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暖通空调系统能耗分析——以北京市办公建筑空调为案例 摘要：以北京市大型公共建筑能源审计所获得的数据为样本，选取其中5栋具有代表性的办公建筑单位能耗统计数据进行分析，探究办公建筑能耗的基本状况及特点，通过计算空调系统分项能耗指标，提出相应措施与建议，为政府能源管理部门及用能单位自身加强能源管理、挖掘节能潜力，实现为办公建筑空调系统节能目标提供科学的依据。 关键词：办公建筑；空调能耗；分项电耗 前言 办公建筑的使用特性，决定了其能耗特点与其他类型建筑有显著不同，可总结为以下四点：（1）空调能耗主要集中在工作日8：00~18：00，工作时段与非工作时段能耗差别明显；（2）办公建筑内大多设 有遮阳设施，不能充分利用自然采光，照明设备及办公设备数量多，能耗高；（3）新风负荷大；（4）室内环境舒适度要求较高。 1办公建筑空调系统能耗统计与分析 1.1工程概况 基于北京市大型公共建筑能源审计所获取的资料及数据，整理后选取其中具有代表性的5栋办公建筑作为样本，对其空调系统能耗进行分析研究。5栋建筑的结构形式均为混凝土剪力墙，建筑概况及外围护结构信息如表1所示。 由表1可知，5栋办公建筑外墙材料以加气混凝 土砌块为主，除4号办公建筑外，均设有保温和遮 阳措施。并使用低透射率的Low-E玻璃或镀膜玻璃。从围护结构的基本信息中可知，由于4号办公建筑竣工时间较早，围护结构所采用的节能措施尚不完备，具有很大的节能改造空间。 表1 办公建筑围护结构信息 1.3办公建筑空调能耗分析 建筑能耗是指建筑的使用能耗，构成建筑能耗的指标体系如图1所示。根据5栋办公建筑的能耗及空调系统能耗数据，计算得到每栋建筑的能耗及空调系统能耗，折合标准煤后的数据见表3。 由表3可见，不同建筑能耗差别较大。5号办公建筑空调能耗指标较4号办公建筑有明显下降，其主要原因为4号办公建筑竣工时间较早，围护结构所采用的节能手段尚不完善。同时通过现场走访，发现4号办公建筑存在下班后因少数人加班而运行 整套空调系统、空调系统运行的同时未关闭门窗、无人区域灯常开以及电机长时间处于部分负荷状态下运行等现象。5号办公建筑竣工时间较晚，围护结构采用节能措施较完善，同时因设备陈旧、损坏产生的能耗较少，具备较完善的能源管理制度及运 行管理团队，设有节能办公室和健全的能源管理网络，并明确节能管理责任。 图2办公建筑空调系统能耗占建筑总能耗比例 2 空调系统分项能耗分析 空调系统能耗主要由冷源、输送系统和空调末端3部分组成，其中冷源的主要能耗来源为制冷机，输送系统主要能耗来源为冷却塔与水泵，空调末端的主要能耗来源为风机（空调箱循环风 机、新风机组风机、风机盘管循环风机等）。不 同的空调系统形式、运行管理方案，对空调系统 能耗均会产生影响。 根据统计的5栋建筑空调系统供冷期实测数据及分项计量空调系统各部分能耗，分析分项能耗特点及节能潜力。 空调设备中冷水机组全年总能耗按下式计算： E=Q×IPLV（1） 式中：E——冷水机组全年总能耗（kW?h）； Q—— 冷水机组年制冷量，由空调假象负荷乘 系数 1.2 得到； IPLV—— 冷水机组一次能部分负荷综合值。 风机、水泵设备全年能耗 E 的计算采用当量满 负荷运行时间法，按下式计算： E=Pτ（1-r）（2） 式中：E—— 设备全年能耗（kW?h）； P—— 设备额定输入功率（kW）； τ—— 累计运行时间（h）； r—— 效果率，反映因采用控制方法（如台数 控制，变频调速控制等）而使总能耗减 小的效果。 2.1制冷机能耗 5栋建筑使用功能虽一致，但是单位面积冷机能耗存在很大差异，各建筑制冷机能耗如图3所示。其中，4号办公建筑冷机能耗指标为5.93kgce/m2，而5号办公建筑能耗最低，冷机能耗指标为1.75 kgce/m2，其差异主要来源于供冷时间长短，其中制冷机的额定效率和负荷率对其能耗也有一定影响。 2.2冷冻水泵能耗 5栋办公建筑的冷冻水泵能耗指标如图4所示。由于冷冻水泵的任务是将制冷机制备的冷量以水为媒介，输配到各个空调箱、新风机组和风机盘管等末端用户的换热设备，所以可定义输配系数来衡量其效率。冷却水泵的能耗与供冷时间密切相关，与空调水系统形式、水泵运行策略、水泵效率和空调末端水阀控制方式等也存在一定关系。 图5空调风机能耗指标 2.4冷却水泵和冷却塔能耗 冷却水泵和冷却塔能耗如图6所示。冷却泵能耗与供冷时间和所需排热量存在一定关系。除此之外，水泵效率、冷凝器阻力和冷却水管道阻力也对冷却泵的能耗有一定影响。但若只以降低冷却泵能耗为目的，可能导致冷却水流量不足、温差加大，从而使制冷机冷凝温度升高，冷机效率下降。 冷却塔风机大气环境作为冷源，驱动空气流过冷却塔内的换热填料表面，与冷却水进行热质交换，从而将冷冻机冷凝器排出的热量全部带走，维持冷凝温度在合理范围值内。冷却塔散热效果直接影响冷凝温度，而冷凝温度升高则导致冷机COP下降，致使制冷主机能耗增加。所以，冷却塔对冷机效率影响所造成的能耗远大于其自身风机能耗。 图6冷却水泵及冷却塔能耗指标 3办公建筑空调系统节能潜力分析 通过以上对空调系统的分项能耗统计与分析，可以看出办公建筑存在很大的节能空间，可采取以下措施来实现节能降耗的目的。 本文来源：https://www.dywdw.cn/378feb94d938376baf1ffc4ffe4733687f21fc16.html
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2023-02-15
