1米之隔，进风口与墙间距过小，形成了气流短路，严重影响了冷却塔的散热效果。另外，冷却塔周围设有挡风幕墙，进风量和进风均匀性均得不到保证。通过在冷却塔与外墙间加设挡风板见阻断气流短路，另外通过撤除局部挡风幕墙，使得新鲜空气充分进入冷却塔，取得了明显的改善效果。设计时应该注意保证水塔周围有充足通风空间，以确保水塔有足够的新风量，杜绝进、排风短路的现象，防止以下布置方式： 1冷却塔进风口靠近墙壁或建筑结构，会导致出风气流受到阻挡折返回进风口。2安装地点在其他通

10、风机进风口附近形成高速向下风流。3安装地点在建筑物的热源或厨房排风口，例如设备附近存有锅炉烟囱，以至于设备进风口的湿球温度上升或油污导致效率下降。2.3 水流量不平衡影响冷却塔效率调研中发现，深圳市各栋建筑的冷却水系统设计一般采用并联形式，多为异程系统。图2.3 冷却水系统异程、同程布置案例，某政府办公楼，屋顶设置4台冷却塔，冷却塔的流量分配不均匀，使得冷却塔效率不一。其中2#塔水喷洒的速度明显大于其余几台塔，经过测试发现 4台冷却塔之间确实存在水力不平衡的现象， 2#冷却塔处理的水量偏大，导致2#塔的效率相对其他3台塔偏低。设计选用横流塔时应注意并联冷却塔台数不宜过多，冷却水系统设计时应注意

11、冷却水管路布置及水路平衡布置，尽量采用同程布置。2.4 通风环境不佳影响风冷冷水机组效率风冷式冷水机组运行要求有良好的通风环境，为某空调厂家的风冷冷水机组在供水温度7，当室外空气温度不同时的机组COP值变化情况，可以看出室外空气温度每升高1，风冷主机的效率就下降约3%。隔热板风机 图2.4 不同室外空气温度下COP变化 图2.5 风冷机组排风隔热板及风机案例，某酒店建筑的4台风冷机组均放置在2层的停车场内，虽然停车场层高较高且直通室外，但实际通风散热效果不佳，热空气集聚在车库上空，机组换热效率低。通过在机组上面设置一层隔热板，隔绝热空气与入口空气，增加两台大风量排风机将热空气直接排到室外，见。改造虽然有效降低了环境空气温度，提高了机组运行效率