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办公楼节能空调系统的构建分析论文
0引言
能源危机一直是当今世界各国所关注的话题，近几年人们越来越多的关注节能减排，根据调查，建筑能耗在整个社会所产生的能耗中占据了相当大的比重，例如，2007年我国的建筑能耗即已经约占当年社会总能耗的23%[1],并且其增长速率有增无减。而在建筑能耗中，空调系统所产生的能耗占据了很大一部分，平均能够达到40%,有的甚至高达70%[2].在各种类型的建筑所产生的能耗中，办公建筑所占的比重很大[3].在绿色建筑成为开发商、研究者研究热门的今天，研究如何保证空调系统节能，优化空调系统组成，改变空调系统的设计理念具有相当重要的意义。
1舒适性空调参数设定
空气温度、湿度和气流速度是3个影响室内热舒适性的主要方面，三者相互作用、影响，每一个因素发生变化都会影响人员在室内的舒适感觉。2013年，兰芳、万建武等人以广州某办公建筑为例，采用PMV - PPD指标[4]进行计算，并分析温度、相对湿度及空气流速对空调能耗的影响，发现随着设定温度的提高能耗下降并呈线性关系，温度平均每升高1 ℃，空调能耗减少5. 3%,能耗随着室内的相对湿度升高而减小，相对湿度每上升10%,空调能耗减少5. 8%,建筑能耗减少2. 1%.在夏季制冷条件下，室内温度每升高1 ℃能耗降低10%.冬季制热条件下，温度每降低1 ℃能耗可降低8%.[5]2014年，文杰通过依据PM V指标对空调的热湿参数进行了最优化调整和组合，在保持室内风速v = 0. 1 m /s,平均敷设温度tr = 26 ℃的情况下，PM V = 0时，随着相对湿度的增加，围护结构传热增加新风符合减少，房间总负荷减少。空气温度每变化1 ℃，房间负荷平均变化4. 3%,而相对湿度每变化10%,房间负荷约平均变化2. 1%[6].李莉分析影响居室环境热舒适的主要因素，基于PMV - PPD模型进行了计算分析，探讨了家居环境标准和空调参数的节能控制，得出结论，在居室内的空调参数的设定在保证热舒适的条件下，从节能的角度出发，应充分考虑居住建筑及居室人的状态特点，综合考虑各种因素对人体舒适的影响作出设定。其中夏季居室空调指标设定范围可取为： 温度26~ 29 ℃，空气相对湿度为40% ~70%,气流速度≤0. 3 m / s,适时调节参数为： 人静坐休息时，空调温度可设定为28. 5~29 ℃，从事家务劳动时，空调温度可设定为25. 5~27 ℃。[7]
综上所述，结合当下节能减排的总体思路，空调的参数设定应当充分考虑建筑物的用途，设定参数设定的大致范围，再根据人的行为进行一定程度的调节，若直接使用定参数控制，则势必会造成能源的浪费。
2冷热媒温度的确定
室内热舒适性受到室内空气温度、湿度和气流组织的影响，任何一个因素变化都会影响到室内热舒适性，研究发现，露点温度变化5. 8 ℃与干球温度变化0. 5 ℃具有相同的热舒适性[5].相对湿度从50%降低到35%时，采 用 低 温 送 风 可 将 房 间 的 干 球 温 度 从23. 9 ℃提 高 到24. 4 ℃，而 保 持 等 效 的 舒 适 性[8].Fanger的研究发现温度和湿度对空气的接受能力会产生极大的影响，空气的接受能力随空气的焓值的上升呈线性下降[9 - 10].因此，研究者认为，减少新风供给、增大空气焓值或者降低冷媒的温度，一样可以产生令人满意的热舒适性，通过这种方法达到节能的目的[8].2011年，于秋生对制冷循环进行了热力计算，分析了冷媒温度对制冷剂能耗及COP值之间的影响，结果表明供回水在整个系统能耗和投资影响中扮演着十分重要的角色，分析得出相同供回水温差下，供水温度越低制冷剂的能耗就越大，同时，COP就会越低，而且低温供水对冷源处是不利的，制冷剂供水温度每升高1 ℃压缩机的功率下降3. 3%,同时，冷水机主COP升高3. 6%.其次，供回水温差△t越大、回水温度越高，能耗损失和投资也就越大。[11]
因此，在保证室内热（ 冷） 舒适性的条件下，为了达到节能的目的，应当慎重选择冷热媒的温度及供回水温度，以达到低能耗高收益的目的。
3冷源的改进
影响空调节能的关键因素之一是在系统设计时对设备进行合理的选型，所以合理配置中央空调系统中的冷热源对节能和合理利用能源来说起着至关重要的作用。中央空调系统常用的冷热源配置方式有水冷冷水机组加锅炉和热泵型机组[12].在实际生产中，我们应当根据不同房间的送风要求，使用不同温度的低温冷媒和空调系统给建筑物供冷。例如，当房间要求送风温度高于7 ℃时，可以采用直接膨胀式空调系统畸形低温送风，这种系统设备投资低，维护费用少； 而当送风温度低于7 ℃时，盘管内的低温水温度就需要1~4 ℃。通过对比，发现冰蓄冷技术可以满足这一要求，不仅如此，当冰蓄冷系统与低温送风相结合时，可以将整个空调系统在用电高峰时期的用电需求移至用电低谷时段，同时减少制冷机组水泵和冷却塔的容量，甚至可以省去冷却塔和部分机组设备，减少装机容量。有了冰蓄冷技术的融入，可以起到削峰填谷的作用，节省运行费用。根据研究，与冰蓄冷结合的低温送风系统较常规的空调系统年运行费用可降低18%~28%.
4空调系统的节能控制
我国幅员辽阔，很多地区夏季炎热，较多的住宅和办公楼采取中央空调集中供冷系统，并且保持空调机组长时间运行。这样保持统一功率或粗犷式的控制势必导致能源的流失，达不到节能降耗的目的。所以近几年，越来越多的写字楼和综合性建筑被设计为智能型建筑（Intelligent Building,IB）[13],人们希望通过智能化控制，分时分地段的进行供冷供热。这种新型的自动化控制方式日益成为研究者和建筑从业人员的关注焦点。
4. 1基于OPC系统的室内环境控制
OPC[14]技术以微软公司的COM /DCOM（ 组件对象模型/分布式组件对象模型） 技术为基础，为控制软件定义了一套标准的对象、接口和属性。通过这些对象接口，应用软件之间能够无缝地集成在一起，实现应用程序之间数据交换的标准化，从而极大地提高自动化系统、现场设备和商业办公系统的互操作性。在控制空调系统方面，OPC系统可以用自控手段对室内的温度、湿度和CO2浓度做出调节。由于人对于湿度和CO2浓度并不敏感，所以OPC系统中CO2浓度和湿度的目标值由管理员设定。用户自行设定的是温度的目标参数。通过该系统，可以实现对建筑物内的空调系统的智能化控制，对室内温度参数的动态化处理，实时的控制空调系统（ 其中最主要是对空调系统末端装置） 的运行状态，使得空调系统更加节能[15].不仅如此，OPC系统良好的人机交互功能可以使用订阅的方式来读取数据，得到温度、湿度等[16].
4. 2 EIB技术对于风机盘管的控制
EIB最大的特点是通过单一多芯电缆替代了传统分离的控制电缆和电力电缆，并确保各开关可以互传控制指令，因此总线电缆可以以线型、树型或星型铺设，方便扩容与改装。每条支线利用线路耦合器可以连接为一个区域，而每巧个区域利用总线祸合器可以连接成一个大的系统。根据标准，一条总线的最大长度为1[17]EIB系统非常适用于一二线城市中的办公用写字楼或新建的CBD,这些建筑采用时尚的建筑风格，较多地采用开敞式空间与隔断、房间相结合的方式，若不进行细致地管控，空调系统的能耗将大大加大。EIB系统对风机盘管控制的原理为： 对空调末端供冷（ 热） 区域采用2种控制方式，即集中控制（ 开敞办公区） 和集中加就地控制（ 隔断、独立办公室、会议室等）。[18]吴琴霞等人的研究通过利用EIB系统实现空调风机盘管系统的最优化节能控制为整栋建筑的节能打下了一个好的硬件及软件基础，在实际的施工过程中，虽然前期投资将相对加大，但从长远来看，使用EIB系统则是最节能、环保和经济的选择。EIB系统的运用，有效地降低了能耗和运行费用，根据实际数据和测算，节能比例将达到31%左右，而且其前期投资回报期只有3年左右，具有很大的利用价值和市场潜能。
5结论
目前，空调系统基本上已经是建筑物中必备的设施，在建筑节能中，由于暖通空调系统的节能占据主要部分，我们应当对系统的每一个部分都进行思考和改进，冷热源、热媒、设定参数，尤其是末端装置的智能化控制。从设备的角度改进，提升系统的整体性能，而从末端装置的智能化控制，可以改变人们对于该系统的认识，毕竟空调系统由人设置，也是服务于人的，所以行业从业者和研究人员应当更加关注暖通空调系统的自动化方面的研究。
参考文献：
[1]清华大学建筑节能研究中心。中国建筑节能年度发展研究报告[R]. 2010.
[2]兰芳，万建武。办公建筑空调室内设计参数选取的研究[J].制冷，2013,（4） :26-32.
[3]张立文。重庆市公共建筑空调运行现状调研及节能运行控制[D].重庆： 重庆大学，2009.
[4]GB /T18049-2000,中等热环境PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定[S].
[5]Berglumd L G. Comfort benefits for summer air conditioning with icestorage[J]. ASHRAE transactions,1997,（1） :843-847.
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