此外,大型公共建筑中央空调的冷冻水系统存在的问题有:一是目前空调系统中的水泵按照最大要求提供扬程,各末端再由阀门消耗多余部分,这使得一半以上的水泵电耗消耗在阀门上。如果采用分布式水泵系统,不安装调节阀,而在末端安装水泵补充不足的扬程,即将“末端消耗多余量”方式改变“为末端补充不足量”方式,实现“按需供应”,则可大幅度降低水循环系统的能耗。二是存在各种旁通与失调,导致供回水温差过小。大多数实际运行工况下系统的供回水温差都小于设计的5℃,有的甚至仅为1~2℃,如果采用变水量方式使得供回水始终维持(甚至大于)5℃温差,可使得全年的平均循环水量大为减少,水泵电耗也大幅度降低。三是水泵工作点随运行工况不同而在大范围内变化,导致水泵经常运行在低效区。实际测试发现水泵运行效率多在30%~50%,而这些水泵的最高效率区效率大都在70%以上。
分析研究表明:仅靠变频器并不能解决效率过低的问题,而是需要改变水泵的特性曲线。由于水系统的输送能耗占整个空调系统能耗的15%~25%以上,因此在空气处理方式、处理装置配置合理的基础上,进一步加强对空调水系统(尤其是其水力工况和调控手段的设计与实施)的研究,提高水系统的输送能效,具有非常重要的节能意义。
降低大型公共建筑能耗关键技术
1、大型公共建筑空调系统的节能优化技术
国内外大型公共建筑普遍采用集中空调系统,已经有大量的实际建筑的空调系统正在运行中,各国展开了建筑能耗调查、测试改造的工作,并建立建筑节能标准和评估体系,像我国的《公共建筑节能设计标准》等。但以上研究缺少专门针对大型公共建筑的节能标准;对空调系统的设计方案不能给出量化的评价结果与针对具体工程的节能建议等。
目前我国与国外发达国家的大型公共建筑的能耗水平相当,暖通空调系统的能耗占总能耗的一半以上。要想大幅度降低大型公共建筑空调系统的能耗,就需要研究创新的高效空调系统形式与节能的新方法。需要解决的问题主要在于:通过对各类空调系统和不同功能建筑的分析,综合考虑冷热源、能量输配系统、冷却塔系统的能耗以及部分负荷下系统效率的变化与系统的可调节性,对各类空调系统形式及结构参数进行优化分析,从而提出各种不同功能建筑应采用的空调系统形式和相应的设计参数,并形成新的设计方法与标准。
2、 空调水系统的结构优化与节能运行
在水力工况方面,国内外都已经进行过大量的研究,尤其国外一些著名的公司对其进行了深入的研究。例如:以TA公司为代表,提出了“全面水力平衡解决方案”,其核心思想是在不同的空调水环路设置手动静态平衡阀,通过初调试解决水系统的静态平衡问题;以“毅智”、“丹弗斯”等公司为代表,提出了设置动态平衡阀的方案,意图通过阀门的自身调控能力解决动态平衡问题。但实际上由于一些设计人员没有考虑系统的构成和特点,导致目前动态平衡阀“滥用”,不但没有起到应有的作用,而且对变流量系统在功能上起到了相反的作用,在能耗上起到了增加的作用。传统的末端设置温控电动阀方式,工作简单可靠,是目前绝大多数建筑空调系统中广泛采用的方式。但通过分析发现,电动阀是一个耗能元件,有可能对水泵能耗产生一定的影响。因此以“格兰富”公司为代表的方案,提出了三级泵系统,即采用用户系统(或末端)配置小水泵替代电动阀的方式,并进行了一些研究和少量应用。但该系统在设计参数、控制方案、采取措施等方面,还存在一些没有解决的问题,且采用的进口水泵造价昂贵,因此在国内没有得到大量的推广,在国外的一些发达国家按照这种方式运行的空调系统总的来说也不多见。
对于空调水系统的结构优化与节能运行需要解决的主要问题包括:采用分布式水泵输送系统,以“泵代替阀门”的系统结构解决输配系统能耗过高的问题、水输送系统的变流量调节问题;以及通过加装水泵进口导叶等提高水泵效率的方法和措施。从而创新性提出降低输配系统能耗的新方法,使得水泵能耗降低到目前系统的60%以下。
3、 温湿度独立控制空调系统
目前国外学术界也普遍认为温湿度独立控制是最理想的中央空调方式,但由于采用设备的技术路线不同,目前尚没有确定的模式,更缺少相关的技术参数。如:新风的调节范围,等温送风还是新风也承担部分的显热负荷?新风量是否调节的问题,是采用变新风量控制,还是定新风量控制?等等。
温湿度独立控制空调系统目前也在北京锋尚国际公寓等建筑中采用。清华大学在北京市热力集团双榆树供热厂办公楼、上海建筑科学研究院绿色示范建筑等多个不同的建筑中进行了该空调形式的成功示范。工程实践应用表明:采用此种空调方式可以比传统的中央空调方式节能30%以上。在之前的研究和应用的过程中,还发现了很多需要解决的问题,对于“合理的选择室内设计参数”、“解决室内散湿量的消除和新风的除湿问题”、“解决温湿度的实时调控”等问题,还没有相应的完整数据和实践经验来支持。在今后的研究中,将着重解决这些问题。
4、溶液调湿式新风机组
温湿度独立空调系统中的主要难点就是新风的高效除湿问题。目前世界各国都积极开展大量的相关研究与工程尝试。比如:转轮除湿方式、溶液除湿方式等。与转轮固体除湿方式相比,由于溶液除湿方式可以通过在内部冷却加热等方式降低不可逆损失,可以实现很高的蓄能密度,净化空气等方面的优势,2007年以来得到了较快的发展。用来调节湿度的溶液式新风机组,国外关于这方面的研究集中于理论的分析、模拟和实验,也有一些产品,但是机组的COP不高。国内也有一些单位和机构对溶液式调湿式新风机组进行了研究,而且在一些实际的工程应用了这种机组。