空调系统节能分析—合理确定设计与运行参数

        室内外设计计算参数是空调系统设计最基本的依据之一。法定设计计算参数分室内计算参数和室外计算参数，它以"规范"和"标准"的形式由政府职能部门通过行政手段强制执行。这些设计计算参数包括气温、湿度、风速。这些参数的取值范围在我国的《采暖通风与空气调节设计规范》（以下简称设计规范）及有关的设计手册中都作了明确的规定。此外，还有其他针对于系统设计和运行的参数，如最小新风标准、送风（供回水）温度、送风（供回水）温差、气（水）流速度等。这些参数的大小直接影响着空调系统负荷的大小和设备的容量，影响着工程的造价、系统的效率和运行费用。因此合理确定设计及运行参数，对空调系统的节能具有根本的意义。         在设计规范中，室内计算参数的取值既不是实际值的最大值，也不是最小值，而是综合考虑了系统的保证率、技术经济性和国家能源经济政策的基础上制定的。计算参数标准定得过低，系统达不到所需的保证率;定得过高，则会出现"大马拉小车"的现象，不但投资增加，而且设备可能长期处于低效率状态运行。因此，在实际确定空调工程的设计和运行参数时，首先要严格执行有关设计规范和标准，并遵照可用、可行、经济的原则。从节能角度出发，不要片面地追求高标准，要在能够保证需要的前提下尽量降低参数标准。
1、热环境参数的确定与节能分析
        （1）干球温度对冷热负荷的影响
对于舒适性空调，人的舒适感有一个较宽的范围，这样在运行过程中，室内空气的参数标准就不必定得过高。一般地，室内设定温度变化1℃，可以节约能量5%左右。因而，夏季适当提高室内设定温度，冬季适当降低室内设定温度，可以获得良好的节能效果
根据传热基本公式Q=KA（t_w-t_n），室内外温差（t_w-t_n）越大，从围护结构传入的冷（热）负荷也越大。
        （2）夏季湿球温度（空气湿度）对系统冷负荷的影响
设室内外空气的焓值分别为h_w和h_n，新风量为q_v，则夏季新风负荷为 若要求的室内空调湿度越低，h_n越小，Q_w越大。即室内空气湿度越低，系统用于去湿的冷负荷越大。
        （3）风速对系统冷（热）负荷的影响
 空调环境下，风速带给人以冷感。因此，在许可的范围内，冬季供暖房间取较低风速，可使供暖设定温度降低;而夏季供冷房间取较高风速，可使空调设定温度提高，以此降低供热（冷）负荷，对空调节能有利。
设计规范指出，空气调节室内计算参数应符合下列规定∶
        1）工艺性空调室内温湿度基数及其允许波动范围，应根据工艺需要和卫生要求确定。活动区的风速∶冬季不宜大于0.3m/s，夏季宜采用0.2~0.5m/s;当室内温度高于30℃时，可大于0.5m/s。当工艺无特殊要求时，工业建筑夏季工作地点 WBGT指数应根据 GB/T 4200-2008《高温作业分级》的规定进行分级、评价。
        2）对舒适性空调，室内设计参数见下图。         标准中给出的数值是概括性的。对于具体的民用建筑而言，由于各空调房间的使用功能不同，室内计算参数会有差异。GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》给出了室内设计计算参数的建议值。
        舒适性空调的目的是为人们提供生活和工作的热舒适环境，采暖与空气调节室内热舒适性应按照 GB/T18049-2000《中等热环境 PMV和 PPD指数的测定及热舒适条件的规定》，采用预计的平均热感觉指数和预计不满意者的百分数（PPD）评价。其值宜为∶          随着热湿环境研究工作的不断深入，人们发现传统单一的以空气参数为控制目标的空调方式已经越来越不能适应发展的需要了。实际上，对于舒适性空调系统，其服务的对象是人，而不是空气，因而应该以人为作用主体。影响人体冷热感、舒适感的主要有∶空气温度、空气湿度、风速、平均辐射温度、着衣热阻和人体代谢量六大因素。它们共同作用于人体，对人体的作用程度可以用热环境评价指标（如 SET*、PMV 等）来描述。对于空气调节须综合考虑此影响因素，使舒适值达到人体要求。因此，为达到相同的热舒适值，就同时存在多种因素的组合;针对建筑的不同功能，综合调控多种热舒适影响因素，比单一以温湿度为调控目标的空调具有更大的节能空间。
 

2、新风量确定与节能分析
空调工程中为处理新风所需能耗大致要占到总能耗的25%~30%，对于高级宾馆和办公室建筑可能高达40%。所以，研究如何降低新风能耗具有重要实际意义。
       （1）新风量对冷热负荷的影响 室内夏季新风负荷的计算见式②，冬季新风负荷的计算式为 式中t_w、t_n——室内外设计计算温度。
从式①、式②可知，控制新风量，可以有效地降低新风负荷。因此，为了节能，在人员密度相对较大且变化较大的房间，宜采用新风需求控制。
       （2）合理确定新风量
合理确定新风量包括两个方面∶新风量的确定方法和新风量确定标准。当然，后者以前者为基础。
根据设计规范规定，一般空调系统的新风量，应满足∶①不小于建筑室内人员所需新风量要求;②补偿排风和保持室内的正压要求两项中的较大值。
 
        室内人员所需最小新风量∶公共建筑，按国家现行有关标准确定;工业建筑应保证每人不小于30m²/h 的新风量，同时兼顾考虑人员的活动和工作性质以及在室内 新风停留的时间等因素。为了保证人们的身体健康，卫生标准一般是以稀释室内产生的CO2，使室内 CO2体积分数不超过1×10⁶为基准，由此确定常态下的每人新风量为30m²/h。         空调房间的正压要求为∶工艺性空调，按工艺要求确定;舒适性空调，空调区与室外压力差或空调区相互之间有压差要求时，其压差值宜取5~10Pa，但不应大于50Pa。
        特别情况，当舒适性空调和条件允许的工艺性空调作冷源时，全空气空调系统应最大限度地使用新风。对某些特殊空调，则要根据室内的生产工艺要求来确定新风量。比如说，某些生产或工作过程会散发出有害气体、细菌等污染物，这时为防止交叉污染，空调送风中不能含有回风，这时新风量等于总送风量，即采用如下图所示的全新风系统。         GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》从2005年7月 1日开始实施，该标准规定了公共建筑主要空间的设计新风量。
        关于新风量的确定，各国制定有不同的标准。在使用时，要注意各国对室内空气品质的研究进展，注意世界各国标准中提出的确定新风量的新方法和推荐值。


3、合理确定供、回水温度及送风温差
        1）当夏季室外气温不是太高时，房间的空调冷负荷减小，空调末端装置的负荷也减小，为此在满足室内舒适性要求的基础上，可以适当提高供水温度。这样将降低空调末端设备的除湿能力，使系统能耗降低。另外，提高供水温度，也就是可以提高冷水机组的蒸发温度，这样可提高制冷机的COP值，减少制冷机能耗。同时，如果降低冷却水的水温，也可以提高制冷机的 COP值，达到节能的效果。
        2）设计规范规定，空气调节冷热水参数，应通过技术经济比较后确定。宜采用以下数值∶
a. 空气调节冷水供水温度∶5~9℃，一般为7℃;供回水温差∶5~10℃，一般为5℃。
b.空气调节热水供水温度∶40～65℃，一般为60℃;供回水温差：4.2～15℃，一般为10℃。
        3）空调系统上送风方式的夏季送风温差，应根据送风口类型、安装高度、气流射程长度以及是否贴附等因素确定。在满足舒适和工艺要求的前提下，宜加大送风温差。但舒适性空调的送风温差，当送风口高度小于或等于5m时，不宜大于10℃;当送风口高度大于5m 时，不宜大于15℃。工艺性空调的送风温差宜按图示采用。