暖通空调系统节能设计问题及解决办法

大型公共建筑的能源消耗特点：

类型相同，使用情况大致相同的建筑物之间能耗差异大；表明节能潜力大，也说明设计存在大量问题，导致运行能耗高。

全年用电量变化特点：

商场能源消耗特点：

星级酒店能耗特点：

写字楼能耗特点：

空调节能的重要性：

空调能耗占大型公共建筑总能耗的40%～60%

照明、电器等也占较大的比重，但节能的重点以产品性能提高为主，比如节能灯、低待机电耗的电器等新产品的应用。

空调系统的问题不仅仅是产品，更重要的是系统，尤其是设计环节的优化。

公共建筑不节能的各类因素：

技术方案本身存在问题；

设计意图未得到落实；

设备安装及系统调试不合格；

运行管理方法不科学。

设计阶段对节能问题的重视是建筑节能的首要环节，应充分重视。

不节能的具体问题：

冷热源型式不合理（能源形式、设备匹配）；

冷热源设备效率低下；

存在过冷过热现象（冬季过热、局部过冷、远端不满足），气流组织不合理；

风机水泵常年低效运转（电能白白消耗在阀门）；控制系统形同虚设。

通过大量现场测试发现的技术问题：

1 、冷热源的问题

某宾馆离心机制冷效率实测数据：

运行良好的冷水机组，COP多数时间可达到5及以上。

(1) 冷冻水量分配不合理

4 台同型号的冷水机组。

经测量，1＃、2＃，3＃，5＃冷水机组的COP分别为：4.51、2.24、2.71、4.90。

虽然冷水机组运行近10年，老化各不相同，但冷冻水量的分布不合理也是导致COP差别很大的原因。

(2) 冷却水旁通导致温度过高

冷却水路旁通，冷却水分布不匀，停冷机不关阀，冷却塔老化等。

某酒店夏季冷却水路旁通，冷却水温度提高了2.3℃，冷水机组COP低了5％。

(3) 停冷机不关阀，导致COP降低。

不运行的2＃冷机的冷冻水阀不关，导致冷机的制冷效率低近10％。

原因1：运行冷机的水量变小，蒸发器内换热减弱，蒸发温度降低。

原因2：要求的冷冻水温度降低，造成蒸发温度降低。

(4) 冷机选型偏大，常年处于部分负荷工况。

北京10个商场冷热源设计与运行调查结果：

北京某饭店的冷热源设计与运行调查结果：

北京某商用大厦一共有4台冷水机组。

13:30 的时候大厦负荷为1120kW ，两台冷机运行，单台负荷40％，COP小于3；

11:30 ～12:40大厦负荷为1680kW，两台冷机运行，单台负荷60％，COP为3.75。

2. 风系统中存在的问题

(1) 空调箱各支路水力不平衡

(2) 送回风机不匹配，造成室内负压吸入大量新风。

新风比由设计的12％上升到33％，新风负荷大量增加。

(2) 回风道阻力很大，却采用单风机系统，造成表冷器段负压过大难以排水，排风道也进风，完全依赖室内正压排风。

（3）变风量系统分区问题

症状：冷热不均，难以调整。

原因：风系统分区，水系统分区。

东南外区设计进深2m，太小。在夏季较热的情况下，窗口附近感觉过冷，而离开窗口一定距离又感觉偏热的情况。通过负荷模拟分析发现，外区进深过小是一个制约性的因素。

东北角所示区域被并入东南外区2。实际上此区域的全年负荷特性更接近北向外区。西南角也有类似的分区归属问题。

虽然东内区和北向外区的风系统已经分开，但却由同一支水立管负责。但内区要求夏季水量大，冬季水量少，北外区则反之。用同一根管供，两个区都难以通过水阀控制获得达到要求的水量。

（4）新风不足问题

北京某采用VAV系统的办公楼，东南为玻璃幕墙。存在问题：

下午以后室内人员普遍感到缺氧：面色潮红，发困。

冬季内区过热，无法降温。

原因：

下午太阳辐射已经没有，总风量显著减小，导致新风量减小新风道设计只考虑了最小新风量，未考虑变新风冷却工况。

北京某大商场，有空调系统和暖气片，但冬季暖气片从来没有用过，室内仍然过热。

设计说明书上写明过渡季和冬季过热时可以增加新风百分比或者走全新风，但把新风阀门开到最大也无法增加新风百分比

原因：新风道尺寸和风机压头是按照最小新风量设计的，根本无法增加新风量，与设计说明书不符。

东北某办公大楼的新风控制设计：

新风由独立新风机负责，保证最小新风量。

排风机不变频，开停由室内测得的压力控制，偏高时排风机启动，压力合适时停机。新、排风不联动。

症状：新风不足，送不进来。

原因：

由于室内的空气压力变化一般仅在几个Pa的范围内，压力传感器反应不敏感。导致室内压力比较高时，才有反应启动排风机。

排风机不变频，所以不可能根据室内压力大小调节排风量，保持室内压力平稳。导致排风动作与新风送风动作不一致，室内压力经常过大，其正压状态导致新风送不进来。

建议对策：

排风机、新风机均变频；

新风机、排风机联动，新风机送风量略大于排风机的排风量；

尽量避免依赖压力和流量测量来控制风机运行。

（5）气流组织问题

冬季送不下来：

某银行，冬季上下温差达到16℃(13~29℃)；

风口距地面有4.2米的高度，风口面积过大，而且采用上送上回的送风方式，导致了热风上浮。

夏季砍头风：

某开放式空间办公楼，原设计希望采用条缝风口形成窗侧空气幕，结果造成窗前人员的吹风感。

（6）某些不必要的风机能耗

某宾馆有两台新风热交换机组，为全楼提供新风；

新风机组设计风量为3万m ³ /h，900Pa，年电耗约15万kWh；

实际上这样大的风机能耗并没有发挥应有的作用。

（7）过滤器堵塞严重-风机能耗增加，风量不足。

（8）变风量风道设计采用了定风量方式

症状：近端房间风量过大，而远端房间风量不足，达不到设计要求。

原因：设计为变风量系统，但实际上主送风道为长距离枝状渐缩风道，导致远近静压差太大。特别是近端需求风量小，远端需求风量多时，管道流速越到末端越高，静压更小。而近端VAV末端关到下限风量都偏大。

建议采用环形风道或者不变径风道，利用复得的静压减少远近压差。

用风压图分析问题：

建议：采用环形风道，使风道尽量近似静压箱。

(9) 建筑运营不当造成的风量不平衡问题

问题：冬季大厅太冷，采暖能耗太大。

原因：

整个建筑气流走向不合理，导致能耗增加；

由于冬季电梯间的热压作用，导致冬季大量的冷空气进入一层大厅；

空气渗透负荷太大，空调正压不能抵抗。

3. 水系统设计的问题

(1) 冷冻水泵扬程偏大

一般大楼用户侧阻力为5～20米左右，而该系统为了消除二次泵的过大的扬程，二次泵出口的阀门开度仅为10％左右，50％以上二次泵的电耗浪费在了阀门上。

(2) 冷却水泵选型偏大，为防止电机烧毁，只能关小阀门。

实际上只需要17m水柱，但却选了51m的泵。工况点严重偏离设计点，效率普遍为30％～50％。

(3) 冷却水设计成开式系统

需要扬程43m，选了70m的泵；

改成闭式系统后，需要扬程23m，仍然选了40m的泵。

(4) 加压泵做无用功

一次泵压力过大，导致二次加压泵无用。

如果停用加压泵， 每年可节省电费约16.5万元。

(5) 二次泵设置不当

北京某饭店，四个分区的水泵扬程完全一样，但是二次泵出口不并联，目前每个分区夏季负荷最大时，开一台水泵就可以了。由于不并联，所以二次泵全年每个区都要运行一台。

冷冻水泵电耗增大1倍多！

4. 空调自控系统形同虚设

应该达到的功能：

BAS 系统，特别是空调自控系统，遥测是其基本功能，重要的是能够根据使用特点而自动调节。

存在的问题：

硬件先进，缺乏软件，自控变手控。

BAS 系统只测不控，久而久之测量功能也丧失了。

BAS 系统误操作，不节能反费能。

空调设计人员不懂运行，只懂单点设计。

没有提出详细的工艺要求，特别是工况转换以及如何进行阀的调节没有描述，比如，什么叫做过渡季？什么阀能够控什么参数？

弱电专业人员不懂空调。

为系统配置了过量的传感器，但却不知道测了这些数据有什么用。

过度依赖昂贵的传感器，不考虑传感器的维护性和耐久性。

根本不懂得该控什么执行器才能达到暖通专业给出的控制标准。

电动阀选型错误，或只给出开关量，无法实现调节，甚至反向调节。

(1) 变风量系统静压设计值过高

某变风量系统部分负荷工况下风机不几乎变频，风机能耗很大。

原因：系统静压设定为50mmH2O，风机能耗损失在末端变风量箱上，而现场实测实际上静压25mmH2O已足够。

(2) 电动阀开关状态错误

问题分析：

阀门A：

功能：保护末端设备的安全和正常的工作。

工作原理：当二次分水器和二次集水器之间的压差超过设定压差（设定压差由用户设备的承压能力和正常工作压力值决定）则打开泄压。

正常动作：正常工作时A阀应该关闭，否则浪费水泵能耗。

阀门B：

功能：旁通一次回路和二次泵回路的不匹配流量。

原理：如果冷水系统不是工作在设计工况下（设计工况时，一、二次泵的流量应该匹配，就象原设计中开3台冷机开启5台二次泵的情况，此时所有水量均为720m ³ /h），且水泵不变频，则需要靠B阀旁通两者的流量差。

正常动作：应该保持一次分水箱和二次集水箱的压差为0，所以应常开。

部分系统改造实例：

原来两台新风机组增加到4台，过渡季用室外新风作为冷源。

2000 年与2001年过渡季能耗对比情况：

冷冻泵冷却泵变频节能：

冷却塔+板换作为过渡季冷源：

变风量系统分区改造加环形风道，各层独立进新风

效果：

新风比由10％加到最大40％，解决了冬季内区与东南区降温问题；

新风独立控制，避免了部分负荷时新风不足

环形风道基本解决了管道远近端压差问题；

室内气流分布和温度分布得到很大的改善；

由于水系统未改造，不合理的支路分区仍然带来水量控制上的困难。

五、全面的解决方案

采用全工况的模拟计算分析工具，全面提高设计水平；

空调系统设计人员一定要懂得全年运行调节，具有一定的自控知识，能够给弱电专业人员提出详细的工艺要求；

空调系统设计人员应参加并指导系统调试，总结出现的问题并予以修正。