影响空调节能控制的关键因素和节能技术发展动向

2022-09-12

社会经济与科技的发展促进了人类居住环境的改善, 空调技术已经被广泛应用于人们生活和工作的空间, 在为人们提供舒适环境的同时, 空调的耗能问题越来越受到重视。据统计, 随着空调的迅速普及空调用电负荷逐年猛增, 至2003年底, 空调能耗已占全国耗电量的30%左右, 由此可见空调节能的任务日益迫切, 降低空调能耗具有重要的现实意义。

1 影响空调节能的关键因素

在建筑环境中, 影响空调系统工作状态的因素很多, 而不同的因素对空调系统的能耗影响也不一样, 从空调系统本身来划分, 主要有空调系统外部建筑环境因素和空调机组本身因素两类, 下面主要从这两方面对影响空调节能的关键因素进行讨论。

1.1 影响空调系统节能的外部建筑环境

外部建筑环境主要通过影响建筑物和外界的能量交换而影响空调的冷热负荷这对空调的能耗和节能控制影响至关重要, 主要包括以下几个方面。

(1) 建筑物朝向布局的影响。建筑物朝向布局的合理设计可以在很大程度上改善空调系统的冷热负荷, 从而可以用最小的能耗达到最佳的制冷效果。良好的建筑朝向和布局使得建筑物在夏季时可以减少太阳向房间的净辐射热, 而在冬季时可以增加太阳对房间的净辐射热, 合理减少空调系统的负荷, 在一定程度上可以大大降低空调的耗能。

(2) 建筑物体型的影响。建筑物体型的设计对空调的冷热负荷也有着重要的影响, 合理的建筑体型能够减小建筑物与外界的热量交换, 减少建筑物不必要的能量浪费, 减小空调冷热负荷的骤然变化。而具有复杂的轮廊线设计、不简洁、完整的建筑物造型, 则在一定程度上会使得建筑物内部冷量的快速散失, 从而造成空调能耗的增加, 应当尽量避免。

(3) 建筑物节能材料的影响。在建筑物的布局和体型确定后, 建筑物所采用的围护结构、门窗等部位的材料特性是影响空调节能控制的又一个关键因素, 这些材料的导热特性极大地影响了室内与外界冷热交换的能力, 从而影响了空调的冷热负荷的变化和耗能。保温隔热性能良好的建筑材料, 气密性高的门窗, 可以降低空调的工作的强度, 起到节能的作用。

1.2 空调机组自身的技术影响

空调系统由压缩机, 冷凝器, 膨胀阀和蒸发器组成, 在空调机组的运行过程中, 其自身的设备部件同样对空调的节能控制起着关键的影响作用。

(1) 压缩机能耗影响。在空调机组的整个循环过程中, 压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中的低压力, 冷凝器中的高压力的作用, 是整个系统的心脏。因此压缩机是空调系统中主要的用能部件, 其耗能的高低直接决定着空调的能耗水平。

(2) 空调潜能的浪费。空调系统运行时冷凝器需要用水或者冷风进行冷却, 造成了系统内能量的浪费, 若能将这部分能量加以回收, 则在一定程度上可以提高能源的利用效率, 从总体上减少空调的能耗。因此, 采用相应的技术措施回收这部分能量对于实现空调节能的作用也不可忽视。

(3) 制冷剂性能的影响。空调系统中的制冷剂性能对整个空调的稳定运行最为关键, 而制冷性能优良的制冷剂则可以降低空调机组的运行强度, 实现空调的节能降耗。所以, 空调制冷剂性能的优劣在一定程度上也影响着空调的节能潜力开发。

2 空调节能新技术研究进展

2.1 空调变频技术

采用变频调速技术, 根据负荷控制压缩机的转速, 实现节约电能。采用变频技术不但可以实现大幅度的节能, 而且还能实现压缩机的软启动, 减少对电网的冲击以及快速实现高精度的温度控制等优点。目前变频空调的开发已经市场化, 国家也出台了相关的政策鼓励变频空调的推广和应用, 这对我国空调节能事业来说意义重大。

2.2 空调蓄能技术

空调蓄能技术原理是充分利用电网夜间的便宜电力, 制取冰等蓄冷工质, 而在白天利用这部分蓄冷工质进行空调制冷, 减少白天空调用电, 从而达到节能目的。蓄能技术的特点就是转移制冷设备的运行时间, 既可以利用夜间的廉价电, 又可以减少白天的峰值用电负荷, 达到对电网移峰填谷的目的, 是一项双赢的节能举措。据统计, 采用冰蓄冷装置的空调机组, 其节电量在50%~70%之间, 由此可见其节能潜力的巨大。目前, 这项技术还处在推广应用阶段。

2.3 空调热回收利用技术

空调热回收技术主要包括冷凝热回收和排风冷、热回收两方面。冷凝热回收可用于加热生活热水;排风冷、热回收技术主要用于冷却或加热新风, 减少制冷机组的负荷。当系统设计冷凝热回收加热生活用热水时, 只要设计合理, 完全可以将水加热到洗澡用的温度, 满足人们的需要。在夏季制冷供热水时, 因为冷凝器侧回收冷凝热的同时, 蒸发器侧仍在供冷, 空调热回收技术具有明显的经济性, 相应的空调产品也已经开发并在推广之中。

3 空调节能开发中的技术建议

(1) 建筑物人性化设计, 提倡节能建筑材料的使用。对建筑物的朝向布局、建筑物体型进行人性化的优化设计, 减少建筑物和外界能量交换, 降低空调系统的工作强度。改善建筑材料的保温隔热性能, 有效地减少建筑物的冷热负荷;采用新型的隔热保温材料, 如双层玻璃、太阳能玻璃等, 这些措施可在很大程度上节约空调用能。

(2) 采用变频、蓄能以及热回收等节能新技术。变频技术、蓄能技术以及热回收技术等空调节能措施的应用, 可以大幅度节约空调用电, 降低空调能耗。因此在进行空调设备选型时, 在满足用户负荷需求的前提下, 应尽量选择采用节能新技术的节能空调系统, 国家也要相应出台一些宏观政策来鼓励相关产品的市场推广和应用, 从而降低空调能耗。

(3) 提倡节约意识, 合理使用空调制冷。空调运行管理人员和用户是空调节能控制中的主管能动者, 提高其节能意识对空调节能来说是必不可少的一环。人体感觉舒适的室内空气参数区域, 大约是空气温度13℃~25℃, 空气相对湿度20%~80%, 如果夏季设计温度太低, 会增加建筑的冷负荷, 因此提倡空调节电意识, 采取相应的管理措施, 可以减少空调用能的浪费。