海洋溫濕氣候條件下的中央空調(diào)運行管理與節(jié)能技術(shù)

 本文以浙江舟山群島為例，介紹了舟山群島基本的溫濕氣候特征。通過調(diào)查資料的分析，闡述了該地區(qū)中央空調(diào)運行的基本狀況，指出了該地區(qū)中央空調(diào)設計、運行及管理中存在的問題。根據(jù)海洋溫濕氣候特征，提出了從恰當設定室內(nèi)外設計氣象參數(shù)、精準化計算空調(diào)負荷、合理選擇機組設備、采用適宜建筑圍護結(jié)構(gòu)材料等四個方面來對中央空調(diào)系統(tǒng)設計過程進行優(yōu)化。并提出了合理的系統(tǒng)運行模式與一系列加強管理水平的措施，最后，根據(jù)該地區(qū)資源條件和氣候特征，定性地指出了一些適宜的節(jié)能技術(shù)方法。

　　隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們對所處室內(nèi)環(huán)境的熱濕狀況、空氣質(zhì)量等的要求也愈來愈高。據(jù)統(tǒng)計，目前我國沿海較發(fā)達城市建筑中央空調(diào)的普及率接近80%。另一方面，中央空調(diào)的大規(guī)模使用使得對電力的需求不斷增加，同時能源消耗也不斷增長。據(jù)統(tǒng)計，整個建筑能耗的50%近乎來源于中央空調(diào)的能耗，對于一些大型建筑，如商場、綜合大樓等，中央空調(diào)能耗所占建筑總能耗的比例更高。因此在創(chuàng)造舒適的室內(nèi)中央空調(diào)空間的同時，如何最大限度地降低中央空調(diào)能耗，節(jié)約電力能源消耗是一個迫切的問題。

　　我國幅員遼闊，各地區(qū)的氣候狀況差異較大，不同地區(qū)中央空調(diào)的設計參數(shù)、運行管理方式、系統(tǒng)選擇等都可能有所不同。浙江舟山群島新區(qū)地處我國東南沿海，長江口南側(cè)，杭州灣外緣的東海洋面上，屬海洋溫濕氣候特征。以往的中央空調(diào)系統(tǒng)設計參數(shù)通常取自上�；蚝贾莸氖覂�(nèi)外參數(shù)，由于設計參數(shù)失真，中央空調(diào)系統(tǒng)運行過程中的能量消耗過大，設計系統(tǒng)與實際需求脫節(jié)，系統(tǒng)設計不盡合理。因此，有必要根據(jù)舟山當?shù)氐淖匀粴夂驙顩r，對中央空調(diào)系統(tǒng)的設計、運行及相關節(jié)能技術(shù)進行研究，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的節(jié)能運行。

　　1 舟山群島地區(qū)海洋溫濕氣候特征

　　浙江東部的舟山群島地區(qū)屬北亞熱帶南緣季風海洋性氣候。整個群島季風顯著，冬暖夏涼，溫和濕潤。年平均氣溫16℃左右，最熱8月，平均氣溫25.8℃-28.0℃；最冷1月，平均氣溫5.2℃-5.9℃。常年降水量927 mm-1620 mm。大風大霧頻繁。

　　2 舟山群島地區(qū)中央空調(diào)運行的基本狀況

　　根據(jù)對舟山群島地區(qū)17家大型公共場所中央空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)研與檢測，目前的中央空調(diào)系統(tǒng)運行主要存在以下一些問題。

　　1）中央空調(diào)效果不理想，室內(nèi)溫度不能保證在設計溫度值。由于設計不合理，一些中央空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)夏季室內(nèi)溫度及相對濕度偏高，冬季室內(nèi)溫度偏低的現(xiàn)象。另外，由于舟山群島地區(qū)的溫濕氣候特征，過渡季節(jié)的時間較長，在過渡季節(jié)，大多數(shù)的中央空調(diào)系統(tǒng)無法實現(xiàn)與氣候變化的自適應，導致中央空調(diào)系統(tǒng)依舊按照極端（極熱或極冷）條件下運行，造成巨大的能源浪費。

　　2）中央空調(diào)系統(tǒng)設備達不到最佳運行狀態(tài)。由于建筑室內(nèi)冷（熱）負荷計算粗略、設備選擇不適當?shù)榷喾N因素，使得中央空調(diào)系統(tǒng)在實際運行過程中無法達到最佳設計運行要求。新風供給不足，室內(nèi)送風溫度和出口風速都不合適，造成室內(nèi)人員舒適感不強。

　　3）中央空調(diào)系統(tǒng)運行管理水平低。中央空調(diào)的電費或燃料費及日常維護保養(yǎng)費開支大，負荷估算過高，導致設備容量偏大，實際過程中不能滿負荷運行，造成資產(chǎn)的閑置與浪費。

　　4）中央空調(diào)通風系統(tǒng)污染嚴重。通風系統(tǒng)清洗成本較高，當?shù)啬苓M行此類清洗作業(yè)的企業(yè)很少，導致幾乎很少有單位對自身的建筑中央空調(diào)系統(tǒng)進行清洗。2012年，舟山市疾控中心組織專業(yè)人員對市內(nèi)17家大型公共場所中央空調(diào)通風系統(tǒng)污染狀況進行了檢測，檢測結(jié)果顯示僅六成公共場所中央空調(diào)合格。

　　3 舟山群島地區(qū)中央空調(diào)系統(tǒng)設計優(yōu)化、運行管理與節(jié)能技術(shù)

　　前面所提及的中央空調(diào)系統(tǒng)在運行過程中的問題，必須通過各種技術(shù)手段加以解決，從而達到節(jié)能的目的。

　　3.1 設計優(yōu)化

　　1）合理選擇室內(nèi)外設計氣象參數(shù)。設計參數(shù)選擇是否合理，負荷計算正確與否，關系到中央空調(diào)系統(tǒng)的使用效果、運行經(jīng)濟性以及總的成本費用，成功的中央空調(diào)系統(tǒng)離不開合理的設計參數(shù)。據(jù)粗步測算，舟山地區(qū)夏季平均室外氣溫比上海、杭州等地同一時刻的氣溫要低2℃-3℃，個別情況下達到4℃-5℃。因此針對舟山地區(qū)的中央空調(diào)系統(tǒng)設計，不能再如以往直接取周邊城市（上海、杭州、寧波等）的空氣室外參數(shù)作為室外設計參數(shù)。而應當整理出舟山當?shù)亻L年（持續(xù)30年以上）的室外氣象測量數(shù)據(jù)，以其為參考來確定舟山地區(qū)的空氣室外設計參數(shù)。

　　2）精準化負荷計算。中央空調(diào)負荷計算包括中央空調(diào)系統(tǒng)的冷負荷、熱負荷、濕負荷計算。精確的負荷計算不僅關系到中央空調(diào)系統(tǒng)的制造費用，也會影響其運行成本及能源耗費。目前對于中央空調(diào)負荷的較精準計算方法，基本上都是針對某個計算房間，依次計算該房間圍護結(jié)構(gòu)（墻壁和門窗）負荷、電力電子設備負荷、人員負荷等，房間總負荷為上述負荷之和。在對中央空調(diào)系統(tǒng)設備容量進行選型時的依據(jù)的是整個建筑的冷負荷。但是，由于各房間朝向、位置、功能及其內(nèi)部熱源等情況的不同，實際上對于不同房間來說，最大冷負荷出現(xiàn)的時間并不相同，因此建筑冷負荷的最大值不是每個房間負荷最大值之和，應為每個房間逐時負荷疊加的最大值。由于舟山地區(qū)的氣候條件與其他城市有較大差異，同時，建筑的朝向、建筑材料等不同，所以，針對舟山當?shù)氐闹醒肟照{(diào)系統(tǒng)設計，不能照搬設計手冊中推薦的指標值，而應當通過相關的工程實例分析、計算后加以確定單位面積的負荷指標值。

　　3）優(yōu)化設備選型。應根據(jù)設計對象的客觀情況，即：建筑面積、建筑構(gòu)造、建筑功能、中央空調(diào)的使用對象及功能、使用用途、運行時間等，選擇恰當、合理的中央空調(diào)系統(tǒng)。變風量中央空調(diào)系統(tǒng)是通過改變風量來調(diào)節(jié)室溫的，因此可以大幅度減少送風風機的動力耗能。舟山地區(qū)的溫濕氣候特征更加適合采用此種系統(tǒng)。當全年中央空調(diào)負荷率為60%時，它可節(jié)約風機動力耗能約75%。溫濕氣候特征下的過渡季可大量采用新風作為天然冷源，相對于風機盤管系統(tǒng)，能大幅度減少制冷機的能耗。可以避免產(chǎn)生冷凝水造成的滴漏污染吊頂。變風量系統(tǒng)的最大風量不是系統(tǒng)內(nèi)各房間設計風量之和。因為中央空調(diào)系統(tǒng)提供的冷、熱量可以隨各房間負荷變化而在系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)整，所以應該根據(jù)系統(tǒng)的同時負荷率確定最大風量。 　　4）選擇合適的建筑圍護結(jié)構(gòu)。舟山是遠離大陸的島嶼，氣候變化劇烈并且長期處于氣候溫熱、空氣濕度高的條件下，墻體的熱濕遷移對建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能、建筑能耗和室內(nèi)環(huán)境有著十分重要的影響。因此，首先要選擇合適的建筑墻體材料，建筑墻體圍護結(jié)構(gòu)應具有良好的隔熱性能。例如對建筑西墻進行隔熱設計，減少室外熱量傳入；在屋頂增加遮陽設施，使通過墻體或屋頂?shù)臒崃繙p少。其次，外圍護結(jié)構(gòu)墻體的窗墻面積比也是必須考慮的一個問題。窗戶面積過大，可能會引進室外傳熱量過多造成室內(nèi)過熱的現(xiàn)象。但窗戶面積太小也會對室內(nèi)采光與通風造成影響。最后，不可忽視對窗戶自身的遮陽設計。合理有效的遮陽設計既能有效地阻止太陽光直接從室外射入室內(nèi)，造成室內(nèi)過熱，又不至于阻礙自然通風或降低采光效果。

　　3.2 運行管理

　　1）空調(diào)區(qū)域的劃分。全年絕大多數(shù)時間內(nèi)，室外空氣參數(shù)是處于冬、夏設計參數(shù)之間，在這種情況下，如果中央空調(diào)系統(tǒng)在運行過程中不作相應的調(diào)節(jié)，則不僅浪費了能量（設備供冷量和供熱量），而且還會使室內(nèi)空氣參數(shù)偏離設計要求。因此，在中央空調(diào)系統(tǒng)設計和運行時，必須根據(jù)室外氣象參數(shù)和室內(nèi)冷（熱）濕負荷的變化情況對中央空調(diào)系統(tǒng)進行全年運行工況的分析和調(diào)節(jié)。根據(jù)上述原則，應當著手將舟山地區(qū)的中央空調(diào)工況區(qū)域劃分得更細更合理。條件許可時，不同季節(jié)盡量采用不同的室內(nèi)設定參數(shù)以及充分利用室內(nèi)被調(diào)參數(shù)的允許波動范圍，以推遲用冷（或用熱）的時間；在冬、夏季，應充分利用室內(nèi)回風，保持最小新風量，以節(jié)省冷量或熱量的消耗。

　　2）機組設備的維護與保養(yǎng)。采用計算機控制系統(tǒng)對中央空調(diào)系統(tǒng)進行集中管理和最佳控制。通過計算機集成系統(tǒng)確定所需提供的冷熱量，以達到最佳節(jié)能運行效果。中央空調(diào)機組及相關的附屬處理設備必須及時、定期地進行適當?shù)那鍧嵟c保養(yǎng)，以便根據(jù)檢測情況及時采取相應的預防性或恢復性的修理措施�？照{(diào)系統(tǒng)和設備的檢測每年要做一次，空調(diào)冷凍水和冷卻水的水質(zhì)檢測在運行期間每個月做一次，對于過濾網(wǎng)、滴水盤、盤管視翅片間、風機葉輪等易滋生細菌等處，更要加強清洗，以保證空氣質(zhì)量。管接頭或閥門漏水要及時修理或更換，滴水盤、水管、風管保溫層損壞要及時修補或更換。

　　3） 管理人員的職責。要結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)的規(guī)模和特點以及定員定崗情況來確定各級管理人員的崗位職責。做到每樣設備都有人維護與保養(yǎng)，以保證機組的正常運行和設備的使用效率。同時，各級管理人員要加強空調(diào)制冷理論和實際操作經(jīng)驗的學習和提高，始終保持節(jié)能意識。

　　3.3 節(jié)能技術(shù)

　　目前舟山地區(qū)的大型建筑中央空調(diào)系統(tǒng)常見的冷熱源配置為：水冷冷水機組+鍋爐。為降低中央空調(diào)能耗，提高綜合節(jié)能效益，可采用以下一些中央空調(diào)先進技術(shù)。

　　1）熱回收技術(shù)是中央空調(diào)領域比較成熟和先進的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。將中央空調(diào)的余熱（冷凝熱）進行回收，生產(chǎn)50℃～60℃熱水，供生活或生產(chǎn)利用。中央空調(diào)的冷凝熱余熱被利用回收后，用于生產(chǎn)熱水，因此基本上是零能耗。此外，余熱被回收利用將使冷凝溫度降低，冷凝溫度下降促進中央空調(diào)機組效率提高5%-10%。綜合分析，熱回收技術(shù)不僅節(jié)省中央空調(diào)主機的耗電量，同時也延長了主機的使用壽命。

　　2）空氣源熱泵利用熱泵系統(tǒng)原理，通過蒸發(fā)或冷凝作用，將夏季室內(nèi)熱量引入溫度更高的室外，創(chuàng)造清涼的室內(nèi)環(huán)境；而冬季吸收室外空氣中的熱量用于向室內(nèi)供熱，使房間溫暖。中央空調(diào)的冷熱源都來自于室外空氣，整個系統(tǒng)工作中，不會產(chǎn)生任何污染物，系統(tǒng)簡單，技術(shù)經(jīng)濟性好。更為突出的優(yōu)點在于系統(tǒng)無冷卻水系統(tǒng)，可節(jié)省大量的水資源，這對缺乏淡水的舟山地區(qū)來說，非常具有吸引力。

　　3）蓄冷空調(diào)利用前提條件是電價的“峰谷價差”。在夜間用電低谷期，通過傳統(tǒng)電動制冷機進行制冷，并將制得的冷量利用水蓄冷或相變材料儲蓄起來，在白天，由于電力負荷較高，為將更多電力用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，制冷空調(diào)需要盡量少占用電力負荷。為滿足人工環(huán)境的需求，此時把夜間儲存的冷量釋放出來，同樣可以創(chuàng)造舒適的人工環(huán)境。因此，蓄冷空調(diào)能起到“移峰填谷”平衡電網(wǎng)負荷的作用。另外，由于電價的“峰谷價差”，所以與常規(guī)空調(diào)白天制冷相比，蓄冷空調(diào)夜間制冷能夠節(jié)約運行費用，能夠帶來顯著的經(jīng)濟效益。

　　4）由于設計的不嚴謹，當前處于服務期的大多數(shù)中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)的冷凍泵和冷卻泵都是采用固定轉(zhuǎn)速。但由于建筑負荷的并不是常年懶定，室內(nèi)負荷也不是固定不變的，當室外氣溫變化或室內(nèi)人員設備條件變化時，室內(nèi)負荷也是在不斷變化的。因此，額定轉(zhuǎn)速運行的冷凍泵和冷卻泵造成的能源浪費現(xiàn)象十分嚴重。建議根據(jù)室內(nèi)負荷變化情況，通過傳感器技術(shù)，采用交流變頻器控制水泵運行，同時盡量避免使用閥門調(diào)節(jié)阻力的方法，減少由于閥門阻力引起水泵的揚程和電耗的增加。

　　4 總結(jié)

　　受海洋溫濕氣候影響，舟山地區(qū)的室外空氣溫度與周邊城市（上海、杭州、寧波等）有較大的差異。因此需要根據(jù)當?shù)鬲毺氐淖匀粴夂驐l件，確定合理的中央空調(diào)設計方案，合理選擇室內(nèi)外設計氣象參數(shù)并對負荷進行精準計算，加強設備的優(yōu)化選型。同時，采用先進的節(jié)能技術(shù)，加強系統(tǒng)運行的過程管理，確保中央空調(diào)系統(tǒng)能夠正常運行，達到最大限度的節(jié)能效果。