空調(diào)工程中熱泵機(jī)組的設(shè)計(jì)節(jié)能問(wèn)題研究

趙洪波

（瑞冬集團(tuán)有限公司，山東 德州253000）

0 引言

隨著人類進(jìn)入21世紀(jì)，以往那種高消耗型的發(fā)展方式已經(jīng)與當(dāng)前主流的發(fā)展理念不相匹配，人類社會(huì)正面臨著空前的能源危機(jī)。隨著城市化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，各個(gè)地區(qū)都面臨著較為嚴(yán)峻的用電問(wèn)題。建筑尤其是空調(diào)系統(tǒng)，一直是能源最主要的消耗方式。對(duì)于一個(gè)大型公共建筑來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部能源的消耗點(diǎn)多，因此要想實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能面臨著巨大的困難。一般來(lái)說(shuō)，大部分建筑物內(nèi)采取的都是終端節(jié)能的方式。而空調(diào)節(jié)能則主要采取降低熱源能耗、提升空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率等方法，一般能夠顯著降低能耗，同時(shí)也起到提升建筑物內(nèi)部環(huán)境質(zhì)量和能源系統(tǒng)整體運(yùn)行效率的作用。在我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)這種節(jié)能方法予以足夠的重視。

1 存在問(wèn)題

在我國(guó)以往的建筑物空調(diào)系統(tǒng)管理工作中，無(wú)論是民用還是商用甚至是公用空調(diào)系統(tǒng)，其能耗都難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于一個(gè)建筑物來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部的空調(diào)系統(tǒng)所消耗的能量達(dá)到了建筑物總能耗的一半，給建筑物帶來(lái)了較重的能源消耗壓力，在那些需要空調(diào)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行的商場(chǎng)中，這樣的狀況更是明顯。在很多建筑物中，由于早期設(shè)計(jì)與規(guī)劃工作沒(méi)有做到位，其所配備的空調(diào)系統(tǒng)與自身實(shí)際情況往往不相匹配，要么容量過(guò)大、能耗高、節(jié)能效果差，要么就是容量過(guò)小，不能滿足建筑物調(diào)溫需求。并且很多單位在空調(diào)工程中選擇的都是不相匹配的設(shè)備，無(wú)論是熱泵機(jī)組還是水泵，大小搭配都并不合適，這耗費(fèi)了大量投資。造成這樣結(jié)果的主要原因是設(shè)計(jì)階段在進(jìn)行計(jì)算時(shí)就過(guò)多次乘上了安全系數(shù)，使得中央空調(diào)功率與型號(hào)選擇不合理。我國(guó)建筑物中的中央空調(diào)設(shè)計(jì)一直存在誤區(qū)，過(guò)度依賴指標(biāo)估算而忽略了實(shí)際情況，盲目地加大空調(diào)系統(tǒng)的冷熱負(fù)荷，極大地降低了空調(diào)系統(tǒng)的工作效率與工作質(zhì)量。這種由于設(shè)計(jì)問(wèn)題而導(dǎo)致的錯(cuò)誤是造成我國(guó)建筑物空調(diào)系統(tǒng)能源利用效率普遍低下的主要原因。作為空調(diào)系統(tǒng)的絕對(duì)核心，熱泵機(jī)組的工作效率不高一直是制約空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗的關(guān)鍵因素。為研究這一問(wèn)題，本文關(guān)注了實(shí)際工程中的一個(gè)例子，對(duì)如何更好地開(kāi)展熱泵機(jī)組的節(jié)能工作進(jìn)行了探討，總結(jié)出了一套能夠顯著提升空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效率的方法，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)單位開(kāi)展工作提供較大的幫助。

2 工程實(shí)例

本文主要關(guān)注了某市的一個(gè)綜合樓，在將近1萬(wàn)m2的建筑面積上，坐落著寫(xiě)字樓與公寓樓以及購(gòu)物商場(chǎng)，樓房一共有32層，高度達(dá)到了99m。在整個(gè)建筑物的第三層設(shè)有裙房，裙房?jī)?nèi)就是商場(chǎng)。作為主要的空調(diào)系統(tǒng)使用者，購(gòu)物商場(chǎng)的空調(diào)系統(tǒng)工況是決定整個(gè)建筑物能源效率的關(guān)鍵因素。該綜合樓的寫(xiě)字樓是公共建筑，寫(xiě)字樓的下8層為政府設(shè)施，專門(mén)留給交警與消防單位辦公，而9樓以上則全由寫(xiě)字間組成。整個(gè)綜合樓地下有2層，包括車庫(kù)、人防工程、健身房等設(shè)施。在前期規(guī)劃中，整個(gè)綜合樓在商場(chǎng)以及車庫(kù)、健身房等設(shè)施中要安裝通風(fēng)設(shè)備。為保證通風(fēng)效果，設(shè)計(jì)單位擬定制冷系統(tǒng)安裝方式時(shí)，將整個(gè)工程分成了30個(gè)分系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)一共有82臺(tái)熱泵機(jī)組，它們分布在整個(gè)綜合樓中的不同區(qū)域。為了空調(diào)管線的保溫，所有管線都經(jīng)過(guò)了特殊處理，采用難燃B1級(jí)的聚乙烯管殼來(lái)保證內(nèi)部溫度。為了保證整體供熱的順利開(kāi)展，一般分成幾個(gè)不同的區(qū)域來(lái)進(jìn)行供熱，較高的13層以上分為一個(gè)區(qū)域，較低的樓層與地下室構(gòu)成第二個(gè)區(qū)域，達(dá)到了較為滿意的保溫效果。為了保證寫(xiě)字樓圍護(hù)到位，所有圍護(hù)機(jī)構(gòu)都采用了真空玻璃幕墻。這個(gè)設(shè)計(jì)方案對(duì)冷熱指標(biāo)的估算沒(méi)有做到位，在后期進(jìn)行校核時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，建筑物浪費(fèi)了很多制冷量。例如在健身房的空調(diào)系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)計(jì)算得知只需要配備2個(gè)機(jī)組的空調(diào)系統(tǒng)即可。在實(shí)際施工中我們發(fā)現(xiàn)，由于雙層玻璃帷幕的保溫隔熱性能較強(qiáng)，因此空調(diào)系統(tǒng)所產(chǎn)生的冷氣可以較好地保存在室內(nèi)，而室外的熱氣也被較好地隔絕，因此空調(diào)系統(tǒng)并不需要龐大的制冷機(jī)組。采用單層玻璃的建筑物需要較大功率的空調(diào)系統(tǒng)，而采用雙層玻璃的建筑物空調(diào)系統(tǒng)則能顯著節(jié)約能源。因?yàn)楣P者所在的研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行估算時(shí)采用的都是上限值，因此將機(jī)組效率充分納入了考慮當(dāng)中，最后得到的結(jié)果回旋余地較大，也便于各大建筑單位開(kāi)展工作。

仔細(xì)分析我們可以發(fā)現(xiàn)，在該綜合樓的各層空調(diào)系統(tǒng)搭建工作中，由于設(shè)計(jì)的系統(tǒng)冗余量較大，因此可以考慮采取減少制冷機(jī)組數(shù)量來(lái)提升制冷效率，避免浪費(fèi)過(guò)多的能源。

3 改造措施

（1）選擇最適合的冷水機(jī)組。在一些空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中，往往會(huì)大批量訂購(gòu)相同型號(hào)的設(shè)備，這樣的訂購(gòu)方式有一定的優(yōu)點(diǎn)：在需要進(jìn)行大規(guī)模操作時(shí)，由于設(shè)備控制方法較為簡(jiǎn)單，往往能在短時(shí)間內(nèi)就完成對(duì)所有機(jī)組的控制。但在空調(diào)設(shè)備使用的高峰階段，由于大部分設(shè)備處于高負(fù)荷工況，因此調(diào)節(jié)過(guò)程不夠平滑，調(diào)節(jié)質(zhì)量不高，對(duì)空調(diào)機(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行有影響。有的時(shí)候室內(nèi)外溫差較小，而這時(shí)空調(diào)系統(tǒng)卻以較高功率運(yùn)行，往往浪費(fèi)了大量的能源卻沒(méi)有取得滿意的效果，這樣的工作方式與可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略不相吻合。為了有效解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用大機(jī)組與小機(jī)組相互結(jié)合匹配的方式來(lái)構(gòu)建空調(diào)系統(tǒng)，確保其長(zhǎng)期高效運(yùn)行。

（2）定期升級(jí)更換空調(diào)設(shè)備。有的設(shè)計(jì)單位沒(méi)有正確選擇空調(diào)設(shè)備，導(dǎo)致了建筑物內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)提供的冷量與建筑物需求不相匹配，浪費(fèi)了大量能源。有條件的建筑物應(yīng)當(dāng)定期更換或升級(jí)老舊的空調(diào)設(shè)備，新的空調(diào)設(shè)備一般代表著最先進(jìn)的能源使用理念，并且能確?？照{(diào)系統(tǒng)提供的冷量與建筑物實(shí)際情況良好匹配。

（3）選用合適的空調(diào)機(jī)組。為了保證較少的空調(diào)機(jī)組就能滿足建筑物的需要，應(yīng)選用風(fēng)量較大、匹配合理的空調(diào)機(jī)組。

為提升本文所研究建筑物內(nèi)空調(diào)機(jī)組工作效率，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行了適當(dāng)修改。經(jīng)過(guò)細(xì)致的修改與簡(jiǎn)化，原本空調(diào)系統(tǒng)含有的30個(gè)子系統(tǒng)被簡(jiǎn)化為17個(gè)，縮減了將近一半。這個(gè)方案將原本數(shù)量眾多的控制單元有機(jī)整合在了一起，能夠盡量減少管道、閥門(mén)以及不同機(jī)組之間的能量浪費(fèi)，并節(jié)約一筆可觀的預(yù)算。在本文所研究的建筑物工程中，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行修改之后能夠直接省下大約300萬(wàn)的工程款，并得到較為滿意的空調(diào)系統(tǒng)能耗比。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多的建筑物面臨著需要大規(guī)模使用空調(diào)設(shè)備的情況。由于原本的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路、設(shè)備選型等工作存在問(wèn)題，很多建筑單位都選擇了與建筑物實(shí)際需求不相符合的空調(diào)設(shè)備，往往用大容量、大功率、高能耗的空調(diào)系統(tǒng)來(lái)負(fù)責(zé)小規(guī)模建筑物的調(diào)溫工作，不僅沒(méi)有讓設(shè)備發(fā)揮自己應(yīng)該發(fā)揮的作用，還浪費(fèi)了大量的能源。在我國(guó)堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展型戰(zhàn)略的道路上，本文所述理念應(yīng)當(dāng)?shù)玫酱蠓秶膫鞑ヅc采納。

［1］歐志剛.三集一體熱泵空調(diào)在某工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用［J］.制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2009（4）：36～38

［2］耿世彬，李永，韓旭，等.水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)在地下工程中的應(yīng)用［J］.解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（2）：139～143

［3］楊銳.水源熱泵技術(shù)在供熱空調(diào)工程中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究：電子版，2011（32）

［4］王厲.基于火用方法的暖通空調(diào)系統(tǒng)熱力學(xué)分析研究［D］.湖南大學(xué)，2012