張娟維

(開利空調(diào)銷售服務(wù) (上海)有限公司,上海200001)

1 引言

隨著全球不斷重視溫室氣體和碳排放對環(huán)境的影響,特別在哥本哈根會議召開前夕,我國政府公布了控制溫室氣體排放的行動目標(biāo)——到2020年全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%。建筑節(jié)能減排措施受到國家有關(guān)部門廣泛關(guān)注,國家和行業(yè)出臺了相應(yīng)產(chǎn)品的能效限定值及節(jié)能評價值標(biāo)準(zhǔn),但作為空氣處理的關(guān)鍵設(shè)備——組合式空調(diào)機(jī)組長期以來其節(jié)能不被重視,特別是一些節(jié)能示范項目只重價格而輕視技術(shù)、節(jié)能等方面。導(dǎo)致了名為節(jié)能,實際產(chǎn)品能耗大,效率低等問題的出現(xiàn)。因此我們應(yīng)該重視落實空氣末端的相關(guān)節(jié)能措施工作。下面著重從量大面廣的產(chǎn)品——組合式空調(diào)機(jī)組進(jìn)行節(jié)能分析。

組合式空調(diào)機(jī)組是中央空調(diào)系統(tǒng)中主要的設(shè)備之一,它是將冷、熱源的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鉅顟B(tài)改變的關(guān)鍵設(shè)備。組合式空調(diào)機(jī)組在一般建筑物舒適空調(diào)系統(tǒng)所耗電量占了整個空調(diào)系統(tǒng)的大約在20%～30%[1]。若是潔凈室或恒溫恒濕用途,其所耗電量比重更加高,因此對于響應(yīng)國家的節(jié)能減排要求,提高組合式空調(diào)機(jī)組的節(jié)能效果是非常重要的。

2 組合式空調(diào)機(jī)組節(jié)能影響因素分析

由于組合式空調(diào)機(jī)組是一種被動式機(jī)組,其冷、熱量由相應(yīng)的制冷和加熱設(shè)備提供,并通過機(jī)組內(nèi)的表冷器、加熱器熱交換后提供合適溫、濕度向環(huán)境送風(fēng),以達(dá)到舒適空調(diào)或工藝環(huán)境要求。在整個空調(diào)系統(tǒng)中,各設(shè)備間存在相互牽連作用,任何設(shè)備出現(xiàn)不協(xié)調(diào),將導(dǎo)致整個空調(diào)系統(tǒng)處于高能耗、低效率的運(yùn)行狀況。下面著重從組合式空調(diào)機(jī)組設(shè)備本身進(jìn)行節(jié)能分析,通過比較分析并采取相關(guān)的措施來提高其節(jié)能效果。

組合式空調(diào)機(jī)組的節(jié)能影響因素主要從以下幾個方面分析:

(1)產(chǎn)品性能影響因素:

1)表冷器與加熱器:由于組合式空調(diào)機(jī)組風(fēng)量、冷量普遍很大,在實驗臺無法取得性能的確認(rèn),因此在設(shè)計中其選型有相當(dāng)重要性。如果表冷器或加熱器選型準(zhǔn)確度有差異,在實際運(yùn)行中,將使整個空調(diào)系統(tǒng)的冷、熱源設(shè)備和水泵偏離設(shè)計工況運(yùn)行。例如由于表冷器實際性能與理論選型的差異,在達(dá)到相同冷量時只有采用增加水流量和縮小溫差來彌補(bǔ)。這樣的結(jié)果造成水系統(tǒng)流量和水阻力增加,水泵耗功增大,同時冷水機(jī)組耗電量增大,設(shè)備在高耗能、低效率條件下運(yùn)行。

2)風(fēng)機(jī):在組合式空調(diào)機(jī)組中采用風(fēng)機(jī)型式主要有:前向多翼離心風(fēng)機(jī)、后向板式 (機(jī)翼形)離心風(fēng)機(jī)和無蝸殼離心風(fēng)機(jī)。組合式空調(diào)機(jī)組中普遍采用前向、后向離心風(fēng)機(jī)為主,各空調(diào)機(jī)組制造商由于配套的風(fēng)機(jī)制造商不同,性能上存在很大差異。因此對于實際項目,由于風(fēng)機(jī)選型不同其配用風(fēng)機(jī)功率相差50%左右。因此要想實現(xiàn)節(jié)能效果,我們有必要對組合式空調(diào)機(jī)組實行能效限定值及節(jié)能評價值的評定工作。

表1 各種風(fēng)機(jī)性能比較表

上表對比中可知軸功率最大與最小相差47%左右。

3)過濾器:組合式空調(diào)機(jī)組安裝過濾器后會導(dǎo)致系統(tǒng)壓損的增加,最終使空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)耗電量增加。如果按選用高阻力過濾器,其風(fēng)機(jī)耗能相當(dāng)大,整個風(fēng)機(jī)耗電量增加180%以上,并且其阻力變化呈動態(tài)。因此首先優(yōu)化空調(diào)機(jī)組過濾斷面的風(fēng)速,在新風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)選用初、中效過濾器要考慮其初、終阻力,選用最低阻力的空氣過濾器,降低其能耗。且過濾器的價格通常只有運(yùn)轉(zhuǎn)電費(fèi)的3%～5%[2]。過濾器全年能耗計算式:

其中:E—年運(yùn)行能耗,kWh;q—風(fēng)量,m3/s;△p—年平均阻力,Pa;h—年運(yùn)行時間,h;η—風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

(2)裝置性能影響因素:

組合式空調(diào)機(jī)組除了在產(chǎn)品性能方面的變化引起機(jī)組高耗能、低效率運(yùn)行外,其裝置本身的問題同樣會引起空調(diào)系統(tǒng)高耗能情況,因此下面從幾個方面來著重分析:

1)均流段:在組合式空調(diào)機(jī)組中均流段出現(xiàn)次數(shù)是相當(dāng)高的,由于其段長限制無法達(dá)到風(fēng)機(jī)自由出風(fēng)所需長度,引起很大壓力損耗,其壓力損耗與出口風(fēng)速有關(guān):風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速分別為10、12、14 m/s時,壓力損耗分別為75、110、150 Pa(未計均流板壓損)。

2)箱體冷橋:組合式空調(diào)機(jī)組的箱體的冷橋性能好壞直接影響到整個機(jī)組節(jié)能性能,由于冷橋現(xiàn)象存在,當(dāng)冷橋部位表面溫度低于機(jī)組外表面空氣露點溫度時,表面產(chǎn)生凝結(jié)水,由于隨著時間加長,其表面最終變成水珠下滴,這樣就存在冷、熱交換的狀態(tài),從而導(dǎo)致能量損耗。

GB/T14294中對凝露試驗工況條件為27/24℃,該溫度下的空氣露點溫度為22.92℃,顯然用此凝露試驗工況條件來評判凝露合格與否,與現(xiàn)場的實際情況是不相符的。

3)箱體傳熱:組合式空調(diào)機(jī)組的箱體的傳熱系數(shù)大小直接影響到箱體內(nèi)、外空氣熱交換的程度。會導(dǎo)致能量通過壁板進(jìn)行傳遞,使能量流失。采用不同傳熱系數(shù)的箱體其能量損耗率見表2[3]。

表2 不同傳熱系數(shù)箱體的能量損耗率

4)箱體漏風(fēng):組合式空調(diào)機(jī)組的箱體漏風(fēng)主要有外漏與內(nèi)漏二種,其存在的結(jié)果會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)功率上升和能量損耗。箱體存在外、內(nèi)漏對能量損耗的影響見表3。

表3 箱體存在外、內(nèi)漏對能量損耗的影響

3 提高組合式空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行效率、降低能耗的措施

3.1 采用最新中央空調(diào)新技術(shù),提高產(chǎn)品節(jié)能水平

1)應(yīng)用智能控制原理,提高機(jī)組的運(yùn)行效率

隨著自動化控制技術(shù)的發(fā)展,計算機(jī)技術(shù)和變頻技術(shù)日趨完善,智能模糊控制技術(shù)已被成功引入和應(yīng)用在中央空調(diào)控制領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的恒溫差、恒壓差PID調(diào)節(jié)控制方式不同,中央空調(diào)智能模糊控制系統(tǒng)將計算機(jī)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)集合應(yīng)用于中央空調(diào)的系統(tǒng)控制,為用戶提供了一個先進(jìn)的智能化的中央空調(diào)運(yùn)行管理技術(shù)平臺,在保證空調(diào)服務(wù)質(zhì)量的前提下實現(xiàn)了中央空調(diào)系統(tǒng)的高效節(jié)能運(yùn)行,可使空調(diào)主機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)節(jié)能效果顯著。

2)應(yīng)用空調(diào)機(jī)組新型節(jié)能產(chǎn)品,整體提高機(jī)組節(jié)能指標(biāo)

隨著我國對于建筑節(jié)能重視程度加強(qiáng),與之相關(guān)的產(chǎn)品也制定了相應(yīng)能效限定值及節(jié)能評價值標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用新技術(shù)的低耗能產(chǎn)品不斷出現(xiàn),如低阻力且過濾效率高的靜電過濾器、低噪聲和高效率的空調(diào)風(fēng)機(jī)、高傳熱效率的熱交換器等。

3)應(yīng)用先進(jìn)節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù),整體提高空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能指標(biāo)

隨著國內(nèi)外對于空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能研究,現(xiàn)階段涌現(xiàn)出許多節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng),與空調(diào)機(jī)組密切相關(guān)的節(jié)能技術(shù)有a)變風(fēng)量空調(diào)技術(shù);b)低溫送風(fēng)技術(shù);c)多分區(qū)空調(diào)節(jié)能技術(shù)。多分區(qū)空調(diào)方式屬于空調(diào)設(shè)計合理化的一種節(jié)能措施,特別適合用于具有不同負(fù)荷變化特點的多個分區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)中。在整個空調(diào)系統(tǒng)中密切合理使用如變頻技術(shù)、熱交換技術(shù)等也是實現(xiàn)節(jié)能的關(guān)鍵。

4)應(yīng)用產(chǎn)品圍護(hù)結(jié)構(gòu)先進(jìn)設(shè)計理念,提高產(chǎn)品的性能等級

由于國外先進(jìn)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品進(jìn)入國內(nèi),使國內(nèi)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上有了重大改變。特別是性能上有此類先進(jìn)產(chǎn)品的國際標(biāo)準(zhǔn)可循,加快了國內(nèi)產(chǎn)品的創(chuàng)新改革,取得了減少漏風(fēng)率、改善冷橋結(jié)構(gòu)達(dá)到國際先進(jìn)水平、提高了圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱效果等節(jié)能效果。

5)應(yīng)用空氣-空氣熱交換技術(shù),提高空調(diào)機(jī)組的節(jié)能指標(biāo)

空氣熱回收設(shè)備有顯熱回收器和全熱回收器兩種。主要用于回收空調(diào)系統(tǒng)中排風(fēng)的能量,并將其回收的能量直接傳遞給新風(fēng)。在夏季,利用排風(fēng)或回風(fēng)比新風(fēng)溫濕度低來降低新風(fēng)的溫濕度。在冬季則相反,利用排風(fēng)或回風(fēng)與新風(fēng)進(jìn)行熱交換來提高新風(fēng)的溫濕度。該設(shè)備可單獨設(shè)置在空調(diào)新排風(fēng)系統(tǒng)中,也可作為組合式空調(diào)機(jī)組的一個功能段,一般可節(jié)省新風(fēng)負(fù)荷量的70%左右。

3.2 建立產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督和認(rèn)證制度

1)建立產(chǎn)品性能全方位認(rèn)證體系

如何確保系統(tǒng)中冷、熱源裝置在高效的情況下運(yùn)行,組合式空調(diào)機(jī)組中表冷 (加熱)器性能是起著關(guān)鍵作用,作為系統(tǒng)中熱交換作用裝置設(shè)計選型和驗證是相當(dāng)重要。由于目前我國在空氣末端產(chǎn)品方面未建立強(qiáng)制的相關(guān)產(chǎn)品性能認(rèn)證,導(dǎo)致性能參數(shù)五花八門,其性能參數(shù)真實性受到質(zhì)疑。而且由于現(xiàn)行國家驗證手段和實施標(biāo)準(zhǔn)只能對小規(guī)格組合式空調(diào)機(jī)組進(jìn)行性能認(rèn)證工作,一般此工作往往僅是針對某項目進(jìn)行,不能全面覆蓋所有品牌的整個產(chǎn)品系列范圍。

世界上有產(chǎn)品性能認(rèn)證的主要是美國ARI認(rèn)證和歐洲EUROVENT認(rèn)證,他們分別按美國標(biāo)準(zhǔn)和歐盟標(biāo)準(zhǔn)作為認(rèn)證依據(jù)。通過性能認(rèn)證來證實選型軟件與實際產(chǎn)品性能差異,并及時修正選型軟件偏差,這樣通過認(rèn)證過的選型軟件其設(shè)計選型的產(chǎn)品性能參數(shù)得到保證。

因此我國如果能建立像 “美國ARI認(rèn)證和歐洲EUROVENT認(rèn)證”的認(rèn)證機(jī)構(gòu),那么實現(xiàn)我國產(chǎn)品邁向國際先進(jìn)產(chǎn)品行列的可能性將不斷提升,從而真正推廣空氣處理設(shè)備的節(jié)能措施落實工作。

2)針對建筑節(jié)能先進(jìn)的國際認(rèn)證,積極采用國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定產(chǎn)品性能

我國許多新的建筑物正在或已獲得美國綠色建筑認(rèn)證 (LEED),其中認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)是以美國ASHRAE 90.1為主,由美國綠色建筑委員會 (USGBC)制定并推出的能源與環(huán)境建筑認(rèn)證體系。其中空氣末端產(chǎn)品中的風(fēng)機(jī)在ASHRAE 90.1作出了明確規(guī)定。

下面摘錄美國ASHRAE 90.1標(biāo)準(zhǔn)中對風(fēng)機(jī)功率限值規(guī)定。

(一)風(fēng)機(jī)功率限值

當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)功率超過4 kW時,其功率應(yīng)符合以下要求:

a.每個風(fēng)機(jī)功率與設(shè)計的送風(fēng)量 (送風(fēng)機(jī))之比,不大于下表中風(fēng)機(jī)功率限制。

b.如有空氣處理或當(dāng)過濾系統(tǒng)濾網(wǎng)總壓降超過250Pa(在干凈狀態(tài)),熱回收盤管或裝置、直接蒸發(fā)加濕裝置/冷卻器,和其他在空氣側(cè)的裝置等,可采用壓力加權(quán)方式,由下表附注 “允許的風(fēng)機(jī)功檬”方程式調(diào)整風(fēng)機(jī)功率的允許值。

c.室溫與送風(fēng)溫度間的溫差大于11℃時,可由下表中附注 “允許的風(fēng)機(jī)功率”方程式調(diào)整其溫度比例。

本項規(guī)范風(fēng)機(jī)耗電的基準(zhǔn),4 kW風(fēng)機(jī)約用于超過10USRT以上空調(diào)機(jī)組,避免空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)供應(yīng)區(qū)域過大或風(fēng)管系統(tǒng)設(shè)計不良造成耗能,但允許因有其他裝置或需低溫冷風(fēng)的加權(quán)修正。

在美國ASHRAE 90.1標(biāo)準(zhǔn)中,風(fēng)機(jī)功率限值見下表 (表4)。

表4 風(fēng)機(jī)功率限值

允許風(fēng)機(jī)的功率=[表中風(fēng)機(jī)功率限值·(溫度比)+壓力加權(quán)+排風(fēng)機(jī)加權(quán)]

其中

表中風(fēng)機(jī)功率限值=表列值·Qn/1000

溫度比=(Tt-TS)/11

壓力加權(quán) (kW)=[Qn(Pn-250)/486000]+[QHR·PHR/486000]

排風(fēng)機(jī)加權(quán) (kW)=FR[1-(QRF/Qn)]

Qn—過濾系統(tǒng)的單位送風(fēng)量 (L/s)

QHR—熱回收盤管或表冷 (加熱)盤管的送風(fēng)量(L/s)

QRF—正常冷卻設(shè)計運(yùn)轉(zhuǎn)的排氣機(jī)風(fēng)量 (L/s)

Pn—當(dāng)過濾器系統(tǒng)中過濾器為干凈狀態(tài)時的空氣壓降 (Pa)

PHR—熱回收盤管或表冷 (加熱)盤管的空氣壓降(Pa)

Tt—室內(nèi)溫度控制器設(shè)定值 (℃)

TS—室內(nèi)溫度控制器所在區(qū)域之送風(fēng)溫度設(shè)計值 (℃)

FR—排風(fēng)風(fēng)機(jī)的銘牌額定值 (kW)。

(二)組合式空調(diào)機(jī)組的機(jī)械性能:

根據(jù)GB/T14294和歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN1886標(biāo)準(zhǔn)要求,明確組合式空調(diào)機(jī)組相關(guān)機(jī)械性能參數(shù)和等級,作為產(chǎn)品性能最基本的要求。

a.冷橋因子

冷橋因子分成三個等級考核:

等級TB1:要求0.75＜Kb＜1

等級TB2:要求0.6＜Kb≤0.75

等級TB3:要求0.45＜Kb≤0.6

b.傳熱系數(shù)

傳熱系數(shù)分成三個等級考核:

等級T1:要求U≤0.5(W/m2K)

等級T2:要求0.5＜U≤1(W/m2K)

等級T3:要求1＜U≤1.4(W/m2K)

c.箱體漏風(fēng)率

機(jī)組內(nèi)靜壓保持正壓段700Pa、負(fù)壓段400Pa時,機(jī)組漏風(fēng)率不大于2%,用于凈化空調(diào)系統(tǒng)的機(jī)組,機(jī)組內(nèi)靜壓應(yīng)保持1000Pa,機(jī)組漏風(fēng)率不大于1%。

d.盤管斷面漏風(fēng)率

等級1:斷面漏風(fēng)率0.5%

等級2:斷面漏風(fēng)率1%

等級3:斷面漏風(fēng)率1.5%

等級4:斷面漏風(fēng)率2%

4 制定能效限定值及節(jié)能評價值標(biāo)準(zhǔn),實施產(chǎn)品節(jié)能認(rèn)證

為了確保組合式空調(diào)機(jī)組的高效、低耗能運(yùn)行。建議編制組合式空調(diào)機(jī)組的節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證規(guī)則,并結(jié)合國際上產(chǎn)品認(rèn)證特點和我國現(xiàn)有空調(diào)產(chǎn)品節(jié)能認(rèn)證經(jīng)驗,推出符合國情的組合式空調(diào)機(jī)組節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證方案。

表5 產(chǎn)品認(rèn)證項目

根據(jù)歐洲EUROVENT認(rèn)證體系,其中組合式空調(diào)機(jī)組的三個標(biāo)準(zhǔn):EN 1216:1999 Heat exchangers.Forced circulation air-cooling and air-heating coils.Test procedures for establishing the performance、EN1886:2002(E)Ventilation for buildings Air handling unitsMechanical performance和EN 13053:2006 Ventilation for buildings.Air handling units.Rating and performance for units,components and sections組成了認(rèn)證要求,具體產(chǎn)品認(rèn)證項目見表5。

表6 EUROVENT能量效率等級

表7 認(rèn)證節(jié)能產(chǎn)品主要參數(shù)項目

根據(jù)歐洲EUROVENT認(rèn)證、美國LEED認(rèn)證和我國現(xiàn)有多種產(chǎn)品已實行能效限定值及節(jié)能評價值認(rèn)證工作經(jīng)驗,又結(jié)合組合式空調(diào)機(jī)組的本身特點采用一系列參數(shù) (和性能、節(jié)能相關(guān)參數(shù))作為認(rèn)證節(jié)能產(chǎn)品依據(jù),并將節(jié)能產(chǎn)品分成五個等級,主要項目見表7。

這樣將能盡快淘汰落后、低效、高耗能的產(chǎn)品,規(guī)范了產(chǎn)品的技術(shù)和價值水平。下面將各大公司的空氣處理機(jī)組作一比較分析,以ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)作為評定依據(jù),列出不同產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù) (表8)。

表8 部分公司新風(fēng)空調(diào)機(jī)組產(chǎn)品情況比較表(摘自各公司的產(chǎn)品樣本)[4]

從上表可知:按ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)評定T公司兩種產(chǎn)品單位風(fēng)量的風(fēng)機(jī)功率為最低,屬節(jié)能產(chǎn)品。但單憑上表數(shù)據(jù)得出的結(jié)論顯然過于片面性,不能真正反映其產(chǎn)品節(jié)能性能。因此作為組合式空調(diào)機(jī)組的產(chǎn)品特殊性,則引入諸如以下一些與節(jié)能性能相關(guān)的參數(shù):

a)漏風(fēng) (內(nèi)/外)

b)熱 (冷)橋

c)隔熱

d)風(fēng)量、機(jī)外靜壓、冷 (熱)量

因此,制定組合式空調(diào)機(jī)組的能效限定值及節(jié)能評價值標(biāo)準(zhǔn)不能象以往空調(diào)設(shè)備那樣單憑一個參數(shù)就能定奪,而要通過綜合評價來確定其節(jié)能等級。

5 結(jié)論

1)組合式空調(diào)機(jī)組作為空調(diào)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備,很有必要加強(qiáng)產(chǎn)品性能和節(jié)能效率的監(jiān)督;

2)從技術(shù)上分析了組合式空調(diào)機(jī)組的節(jié)能潛力,及其節(jié)能的數(shù)據(jù)比較;

3)國家相關(guān)部門建立產(chǎn)品性能和節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證機(jī)構(gòu),形成產(chǎn)品的優(yōu)勝劣汰的規(guī)律;

4)盡快著手編制組合式空調(diào)機(jī)組能效限定值及節(jié)能評價值標(biāo)準(zhǔn)。

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