办公建筑空调节能设计研究

　　摘要：为了保证我国在全球资源竞争日益激烈的背景下，实现经济又好又快发展，节约耗能已成为我国的基本国策之一。而办公建筑空调节能设计是节约耗能的重要组成部分，本文通过分析办公建筑空调节能的特点及发展趋势，通过选择合理的空调系统设计，提出了几点改善建筑空调节能的有效措施，并着重介绍了蒸发式冷凝器的节能方式。

　　关键词：办公建筑,空调,节能

　　目前，在全球资源竞争日益激烈的背景下，调整和优化经济结构、加快转变经济增长方式已成为我国的基本国策之一。而促进节能减排、发展低碳经济，正是“调结构、转方式”的一项重大措施。虽然我国能源总储量较大，但就平均而言却相对匮乏，而且能源利用存在极大地结构不合理，怎样提高能源利用率、降低污染是我们面临的重要挑战。我国总能耗中的30%为建筑能耗，所以发展绿色建筑是节能减排中的重要组成部分，而空调能耗又占到建筑能耗的30%~50%。因此实现办公建筑空调节能可以有效减少建筑能耗，这对于缓解我国能源紧张，降低碳排放，促进经济又好又快发展有着重大的战略意义。

　　1、 办公建筑空调节能的特点与发展趋势

　　办公建筑作为我国现代化城市建设的主要部分，其发展规模越来越大，节能要求也越来越高，其中，建筑空调节能是建筑节能很重要的一部分，对建筑节能发挥着至关重要的作用，其特点主要有：

　　(1) 中央空调节能在办公建筑的应用比例较大，我国大型公共建筑面积能耗约是一般民用建筑的10倍多，中央空调能耗占据了办公建筑能耗的主要部分，因此中央空调节能是空调系统节能的重点控制对象。

　　(2) 冷热能耗对空调系统节能的影响较大，作为空调系统的基础，冷热负荷

　　影响了制冷机、供热锅炉及空调箱、风机盘管的运行消耗，给空调节能的能耗带来了较为重要的影响。

　　随着我国《中华人民共和国节约能源法》、《民用建筑节能管理规定》、《公共建筑节能设计标准》等一系列节能法律法规文件的颁布，节能在建筑领域的应用已经越来越普及，特别是对于空调系统的节能，其比重一直在不断的增长，目前已达到建筑总能耗的40%左右，因此，加快建筑空调节能技术的研究变得越来越重要。

　　2、 空调系统的合理设计是实现空调节能的前提

　　2.1 选择合理的室内设计参数：创造一个舒适的室内空气环境及满足人们办公为主的舒适性是办公建筑空调节能的主要目标，在舒适度满足要求的前提下，提高室内设计温度和相对湿度，降低冬季室内设计温度和相对湿度，这些是室内设计的关键因素。

　　2.2 控制和正确使用室外新风量：空调系统最有效的节能措施之一是控制新风量，尽可能减少新风量标准，除此之外还应当合理利用新风，在过渡季节，应尽量采用室外新风室内降温，以减少制冷机的启用。

　　2.3建筑物围护结构的性能的影响：如果围护构造物的传热系数K减1W(㎡•°C)，则空调设计计算负荷就会减少30%，可见提高办公建筑物的维护结构的性能对降低空调设备能耗具有显著的效果。我国《采暖通风与空气调节设计规范》对维护结构的传热系数做了相应的要求，如：(1)减小办公建筑物的窗户面积，所允许的最大窗墙面积比为0.45;(2)采用具有大热容量的隔热材料，对外墙及屋顶进行包装在处理，从而提高其保温性能;(3)尽可能用白色或浅色对办公建筑物外表面上色，从而减小热辐射。

　　3、办公建筑的空调节能措施

　　3.1 降低室内温湿度标准

　　室内温、湿度标准除了要考虑人得舒适度外，还要考虑节能效率。因为室内设计温、湿度标准对空调冷(热)负荷具有非常大的影响。在不影响人体健康和舒适度的条件下，在夏季室内温度每升高1度，就可以节省15%的能量，而在冬季室内温度每下降1度，可以节省18%的能量，这个效果是非常可观的。

　　3.2 减少空调输送系统的动力消耗

　　办公建筑总耗电量的8%~16%为水泵电耗，几乎为照明用的耗电量。因此，减少水泵电耗是切实可行的，而且节能效果也是相当可观的。可以从以下几个方面采取措施：

　　3.2.1 设计平衡管路，降低阀门阻力

　　调节管路阻力特性可以通过阀门来实现，为了使每一个支路的水量满足要求，可以通过阀门开度来调节每一个支路的阻力平衡。因此在管道系统中使用了很多的阀门，而阀门的阻力又会使水泵的扬程和电耗增大，因此在实际设计当中应优化管道设计，尽量避免使用阀门。

　　3.2.2 采用变频水泵，降低运行耗能

　　办公建筑的空调系统的水流量通常采用下式来确定：式中，G为所要求的水流量，Q为冷热负荷，C为水的比热容，而 为供水温差。从上式可知，空调供水温差越小，空调的水流量就越大，结果导致水泵的耗电量就越大。但增大空调供水温差，并不能无限地降低水泵的耗能，因为增大空调供水温差会减小空调的水流量，从而减低流经制冷机的蒸发器时的流速，最终导致制冷效率下降。

　　根据相似性定律，水泵的流量、扬程、轴功率和转速间的关系如公式：

　　式中：

　　n1，n2 ——电机转速;

　　G 1，G 2 ——水流量;

　　H 1 ，H 2 ——水泵扬程;

　　N 1 ，N 2 ——水泵轴功率;

　　由上式可知，改变水泵电机的转速可以用来控制水泵的流量。利用变频器改变电压频率来实现无级调节改变水泵的转速和流量，最终实现变频调速水泵。在变频调速的作用下，水泵使水量随冷热负荷变化，从而达到非常明显的节能效果。

　　3.3减低风机电耗

　　空调风机以及其它送风机、排风机是空调系统中的最主要的设备，这些设备的电耗占空调系统耗电量的比例是最大的，风机盘管加新风系统在设计当中经常被采用，因为它容易实现单独区域控制以节能。因此，在设计时主要考虑新风区域的选取，尽量做到同一功能区域单独送新风。

　　3.4采用高效节能的蒸发式冷凝器

　　3.4.1 蒸发式冷凝方式特点及工作原理

　　蒸发式冷凝器是一种高效节能的换热设备，它具有以下特点：①节水、节电效果显著;②传热效率提高40%以上;③可使介质冷却至环境湿球温度5℃;④占地面积小;⑤适用于温度<170℃ ，压力<20 MPa的场合。

　　蒸发式冷凝器是以水和空气共同作为冷却介质，主要是利用部分水蒸发时吸收制冷剂气体的热量实现制冷剂的冷凝。主要由冷凝管组、喷淋水装置、挡水板、集水箱、循环水泵及风机等组成。其工作原理是：制冷系统中压缩机排出的制冷剂高压过热气体经过蒸发式冷凝器中冷凝排管，使高压高温气态的制冷剂与排管外的喷淋水和空气进行热交换。相当于把壳管式冷凝器和水冷却塔系统，水泵综合为一体。能耗低，安装简便，阻垢性能好。

　　3.4.2 蒸发式冷凝器的节能分析

　　蒸发式冷凝器省去了冷却水在冷凝器中显热传递的阶段，使冷凝温度更接近于空气的湿球温度，其冷凝温度可比水冷式冷凝器低3～5℃，比风冷式冷凝器低8～11℃，因此可大大降低压缩机的功耗。蒸发式冷凝器制冷系统与风冷式冷凝器制冷系统相比，压缩机的功耗可节约30%以上;与冷却塔-水冷式冷凝器制冷系统相比压缩机的功耗可节约10%以上 。同时，由于降低了水泵的扬程与流量，循环水泵的功耗约为冷却塔-水冷式冷凝器制冷系统的25%。文献[4]指出，蒸发式冷凝器相对于立式水冷式冷凝器可节电80%以上，相对于卧式水冷式冷凝器可节电10%左右。

　　4 结语

　　办公建筑建设量随着中国商业化的进程，逐渐增大，因此办公建筑空调节能设计是一项非常重要而又紧迫工作。通过上述具体措施，可以有效的降低办公建筑的空调能耗，例如：多项改造事例表明，仅通过提高水泵的运行效率及应用变频调速技术就可节能10%～20%。再综合其他节能措施：合理设计办公建筑、选择合理的室内设计参数、控制和正确利用室外新风量、提高冷源效率等各项措施，办公建筑的节能潜力应在目前的能耗基础上达到30%,这对于我国的经济持续发展将是非常有利的。

　　参考文献

　　[1]潘雨顺.简论高层建筑节能设计的主要途径[J].节能，1995(1)

　　[2]周谟仁.流体力学泵与风机[M].中国建筑工业出版社，1985 (12)

　　[3]浅谈办公建筑中央空调设计节能措施[J].中国科技信息，2005(13).

　　[4] 朱冬生、沈家龙.水分布对蒸发式冷凝器传热传质的影响[J].工程热物理学报，2007， (1)83-85.

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文章名称： 办公建筑空调节能设计研究

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