摘 要：本文主要分析了影響空調(diào)能耗的幾個因素，并提出了空調(diào)節(jié)能的若干措施和建議，供參考。

關(guān)鍵詞：空調(diào)能耗；影響因素；節(jié)能措施

1 引言

由于我國建筑物的保溫節(jié)能性能差、空調(diào)運行效率低、大部分居民尚未形成良好的節(jié)能習(xí)慣等原因，我國的空調(diào)節(jié)能潛力非常大。據(jù)分析，到2020年全面實現(xiàn)小康社會時，我國空調(diào)高峰負(fù)荷節(jié)電空間約9000萬千瓦，相當(dāng)于5個三峽電站的滿負(fù)荷容量，是規(guī)劃中2020年的全國核電總裝機(jī)容量的2～3倍，相應(yīng)可減少電力建設(shè)投資4000億元以上。因此，采用合理的措施和策略來節(jié)約空調(diào)能耗，對我國來說可以節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，而且可避免不必要的電力建設(shè)投資；對用戶來說則可減少空調(diào)運行費用的開支，其經(jīng)濟(jì)性是顯見的。在某種程度上，綜合利用各種技術(shù)措施達(dá)到空調(diào)節(jié)能，有利于國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，是一件利國利民的好事。

2 影響空調(diào)能耗的因素

影響空調(diào)能耗的因素有很多，例如，室內(nèi)溫濕度設(shè)定值、室外空氣量、空調(diào)方式、空調(diào)系統(tǒng)的控制運行和維護(hù)管理等。建筑物的朝向和平面布置、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能、窗戶隔熱和建筑遮陽等也對空調(diào)能耗產(chǎn)生很大影響，因此，在空調(diào)設(shè)計運行時應(yīng)綜合考慮各個因素的影響，力求在最大程度上降低空調(diào)能耗。

一般可將空調(diào)系統(tǒng)的能耗可分為兩大部分：

（1）供給空氣處理設(shè)備冷（熱）量的冷熱源耗能。

（2）動力耗能：克服空調(diào)系統(tǒng)工作介質(zhì)循環(huán)阻力的耗能。

空調(diào)系統(tǒng)總能耗的計算一般有以下幾種方法：度日法（degree days）、電子計算機(jī)模擬計算法、當(dāng)量滿負(fù)荷運行時間（τE）法和負(fù)荷頻率表法。

3 空調(diào)節(jié)能的若干措施

空調(diào)系統(tǒng)通常由多個環(huán)節(jié)組成，其總能耗受諸多因素影響，因而節(jié)能是一個綜合系統(tǒng)工程。有效可行的節(jié)能措施和策略可有多種，設(shè)計和使用空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)對各節(jié)能方法綜合利用以趨利避害。

3.1建筑物及其圍護(hù)結(jié)構(gòu)

建筑物及其圍護(hù)結(jié)構(gòu)對節(jié)能的影響主要有如下方面：

（1）建筑物的朝向 同樣形狀的建筑物，南北朝向比東西朝向冷負(fù)荷小。對一個長寬比為4∶1的建筑物，東西向比南北向冷負(fù)荷約增加70%。因此，選擇合理的建筑物朝向是一項重要的節(jié)能措施.

（2）體形系數(shù) 建筑物體形系數(shù)S=F/V

其中，F(xiàn)—建筑物與室外大氣接觸的外表面積，外表面積不包括地面、未采暖的樓梯間隔墻和戶門的面積；V—建筑物所包圍的體積。

對于相同體積的建筑物，S越大，則其外表面積越大，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱越多，空調(diào)冷負(fù)荷也越大。為節(jié)能起見，在建筑設(shè)計時應(yīng)盡量控制S，如果出于造型和美觀的要求需要采用較大S時，應(yīng)盡量增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻。

（3）外窗面積

從建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)（窗、墻、樓板、屋蓋、地板等）傳入室內(nèi)的熱量中，外窗的傳熱量和太陽輻射占圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總傳熱量比例很大。因而要盡量減少外窗面積，并采取有效的遮陽措施，如選用特種玻璃、雙層玻璃和窗簾或遮陽板等。

（4）圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能直接影響空調(diào)房間的冷熱負(fù)荷。有關(guān)文獻(xiàn)指出，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)每增大1W/m2·k，在其他工況不變條件下空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計計算負(fù)荷約增加30%。因此，提高建筑物保溫性能是減少空調(diào)系統(tǒng)能耗的重要措施之一。以下措施可有效降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，從而降低能耗。

3.2 合理利用和控制室外新風(fēng)量

在人員長期停留的空調(diào)房間，人們呼出CO2的增加會逐漸破壞室內(nèi)空氣的正常成分，對人體健康產(chǎn)生不良影響。從滿足室內(nèi)人員衛(wèi)生要求出發(fā)，必須保證每人有一定的室外新風(fēng)量。在空調(diào)系統(tǒng)總冷（熱）負(fù)荷中，新風(fēng)冷（熱）負(fù)荷占較大比例，例如，在我國主要空調(diào)地區(qū)的商場中，隨客流密度的變化，新風(fēng)冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷的比例高達(dá)21%～42%。因此，在滿足室內(nèi)人員衛(wèi)生要求的前提下，減少新風(fēng)冷（熱）負(fù)荷是空調(diào)系統(tǒng)的重要節(jié)能措施。

一般地，舒適性空調(diào)設(shè)計均是根據(jù)建筑物的使用功能及設(shè)計規(guī)范來確定新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)（每人每小時所應(yīng)供給的新風(fēng)量）的。用這一新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)乘以室內(nèi)人數(shù)即得空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計新風(fēng)量?？梢?，新風(fēng)量與室內(nèi)人數(shù)是緊密相關(guān)的。在空調(diào)設(shè)計階段不可能有室內(nèi)人數(shù)的確切數(shù)據(jù)，設(shè)計人員只能根據(jù)設(shè)計資料及經(jīng)驗選取一個數(shù)據(jù)，這一數(shù)據(jù)代表了正常情況下室內(nèi)人數(shù)的最大值。在空調(diào)系統(tǒng)運行過程中，室內(nèi)人數(shù)是經(jīng)常變化的，實際室內(nèi)人數(shù)經(jīng)常少于設(shè)計值，例如，商場室內(nèi)人數(shù)的變化范圍為0.1～1.5人/m2，辦公樓室內(nèi)人數(shù)的變化范圍為0.03～0.25人/m2。隨著室內(nèi)人數(shù)的變化，若能相應(yīng)地調(diào)節(jié)新風(fēng)量，則可大幅度減少新風(fēng)冷（熱）負(fù)荷以降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。

為了控制新風(fēng)量，可在回風(fēng)管道上設(shè)置CO2檢測儀，根據(jù)CO2氣體濃度的變化自動控制新風(fēng)量；也可根據(jù)星期或時刻不同室內(nèi)人數(shù)的變化，手動控制新風(fēng)量?？照{(diào)系統(tǒng)一般按以下三種方式運行：

（1）新風(fēng)閥門一直固定在設(shè)計新風(fēng)量的開度上。

（2）根據(jù)顧客的變化情況，手動控制新風(fēng)閥門，平日半開，節(jié)假日全開。

（3）根據(jù)顧客的多少，用CO2氣體濃度儀比例調(diào)節(jié)新風(fēng)閥門的開度，使室內(nèi)CO2氣體濃度保持在0.08%～0.1%之間。

這三種運行方式能耗比較如表1所示：

表1 控制新風(fēng)量所消耗的能量（109J/季）

供冷（6、7、8、9月）

供暖（1、2、3、12）

閥門情況

固定

自動

固定

自動

室內(nèi)負(fù)荷

7886

7886

423

423

新風(fēng)負(fù)荷

8150

4156

11447

3423

合 計

16036

12042

11870

3846

節(jié)約率%

0

24.9

0

67.6

由此可見，自動控制新風(fēng)閥門調(diào)節(jié)新風(fēng)量與固定新風(fēng)量的情況相比，在最熱月系統(tǒng)冷負(fù)荷約減少25%，在最冷月系統(tǒng)熱負(fù)荷約減少68%。對于周邊負(fù)荷影響小而內(nèi)區(qū)發(fā)熱量較大的建筑物（大型商場、影劇院等），過渡季或冬季室內(nèi)仍需供冷，此時，由于室外空氣焓值低于室內(nèi)空氣焓值，應(yīng)充分利用室外新風(fēng)所具的冷量，加大新風(fēng)使用量直至全部使用室外新風(fēng)向空調(diào)房間送風(fēng)。這樣不僅可減少人工冷源的使用時間、降低人工冷源的能耗和運行費用，還可改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。

4.3 減少輸送系統(tǒng)的動力能耗

動力能耗主要是指空調(diào)系統(tǒng)運行中風(fēng)機(jī)和水泵所消耗的電能，采用科學(xué)的方法使之降低對整個空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能有十分重要的意義。在工程設(shè)計與實踐中常采用以下方法減少動力能耗：

（1）大溫差

若系統(tǒng)中輸送冷（熱）量的載冷（熱）介質(zhì)的供回水溫差采用較大值，則當(dāng)它與原溫差的比值為N時，從流量計算式可知，采用大溫差時的流量為原來的流量的1/N，管路損耗即水泵或風(fēng)機(jī)的功耗則減小為原來的1/N2，節(jié)能效果顯著。故應(yīng)在滿足空調(diào)精度、人體舒適度和工藝要求的前提下盡可能加大溫差，但供回水溫差一般不宜大于8℃。

（2）低流速

水泵和風(fēng)機(jī)的功耗與管路系統(tǒng)中流速的平方成正比，采用低流速能取得較好的節(jié)能效果，且有利于提高水力工程的穩(wěn)定性。

（3）采用輸送效率高的載能介質(zhì)

一般情況下，用水輸送冷（熱）量的耗能量比空氣輸送要小，且輸送相同的冷（熱）量所用水管管徑要小于風(fēng)管，所占空間相應(yīng)也小得多。

4.4 變頻調(diào)速

目前，空氣—水系統(tǒng)在我國空調(diào)系統(tǒng)中所占比例較大，因而空調(diào)水系統(tǒng)的運行管理也是影響空調(diào)節(jié)能的一個重要因素。在一個綜合性建筑物內(nèi)各空調(diào)系統(tǒng)不可能同時使用，為此可將其劃分為不同的空調(diào)系統(tǒng)，但空調(diào)水系統(tǒng)在滿足設(shè)備承壓的情況下一般不分區(qū)不分設(shè)系統(tǒng)，只采用閥門控制各系統(tǒng)的開關(guān)。但循環(huán)水泵的流量是無法控制的，只能在用戶末端設(shè)三通調(diào)節(jié)閥將多余的水流量通過旁通閥流回系統(tǒng)。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)低負(fù)荷運行時，水泵卻在滿流量下運轉(zhuǎn)，能源耗費相當(dāng)嚴(yán)重。一般水系統(tǒng)通過閥門節(jié)流，風(fēng)系統(tǒng)通過再加熱以適應(yīng)部分負(fù)荷運行的需要，此種調(diào)節(jié)方式耗能嚴(yán)重。有資料統(tǒng)計表明，此類調(diào)節(jié)方式中，定速泵和風(fēng)機(jī)所耗電能有60%～70%消耗于調(diào)節(jié)閥、截流控制壓降等處。

圖1 變頻調(diào)速示意圖

將變頻技術(shù)應(yīng)用到空調(diào)水系統(tǒng)中（如圖1），通過改變循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)數(shù)使水泵在變流量變揚程下運行。而水泵轉(zhuǎn)數(shù)的改變并不影響其特性曲線的形狀，在管道特性曲線不變時，水泵始終在高效率下工作，可代替節(jié)流調(diào)節(jié)，是一種可行有效的節(jié)能方法?？照{(diào)系統(tǒng)的水泵和風(fēng)機(jī)的工作點隨空調(diào)負(fù)荷的變化而變化，根據(jù)相似理論可得如下關(guān)系式：

G/G′=n/n′，N/N′=（n/n′）3

其中，G—設(shè)計工況流量，N—軸功率，n—轉(zhuǎn)速

G′—實際工況流量，N′—軸功率，n—轉(zhuǎn)速。

當(dāng)空調(diào)負(fù)荷下降時，可通過變頻裝置調(diào)節(jié)水泵（風(fēng)機(jī)）的轉(zhuǎn)速，從而減小水（風(fēng)）量，節(jié)省電機(jī)的耗電量，達(dá)到節(jié)能目的。例如，若泵轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速的90%，流量下降10%，而軸功率可下降27.1%，節(jié)能效果較明顯。變頻調(diào)速解決了空調(diào)水系統(tǒng)循環(huán)水泵冬夏流量不等的矛盾，同時增加了工程初投資，但可通過節(jié)約運行費用在短時間內(nèi)加以回收。

4.5 從排風(fēng)中回收熱量

在建筑空調(diào)負(fù)荷中，新風(fēng)負(fù)荷所占比例較大。在國外，新風(fēng)負(fù)荷一般占總負(fù)荷的20～30%，因此，利用熱交換器回收排風(fēng)中的能量，節(jié)約新風(fēng)負(fù)荷是空調(diào)節(jié)能的一項有力措施。如果在排風(fēng)中設(shè)置熱交換器（如轉(zhuǎn)輪式全熱交換器），最多可節(jié)約70～80%的新風(fēng)能耗，相當(dāng)于節(jié)約10～20%空調(diào)負(fù)荷。據(jù)日本空調(diào)學(xué)會提供的計算資料表明，若以單風(fēng)道定風(fēng)涼空調(diào)系統(tǒng)為基準(zhǔn)，加裝全熱交換器后，冬季1月份可節(jié)省加熱量約50%，夏季8月份可節(jié)省冷量25%。

4.6 利用冷卻塔供冷

當(dāng)建筑物在冬季或過渡季仍需供冷時，對于全空氣空調(diào)系統(tǒng)，可按全新風(fēng)方式運行以降低系統(tǒng)能耗；但對于風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)方式，由于其新風(fēng)量無法增加，因而不能以全新風(fēng)方式運行，可采用冷卻塔供冷。理論上冷卻塔出水溫度最低值為當(dāng)?shù)禺?dāng)時室外空氣的濕球溫度，在過渡季和冬季，隨著室外氣溫逐漸下降，室外空氣的濕球溫度也相應(yīng)降低，因而冷卻塔出水水溫也隨之降低。當(dāng)室外濕球溫度降至某個值以下時，冷卻塔出水溫度與空調(diào)末端裝置（如風(fēng)機(jī)盤管）所需水溫接近，此時可關(guān)閉人工冷源，以流經(jīng)冷卻塔的循環(huán)冷卻水向空調(diào)系統(tǒng)供冷，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

5 結(jié)論

空調(diào)節(jié)能涉及到諸多因素，是一項系統(tǒng)工程，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生很大影響。隨著新技術(shù)和新材料的誕生與應(yīng)用，關(guān)于空調(diào)節(jié)能的研究與應(yīng)用技術(shù)也將不斷發(fā)展。在此，變頻調(diào)節(jié)、水源熱泵、冰蓄冷、太陽能和空調(diào)系統(tǒng)的智能控制等在空調(diào)節(jié)能方面將得到更深入的應(yīng)用。