在公共建筑中,空调系统是公共建筑中最主要的能耗来源,占比通常在40%~60%之间,有些甚至达到 70%以上。中央空调系统作为一个高度复杂且集成的体系,其核心在于“源-网-端”三大环节的紧密协作。这三大环节——冷热源系统(源)、输配系统(网)以及空调末端用能设备(端)——各自承担独特功能,相互依存,共同影响着空调系统的整体能效与稳定性。
源:冷热源系统/机房
冷热源系统,即机房,是空调系统的“心脏”,负责生成冷热量,为整个系统提供能源基础。该系统通常由制冷机组(例如冷水机组、吸收式制冷机)、制热设备(如锅炉、热泵)及辅助设备(包括冷却塔、水泵、水处理装置等)构成。
制冷机组通过制冷剂的循环来吸收并排放热量,实现冷却效果。
制热设备则通过燃烧燃料或利用电能产生热量,为系统提供热源。
辅助设备如冷却塔用于散热,水泵负责循环水或制冷剂,而水处理设备则确保水质达标。
虽然高效机房的建设与优化对于降低空调系统能耗至关重要,包括选用高效能设备、优化系统配置及实施智能控制等策略,但仅仅依靠机房的优化并不足以实现整个建筑空调能耗的最优化。机房虽然是能源的产生地,但其能耗并不直接反映在建筑空间的温度调节上,而是需通过输配系统传递至空调末端,才能完成环境温度的调节任务。
网:输配系统
输配系统作为连接冷热源系统与空调末端的桥梁,是空调系统的“血管”,负责将冷热量高效、安全地输送至各个末端。该系统主要由管道、风机、水泵、阀门及保温材料等组成。
管道负责输送冷热水或制冷剂,其保温性能对于减少能量损失至关重要。
风机和水泵为冷热水或空气的循环提供动力,确保能量能够均匀分布至建筑各区域。
阀门则用于精确控制管道中的流量、压力和温度,实现系统的灵活调节与平衡。
优化输配系统能够显著提升能源传输效率,减少输送过程中的能量损耗,是构建高效空调系统不可或缺的一环。
端:空调末端用能设备
空调末端用能设备作为与用户直接交互的界面,负责将冷热能量转化为建筑空间的温度、湿度及空气质量的调节,是空调系统的“触角和皮肤”。常见的末端设备包括空气处理机组(AHU)、风机盘管(FCU)及变风量末端(VAV)等。
空气处理机组能够处理送入室内的空气,实现加热、冷却、加湿、除湿及过滤等多重功能。
风机盘管则通过风机与盘管的结合,利用冷热水循环来调节室内温度。
变风量末端则根据室内负荷变化自动调节送风量,实现更为精准的温湿度控制。
尽管空调末端设备的运行能耗相对较低,但无效用能(如无人区域的能耗、过度制冷或加热)却是能耗浪费的主要源头。因此,对空调末端的智能管控成为避免无效用能和能源浪费的关键。通过采用智能物联网传感器、物联网温度控制器等技术手段,实现对末端设备的精细调节与自适应柔性控制;同时,结合AI技术动态感知空调末端的工作状态与环境参数,进而对冷热源系统和输配系统进行动态调整,实现源-网-端的整体协同与动态匹配。
总结
大型公共建筑中的中央空调系统是一个由冷热源系统(源)、输配系统(网)及空调末端用能设备(端)共同构成的复杂体系。要实现整个建筑空调能耗的最优化,仅仅优化空调机房(冷热源系统)是远远不够的。必须综合考虑冷热源系统、输配系统以及空调末端用能设备的整体优化与协同。通过空调末端的智能管控与自适应控制,实现源-网-端的动态匹配与协同运行,才能显著提升整个空调系统的能效水平、降低能耗成本,并同时提升建筑内部的舒适度与环境质量。
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