低温送风空调方式的节能分析

随着社会的发展和人们生活水平的提高,空调系统在现代建筑中的应用越来越广泛,相应地空调系统的能耗也迅速增大,已成为建筑能耗的重要组成部分,夏季高峰值约占建筑总能耗的40%左右。因此,减少空调系统的能耗已成为十分紧迫的问题。与常规空调方式相比,低温送风空调方式由于具有初投资省,年运行费用低,所需占用的建筑空间小[1]等优点而受到人们的关注和重视。它是随着蓄冷技术的发展而发展起来的一种空调方式,国外已应用于实际工程并取得经验。本文就低温送风空调方式的原理和特点及节能方面进行分析研究。

1 低温送风空调方式的原理及特点

低温送风空调方式是指从集中空气处理机组送出较低的一次风,经高诱导比的末端送风装置进入空调房间。它是相对于常规送风而言的。常规送风系统从空气处理器出来的空气温度为10～15℃,而低温送风空调方式的送风温度为3～11℃。由于低温送风降低了送风温度,减少了一次风量,也就减少了一次风的空气处理设备,其初投资可降低,又由于蓄冷技术的发展,能提供111～313℃的低温冷冻水,为低温送风方式创造了条件。低温送风若与冰蓄冷相结合,其节能效果就更明显。主要表现在:

(1) 在与蓄冰相结合的条件下,低温送风与常规全空气送风方式比较,具有初投资少,运行费用低,节省空间等特点,如表1。

表1 低温送风与常规空调方式比较

项 目 送风温差(℃) 送风温度(℃) 空调机组尺寸减少比例(%) 凤管尺寸减少比例(%) 风机功率减少比例(%) 低温送风方式 10～20 3～11 20～30 30 30～50 常规空调方式 8～10 10～15 0 0 0 (2) 降低运行费用

由于低温送风与冰蓄冰系统相结合,风机大多在电力峰值时间运行,低温送风方式又减少送风量,因此采用低温送风可以进一步减少峰值电力需求,从而降低运行费用。当送风温度越低,建筑规模越大时,低温送风消耗功率相对减少,全年运行电耗亦减少。

(3) 节省空间,降低建筑造价

由于送风量减少,相应的空调设备和风道尺寸均减小,所占空间亦减小,可降低建筑物层高,从而降低建设费用。

对于4层以上的建筑因设备层高度的降低可大幅降低。据估算,针对不同的低温送风空调系统和送风温度,其层高可降低8～24cm。对于高层建筑而言,在不增加建筑物总高度的情况下,每20～30层可增加一层的使用面积,这对于有建筑物高度限制的城市而言是十分有利的,因为既满足了城市规划对建筑物的限制,又尽可能地增加了建筑物的使用面积。同时,由于空调设备减小,从而减小了空调机房面积,也减小了空调机组的使用面积,有时可以将空调机安装在顶栅夹层内,这样就完全省去了设备机房。另外,也可由一台空调机组来负担两层的空气处理,这样可节省一半的机房使用面积,从而增加了建筑物的有效使用面积。

(4) 降低空调系统设备投资

当送风温度降低时,送风量相应地减少,同样冷水量也下降。常规空调系统(送风温度13℃)的冷却盘管的进出口水温通常设计为7～8℃,而送风温度为7℃的低温送风空调系统,水温差可达到11～13℃。因此,与低温送风空调系统(送风温度7℃)相比,常规空调系统(送风温度13℃)的送风量约增加50%。水泵等容量则增加一倍。若跟采用低温送风空调系统与冰蓄冷方式比较,常规空调系统(送风温度13℃,无冰蓄冷系统)的冷冻机及冷却塔的容量将增加60%左右。

2 几种低温送风空调方式的节能分析

为了比较常规空调方式与低温送风空调方式的初投资和运行费用的经济性,笔者对某一单层办公楼进行了分析计算。该建筑物的建筑面积6373m2,空调面积5760m2,最大制冷量77414kW。采用5种方案,方案1采用常规全空气空调方式,一般变风量末端设备;方案2和3采用带风机混合箱;方案4和5采用空气—水系统。除方案1外,均有蓄冷空调,其结果比较列于表2。

表2 几种低温送风方式方案比较

方案 1 2 3 4 全空气-水部分蓄系统型式 全空气无蓄冰 全空气部分蓄冰 全空气无蓄冰 冰 送风温度(℃) 一次风风量(m3/h) 蓄冰量(%) 用电时间 高峰制冷量(kW) 制冷/水系统 高峰空调用电空气分布系统 白天总耗电量(kW) 12~18 147460 — 昼夜 930 284 137 421 1 1 4~14 84100 46 昼夜 490 115/107 101 216 0170 0197 4~14 84100 100 昼夜 390 17/292 101 118 0169 1118 4~14 31680 46 昼夜 890 102/107 59 161 0149 0189 4~14 31680 100 昼夜 450 25/292 59 84 0153 1106 全空气-水无蓄冰 5 量(kW) 年空调电费相对值 系统初投资相对值 (1) 从表2可以看出,部分蓄冷的空气-水系统初投资和运行费均为最低,系统的空调能耗比方案1常规全空气空调方式少51%,但回收期不到一年。

(2) 从表2部分蓄冰和全蓄冰空气-水系统比较(即方案4和5),前者年用电费用减少29%,初投资减少8%,空气-水系统的总能耗比全空气系统(方案1)的总能耗减少46%。

(3) 比较部分蓄冰全空气系统和全蓄冰空气-水系统,由于部分蓄冰全空气系统白天风机及制冷机的用电量较高,因此其年空调电费比全部蓄冰的空气-水系统增加31%,当峰谷电价差加大时,这种差别还会加大。

3 结论

(1) 低温送风空调方式与部分蓄冰技术相结合可以降低系统的初投资和年运行费用。

(2) 低温送风空调方式与全蓄冰技术相结合可降低系统年运行费用,但初投资有所增加,不过整个系统的初投资和年运行费用较常规空调系统要低。

(3) 高层建筑采用低温送风空调方式时,可节省系统设备及配管占有的建筑空间,相应地提高了建筑物的有效使用面积。

参考文献

1 刘绍基,低温送风技术评述,通风除尘,1998,17(2):29～31

2 涂逢祥,低温送风空调方式,建筑节能技术。北京:中国计划出版社,1996,207～208

3 李念平等低温送风空调系统对室内空气环境的影响及技术分析。第十届全国暖通空调技术信息网大会论文集。北京:中国建筑工业出版社,1999,308～312