玻璃幕墙设计与空调节能.docx
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玻璃幕墙设计与空调节能
玻璃幕墙设计与空调节能
徐湘波张俊胡益雄
长沙铁道学院机电系湖南长沙410075
摘自《制冷》1999年第4期
众所周知，采用玻璃幕墙作围护结构，具有美观大方、自重轻、采光充足等优点，但是空调负荷过大的缺点也不容忽视。
1合理选定玻璃幕墙种类
合理选定玻璃种类，需要根据地理位置的气候特点、建筑物空调系统的运行特点、节能及初投资多角度进行研究比较。
目前采用较多的是单层反射玻璃和双层玻璃。
据介绍，单层反射玻璃反射30％的太阳辐射热。
INTERPANE提供的镀膜热反射玻璃IA108可达到37％。
双层玻璃则更胜一筹。
两者的优劣比较见表1。
目前幕墙设计中，对玻璃幕墙的初投资较为重视，而对其它项考虑不足。
2合理选定玻璃幕墙面积、幕墙朝向和幕墙划分方案
目前，玻璃幕墙设计尚无规范可循，在相关的设计手册中仅有一些建议。
例如，在文献[2]中，提出了以下两点建议：
（1）一般情况下，玻璃的边长比宜为（1.2-1.5）：
1，不宜大量划分正方形和1：
2以上的狭长矩形，通常玻璃原板的尺寸为2.2-2.4m宽，3.3-3.6m长，划分玻璃时要尽量利用玻璃原板，减少边角余斜，一般要求材料的利用率在80％以上为好。
（2）玻璃划分应与室内的空间分隔相协调，不允许一块玻璃跨越两个房间，因为这是防火规范所不允许的。
朝向不同，会引起太阳辐射得热量的不同。
幕墙朝南具有采光充足的优点，但是太阳辐射得热量也比较大，但两者相比，因采光充足减少照明时间所节约的能量较少，所以建议尽量避免。
幕墙朝东的情形与幕墙朝西的相同。
幕墙朝北则因采光欠佳，而且冬季太阳辐射得热量较小，所以少有采用。
对于近似圆柱面的玻璃幕墙，可在不改变所用玻璃原板数目和单块玻璃的高度的前提下，适当改变玻璃幕墙单块玻璃的宽度，以实现空调节能。
这是因为单块玻璃的宽度越小，玻璃幕墙越近似圆柱面，太阳辐射得热量越小，但通过玻璃幕墙瞬变传热量越大。
这样来就存在一个最佳的单块玻璃的宽度。
目前，玻璃幕墙设计尚无规范可循，设计时应在满足业主要求的前提下，通过合理选定玻璃种类、幕墙面积、幕墙朝向和幕墙划分方案来降低空调负荷，以实现空调节能。
空调系统中冷却塔的节能
摘自《暖通空调》
江苏特灵电制冷机有限公司底世涛
1引言
在制冷空调系统中，冷却塔起着非常重要的作用。
目前应用较广泛的是湿式（蒸发式）冷却塔。
当冷却水通过冷却塔与外界空气进行换热的同时，实际上还进行着质量的交换，因此热量又分为显热和潜热两部分。
因此，冷却塔的选择与以下几个因素有关：
需冷却的热负荷，冷却的温度范围，接近度，湿球温度。
2总体考虑冷却塔出水温度
2.1冷却塔出水温度较低
降低冷却塔出水温度，对冷水机组性能提高有益，然而，是否冷却塔出水温度越低越好呢？
对于制冷机冷凝压力有一低限，冷凝温度因此也有一个低温限制。
对于溴化锂吸收式制冷机，冷凝温度过低，就会造成“冷剂水的污染”，另外可能造成溶液浓度较高，从而引起“溶液结晶”现象发生。
对于离心式冷水机组，冷凝温度过低，就有可能造成压缩机“液击”现象。
而对于螺杆式冷水机组，就会引起压缩机“失油”和蒸发器“蒸发温度过低”而停机。
降低冷却塔出水温度虽然能提高机组的性能，却增加了冷却塔斯社风机和水泵的电能消耗。
同时要考虑的是，机组冷凝温度的降低，并不总是导致机组性能的提高。
实际上机组的耗电指标随着冷凝压力的进一步降低有升高的趋势。
2.2冷却塔运行方式比较
机组的负荷是随时间变化的，冷却塔的性能受外界空气的湿度条件与制冷机组的冷却负荷影响。
因此，在设计条件下运行冷却塔，不是最经济的。
另外一种方式是将冷却水出塔温度控制点设定为空气湿球温度加上2.8摄氏度，这种方式同样不是最经济的，原因同上。
因此，存在冷却塔出水温度最佳控制点，该点应在设计点和最冷点之间，使得制冷机组与冷却塔风机总耗电量最小。
3结束语
对于空调用户而言，所耗电量为制冷机组、冷却塔、水泵等系统各部分耗电量的总和。
目前，制冷机组的性能指标同过去相比，已达到很高的水平，而系统中除机组之外其它部分的耗能亦占有相当大的比例，所以不能仅仅注重制冷机组的耗能而忽视了空调系统其它设备的节能。
空调水系统的节能设计探讨
长沙有色冶金设计研究院 欧阳焱刘光大
摘自《湖南暖通空调》
空调工程的电能耗量（采用电制冷方案）约占该建筑总耗电量的40%-50%，而空调水泵的耗电量又占空调耗电量的18%左右。
对于空调水泵的设计选配，虽然也有一些节电措施，但从现状看其工程实施和重要程度还远远不够，电能的浪费还十分严重，因此水泵的节电还存在着很大的潜力。
在目前空调水系统设计中，一般是选用多台相同的水泵并联，管网的性能按最大流量设计。
1给定管路的流量与阻力分析
对于给定的管路系统，在流量变化时其阻力与流量的平方成正比，如下式：
H1/H2=Q21/Q22
（1）
在空调工程设计中，空调水泵扬程H一般按下式选取：
H=Ha+Hb+Hc+Hd
（2）
式中 Ha表示冷水机组的阻力；
Hb表示制冷站内分支管路的阻力；
Hc表示制冷站内干管和制冷站以外管网的阻力；
Hd表示空调末端设备的阻力；
在实际工程中我们所接触的水系统多为并联回路，水系统的水力平衡是保证其运行良好的前提，在设计中甚至有部分设计师采用加大流量的办法来抵消水力不平衡的影响。
其实，加大流量并不是一个好办法，它只不过是掩盖了水力不平衡的矛盾，在提高原来流量偏小的环路流量的同时也提高了原本偏大的环路流量，造成电能的浪费，是不可取的。
真正解决水力不平衡的问题还得通过在设计中水力平衡和运行中的调节。
2水泵节能的设计的探讨
采用变频技术对水泵进行无级调速是一种行之有效的节电方法，也是水泵运行节能的发展趋势，但在实际工程工程中，由于价格较高、变速水泵工作点的变化及水泵的效率、水量变化与冷水机组匹配运行等问题，在实际中还运用不多。
本文主要探讨在给定的管网特性情况下，多台水泵并联设计，其运行中节能的可能性和实用性。
在冷冻机房的设计中，通常是选用多台相同型号的水泵并联运行，其中一台备用，为了达到水泵运行时节能的目的。
本文提出大小泵匹配的方案。
3分析及看法
3.1大小泵匹配的方案是节约能源切实可行的方法，简单、效果显著，对于中小型空调冷源系统十分适用。
3.2设计时应计算分析管网特性和负荷特性，正确选用水泵的流量和扬程。
3.3设计中应注意管网的水力平衡，避免在小流量运行地不利环路缺水。
3.4空调水系统大小泵匹配节电是肯定的，但对于不同的方案节电幅度也不尽相同，它往往受到设备选型局限性的影响，并与空调负荷时间频率有关。
对于冷却水系统因共用管路系统较少，节约电能幅度较少。
现代化办公楼的空调节能与新风控制方法的探讨
中国建筑科学研究院空气调节研究所杨纯华赵志安
1.现代化办公楼的特点和空调系统设计的目标
从空调系统设计有关的方面简述如下：
在建筑布置上，一般综合性高层办公楼由办化用的标准层和综合服务用的公共用房，两者在使用时间上存在差异，高层建筑的密封性较好，其室内空气环境的好坏完全依赖于空调系统；高层建筑采光以室内照明为主，要求有良好的室内照明；智能化办公楼是信息时代的产物，是计算机技术、通信技术、控制技术与建筑技术结合的产物，它已成为当今办公楼发展的方向。
现代化通信、楼宇自动化和办公自动化系统智能化办公楼中的重要组成部分，办公区内各种通讯设施齐全，计算已成为每个工作人员必备的工具，因此室内发热设备明显增加，照明与空调能耗占整个建筑总能耗的比例越来越大，成为整个建筑的主要能耗。
本文讨论的工程实例，是国内办公楼建筑最常见的空调系统形式，即塔楼为带独立新风的风机盘管空调系统和裙楼为定风量全空气系统。
2智能建筑空调系统着重考虑的问题
2.1过渡季的空调问题
传统的空调设计是基于冬、夏季不保证率的考虑，室外计算气象条件根据国家暖通空调设计规范按全年50h不保证而统计确定的。
设计人员只需要按规范的要求计算设计日的负荷，有的套用指标进行估算，选用设备时往往将安全系数打得较大，一些已投入使用的高档建筑，即使天气最热的时候也只有50％左右的冷源投入运行，而最大设计负荷运行的时间仅占全年空调运行时间的10％左右，绝大部分时间内设备处于部分负荷的低效率高能耗运行状态。
一些高档办公楼，由于现代化办公设备的增多，室内发热量增加，有些房间过渡季也需要供冷，但是按夏季工况设计选用的设备容量较大，不能适应过渡季节小负荷运行的需，运行能耗大，负荷难于控制。
操作人员一般只是按室外气温来决定是否供冷，再加上高层建筑出于节能的需要，气密性较高，大部分窗户不能开启，按最小新风量设计的新风系统，新风量有限，不能加大，一些大楼虽然设有BAS系统，却无法控制过渡季的空调。
因此在设计时，从系统的划分和系统控制功能，除了满足冬夏两季的要求之外，还应考虑系统在过渡季根据气候变化和各分区房间的不同需求，能够同时供冷和供热，各系统的控制也能满足相应的使用要求。
2.2室内空气品质的问题
人们在室内的时间往往超过全天的80％，有三分之一的时间在办公楼紧张地工作，室内空气品质的优劣，直接影响人们生理上、心理上的健康和工作效率。
办公室内的污染源主要是大楼的建筑污染（包括材料和设备）和人员的生物污染（包括吸烟），随着新材料新设备的大量应用，加之高层建筑的高层气密性，使室内污染源大为增多（多达几十种）。
北欧和英、美各国，在通风系统与办公建筑健康环境的研究中得出了同样的结论：
通风系统的类型与办公建筑的病态建筑综合症（SickBuildingSyndrome简称SBS）的发生率有关，SBS的发生率在有空调的建筑中比机械送排风的建筑中高，其主要原因是空调建筑的气密性高，通风换气差，低通风量（少于10L/s.人）会增加病态建筑综合症的发生率。
美国（ASHRAE标准62-1989）、德国（DIN1946）、英国（CIBSE）、北欧（NKBNO61E）和日本（建筑管理法）等标准，均以二氧化碳浓度作为间接评价指标，作为确定空调房间新风供给量标准的依据。
在以人居留为主的低污染建筑中，其他污染物的影响远低于二氧化碳允许的浓度影响，因此只在二氧化碳浓度达到卫生标准的要求，则其它污染物也能达到可接受的水平。
我国GB50189-93对旅游旅馆分为四种级别，分别取二氧化碳浓度限定值为：
一级0.10％，二级0.12％，三级0.15％，四级0.25％，据此确定所需的最小新风量，并把允许吸烟条件下新风量规定为不吸烟条件下的两倍，因此在办公楼等公共场所是否允许吸烟，对新风量及其能耗有很大关系。
2.3空调节能问题
空高系统不仅要保证建筑物对室内环境的要求，还应从系统运行角度，综合考虑节能效果。
一般情况下，业主特别是房地产开发商往往一次投资，而忽略日常的运行费用。
实际上，由于采取节能措施而增加的一次投资在两三年内即可收回，空调节能不仅仅会给投资者带来经济效益，更重要的是同时具有很大的社会效益。
3利用全年动态负荷分析提出节能策略
3.1空调负荷特点及构成
空调负荷主要包括：
由于室内外温差通过围护结构传热引起的负荷，日射得热引起的负荷、室内热源引起的负荷、新风引起的负荷等。
为了考虑节能措施，我们对厦门某一高层办公楼的全年空调负荷进行了动态模拟。
该办公楼地上总高度为149.45m，地下3层，地上43层，裙房1-5层，建筑面积约7万平方M，空调面积约5万平方M，主体建筑的围护结构为玻璃幕墙，空调只供冷。
计算结果表明，设计日的最大负荷（100%）的构成为：
围护结构传热引起的负荷8％
日射得热引起的负荷14％
室内发热（照明、设备、人员等）52％
新风负荷26％
全楼最大负荷的90％-100％的时间仅为全年供冷时间的3％左右，而全楼最大负荷的20％以下的时间却占50％以上。
由于各地气象条件不同，各部分功能的建筑面积不同，各部分负荷所占比例会所不同，但在现代化的高层办公楼中，主要负荷为室内热源；在全年运行中，必须注意较低的部分负荷时的运行效率。
同样的建筑，如果处于北京地区，冬季需要供热，利用北京的全年气象参数，分析结构与厦门地区有较大差别。
该建筑在北京地区的设计日最大负荷（100％）构成为：
围护结构传热引起的负荷4％
日射得热引起的负荷18％
室内发热（照明、设备、人员等）61％
新风负荷17％
3.2优化冷源设备的组合，提高部分负荷下制冷系统的运行效率
众所周知，制冷机在接近额定负荷下运行效率最高。
为了使全年制冷机在接近额定负荷下运行效率最高。
为了使全年制冷机尽可能在高效率下运行，必须根据全年动态负荷曲线。
确定制冷机台数和每台机组的容量，使供冷量与变化中的需冷量尽可能保持一致，即同时运行的制冷机容量的总和尽可能接近大楼的空调负荷曲线。
由于最大负荷的20％以下负荷所占比例较高，故根据总负荷，选择三台制冷机，机组容量分配为两大一小，理论上，当小容量机组为大容量机组的二分之一时，容量组合可为20％、40％、60％、80％、100％，比较合理。
增加一台变频调速装置的费用约4万美元，按各月份的小时平均负荷的粗略计算，运行费用每年大约可节省26.5万人民币，一年半即可收回。
3.3充分利用天然冷源的新风空调
办公楼标准层的机房往往受建筑布置和面积上的限制，一般设计只保证最小新风量，几乎不可能加大新风量，只有裙楼公共用房的全空气系统得条件利用全新风、因此，全楼利用全新风节能的效果与公共用房的面积\空调系统方式和当地气象条件有关。
在公共用房部分空调系统设计时，考虑使系统能够充分利用室外新风这一天然冷源，对节省能源和改善室内空气品质都能取得较好的效果，当然排风系统的设置也要与之相应。
3.4排风的能量回收
利用排风的冷（热）量对新风进行预处理，可节省用于处理新风所需的冷（热）量，排风能量回收，应根据当地气候特点，进行经济性分析，然后确定是否采用能量回收装置或采用何种回收装置。
按照回收能量方式，能量回收装置分为全热回收装置和显热回收装置。
全热回收装置利用焓差回收全热量，显热回收装置利用温差回收显热量，两者效率都在70％或以上。
在新风湿负荷较大的地区，不宜采用显热回收装置，在温差较大且新排风湿度差较小的地区，采用显热回收装置有较好的效果，其价格比全热回收装置便宜得多。
4新风的智能化控制
4.1最小新风量控制
4.2空调新风
当空调系统可按全新风方式运行时，新风量的调节是根据室内外空气参数来控制的，按一事实上时间间隔测量室外空气和室内空气的焓，并加以比较。
4.3新排风及能量回收控制
设有全热回收及旁通装置的空调系统应根据室内外空气参数，确定回收装置的运行状态。
中央空调节能有关问题的研讨
重庆建筑大学刘宪英何雪冰
1加强设计人员管理，加快推行设备工程师注册制度
暖通空调工程工程，应有较详细的冷热负荷计算书和采取了那些节能措施，目前很多设计人员都是采取了那些节能措施，目前很多设计人员都是用概算指标一再加大，使冷、热源主机长期在低负荷、低效率下。
2暖通空调室内设计温度的确定
经重庆、上海、广州等地区的实践证明，夏季室内温度低1℃或冬季高1℃，除暖通空调工程的投资增加6％，能大8％外，加大室内外温差也不符合卫生学要求。
舒适性空调夏季比较理想的室内温度是比室外环境温度低5-8℃为好。
3空调冷热源
中央空调能耗一般包括三部分，即
（1）空调冷热源；
（2）空调机组末端设备；（3）水或空气输送系统。
这三部分能耗中，冷热源能耗约占总能耗的一半左右，是空调节能的重要内容。
如果均把各自消耗的能量折算成一次能源，则各类机组均可用单位时间内一次能源消耗能量所制取的冷量或热量进行比较，本文使用一个一次能源效率OEER（W/W）来表示。
单位从能耗角度考虑夏季制冷：
离心式、螺杆式冷水机组OEER值最高，蒸气两效LiBr吸收式冷水机组OEER最小；冬季供热：
螺杆式、活塞式热泵冷热水机组OEER最高，电热水机组最低，即能耗最高。
4空调机组和末端设备
97年统计，国内生产风机盘管的厂家有200多个，年产量为60-80万台；空调机组也有100余有，产量在5万台左右。
4.1空调机组
应该选用机组风机风量、风压匹配合理，漏风量少，空气输送系统数大的机组。
4.2风机盘管
风机盘管从总体水平看与国外同类产品相比差不多，但与国外先进水平比较，主要差距是耗电量、盘管重量和噪声方面。
5空调水系统
一般空调水系统的输配用电，在冬季供暖期间约占整个建筑动力用电的20-25％；夏季供冷期间约占12-24％，因此水系统节能具有重要意义。
（1）选择水泵是按设计值查找水泵样本的铭牌参数确定，而不是按水泵的特性曲线选定水泵型号；
（2）末对每个水环路进行水力平衡计算，对压差相差悬殊的回路也末采取有效措施，因此水力、热力失调现象严重；（3）大流量、小温差现象普遍存在，设计中供、回水温差一般取5℃，但经实测，夏季冷冻水回水温差较好的为3℃，较差的只有1-1.5℃，造成实际水流比设计水量大1.5倍以上，使水泵电耗大大增加。
5.1设计人员应重视水系统设计，积极推广变频调速水泵，冬、夏两用双速水泵等节能措施。
5.2冷却塔
制冷系统冷却水进水温度的高低对主机耗电量有着重要影响，一般推算，在水量一定情况下，进水温度高1℃，电压缩主机电耗约增加2％，溴化锂冷水机组能耗高6％。
目前国产玻璃钢冷却塔主要存在如下问题：
（1）冷却效率低，达不到产品样本规定的冷幅。
（2）漂水严重，它不仅污染环境，而且浪费水源。
（3）噪声大，噪声影响周围居民生活的环境。
5.3减少水侧污垢、腐蚀及青苔影响
水侧的水垢、腐蚀及青苔对制冷系统影响极大，也是空调能耗高的重要原因。
表1是水垢对制冷机性能影响的计算值。
表1水垢对制冷机性能影响
水垢层厚度δ（mm）
水垢热阻系数Rf（m2.K/W）
换热器传热系数（W/m2.K）
换热量增减情况（％）
溴化锂冷水机组
压缩式冷水机组
冷却水侧增减制冷量（％）
冷冻水侧增减制冷量（％）
机组总增减制冷量（％）
冷却水侧增减制冷量（％）
冷冻水侧增减制冷量（％）
机组总增减制冷量（％）
0
0
3880
129
108
106
114
102.9
104.7
107.6
0.075
0.000043
3326
114
104
103
107
101.4
102.2
103.6
0.15
0.000086
2915
100
100
100
100
100
100
100
0.30
0.000172
2331
80
92
94.5
86.5
98
96.8
94.8
0.45
0.000258
1942
66.6
86.5
90
76.5
96.7
94.6
91.3
0.6
0.000344
1664
57.1
81.5
86.5
68
95.7
93.1
88.8
从表1可看出：
（1）水垢热阻对制冷机性能影响很大，特别是对溴化锂吸收式冷水机组影响更大：
（2）一般冷水机组额定制冷量是按δ=0.15mm.Rf=0.000086m2.K/W标定，出厂的新机组由于换热管一般均经过钝化处理，所以新机器的水垢热泵组Rf≠0，近似为δ=0.075mm，Rf=0.000043m2.K/W。
因此，出厂的新机组制冷量应比额定值大，对溴化锂机组应大7％，对压缩式冷水机组应大3.6％左右。
所以选用的新机组，不仅要达到额定值，而且应该大于额定值。
出厂的LiBr机组比额定制冷量要大7％，电压缩式机组标准尚末规定。
国内外的实践证明，高频多段磁场能很好的对水质进行处理，因此，应提倡选用高频电磁多功能水处理装置，目前一些单位采用的加药水处理或充软水的方法是不可取的。
6加强中央空调的管理
6.1加强对空调操作人员的培训，提高管理人员素质，实行空调操作人员操作证制度。
6.2中央空调系统实行独立耗电（能）核算制。
克服用电吃"大锅饭"，做到浪费电（能）罚，节约电（能）奖的制度。
除上述几点外，还应根据具体工程情况。
积极推广水环路热泵，采用热回收、变风量、变水量系统等节能技术。
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