暖通空调设计对建筑能耗的影响

随着改革开放逐步深化、国民经济的快速发展、人民对生活品质要求的提高，空调在现代建设中被广泛的应用。下面是我为大家精心推荐的空调节能技术论文，希望能够对您有所帮助。

空调节能技术浅谈

摘要：随着近年来社会经济的不断发展，人们生活品质的逐步提高，对于物质生活和环境舒适性的需求也更加苛刻，空调系统显然已经成为现代建筑行业中一个不可忽视的部分。但是，近年来能源危机突出和环境破坏对人类的影响逐步加深，已经让人类清晰的认识环境保护和能源节约的重要，国家也制定了一系列的法律法规和行业标准。因此，能源的有效节约、提高能源有效利用的方法和技术的研究成为了当今一项重要课题。本研究从影响空调系统的能耗的关键因素出发，提出了几项空调节能的可行性方案，最后探讨了空调节能的未来发展趋势。

关键词：空调系统节能技术措施建议

中图分类号：TU831.3+5文献标识码： A

前言：

随着人们经济水平的不断提高，生活品质的提升，无论是生活环境还是工作环境，空调系统在现代建筑中的应用也越来越广泛。根据统计表明，在我国空调耗能占建筑物总能源消耗的60%～70%，因此，采取有效的节能措施，解决高层建筑节能问题符合我国经济的可持续发展的要求，对节能减排和建设环境友好型社会有着至关重要的意义。

空调能耗的现状以及节能的重要性

随着改革开放逐步深化、国民经济的快速发展、人民对生活品质要求的提高，空调在现代建设中被广泛的应用。而在建筑能耗里，空调能耗已经占到建筑能耗的60%~70%左右，而且比重还在逐年上升。因此空调节能技术的发展对提高能源利用率、环境可持续发展有重要影响。

在我国现阶段中央空调系统的应用中，通常认为空调系统的温湿度控制以及空气品质的控制是最为重要的，进而忽略了空调系统的能源消耗情况。在我国，影响中央空调系统能源不能得到有效利用的主要因素有三方面，首先，在设计过程中重视投资成本，而忽略了能耗指标计算，在整个系统方案中，缺乏节能引导中央空调系统的经济性分析。导致在工程建筑方案的运行过程中，使用投资低、耗能大、运行费用高的空调系统。其次，对于中央空调而言，整个的系统工程相对复杂，所以对于中央空调能源有效利用的评价，要从整个系统全面来看，而不能单纯地停留在对机器设备本身的评价上，真正意义上的节能是与各个系统设计理念、施工优劣情况以及运行管理水平和建筑物热特性等因素息息相关，而不是只看重设备本身。最后，还有一个主要的因素，就是缺乏高素质运行管理人员和节能监控，致使空调系统在运行和管理的过程中没有得到很好地控制和监管，合格的管理人才可以大大改善运行不合理的地方，有利于节能。

建筑节能技术

空调系统的节能技术首先可以从建筑物本身入手，结合建筑、结构等相关知识，使建筑物在形状、色彩、方位及材料等方面为空调节能创造最基础的条件。对于空调位置的安排要进行合理布局，合理设计相关比例与系数，选择保温隔热性能良好的材料作为墙体和屋面，并提高改善建筑围护结构的性能等，都是建筑节能的可行性措施。

2.1选择合理的室内设计参数

在整个建筑物中，主要的热损失来自于围护结构和门窗缝隙空气渗透。因此, 在建筑物进行建筑节能中，注重室内设计中加强围护结构，使用环保、节能型建筑材料, 可有效地减少通过围护结构的传热这一主要的空调负荷, 从而各主要设备的容量达到显著的节能效果。通过这种方法进行保温隔热，同时加强门窗的气密性。另外，在夏季空调供冷时，室内外侧玻璃受阳光照射，是空调冷负荷的主要部分，应采取必要的遮阳措施。而在冬季空调供热时，则要求改善窗户的保温效果，可以采用光热性能好的玻璃为了减少窗的冷(热)桥传热，可以采用钢塑窗代替铝合金窗同时还可以采用双层玻璃窗提高窗的保温性。在窗户的设计位置上要减小窗洞口与墙的面积比值减少空调房间两侧温差大的外墙面积及其薄弱环节窗的面积，利于空调建筑节能。

2.2合理设计建筑结构

合理的设计建筑结构也是进行空调节能的一个有效途径之一。可以通过改善建筑的保温隔热性能，使房间内冷热量的损失通过房间的墙壁和门窗传递出去，这样可以有效地减少建筑物的冷热负荷。建筑物的朝向对空调冷负荷有很大的影响，根据我国的地理位置来分析确定良好的建筑朝向，一般建筑物为南朝向是我国建筑节能的必要条件，可以通过保持合理的建筑间距以及建筑群的错落布局，使建筑物接受适当的太阳辐射，同时有利于获得自然通风气流。

空调设计方面节能

在面积较大的空调房内，在空调房内区的负荷与周边区的相比较差距较大，如果两个区域选择使用一个空调系统进行制冷，两个空调房区域的房间的将会产生较大的温差，尤其是在冬季及过渡季节，所以同时处于两个不同区域的工作人员对环境空间的温度反映冷热温差较大，，根据我国在2001年版的《采暖通风与空气调节设计规范》新增5.3.2条之规定,建筑物内负荷特性相差较大的内区与周边区,以及同一时间内必须分别进行加热与冷却的房间,宜分别设置空气调节系统.。内区系统主要处理室内负荷，与外区负荷相比，内区负荷则相对稳定，内区往往需要全年供冷，去除室内余热。外区系统主要处理外部得热，外区负荷波动大，外区新风来源一般是内区空调系统，与外区回风混合经风机盘管处理后达到送风点，外区冬季供暖，夏季供冷，从而满足舒适性要求。

空调系统中的节能技术

空调系统如何适应在低负荷下高效节能运行及在系统设计中对设备进行节能选配就成为空调节能的关键。

4. 1 加强中央空调的运行管理和控制设备的调节控制

提高空调能源的有效利用，需提高操控人员的职业素质，避免由于管理不善而引起的空调耗能。操控人员要做好设备运行记录，分析机组各种压力表、温度计、流量计的读数是否正常准确，并根据空调负荷的变化调节机组，确保机组运行在节能状态，而且定期保养检查，及时更换磨损的零件。

4. 2 设备及管道的保温及水质处理

要实现降低能量的过多耗费这一目标，就要做好设备及管道的保温。保温的目的是为了阻绝内外温度传递，如果室外的温度小于空调排水的温度加保温是为了防止空调水管结冰冻裂水管，如果环境温度大于空调排水温度加保温是为了防止有冷凝水造成漏水。空调设备和管道的保温，对于节省能量消耗、降低运行费用也是相当重要的。空调能耗高还有一个重要的原因，就是空调系统中水管中水质的污染。

5、建筑空调系统设备的节能运行技术

设备的节能运行技术在建筑空调系统综合节能技术中, 其也至关重要。主要技术包括: 蓄能空调技术、热回收技术、变频技术等。

5.1蓄能空调技术

蓄能系统就是储蓄在不需要的冷/热量或需要的冷/热量减少的时间的过程中,制冷/热设备将蓄冷/热介质中所移出的热量，并在空调处于用冷/热或工艺性的用能高峰时，启动此能量。这样既减少了能源的流失，又可以有效地利用能源，既有经济效益又有社会效益, 是一项双赢的节能举措。

5.2 热回收技术

热回收技术包括排风余热回收和制冷机组的冷凝热回收。排风余热回收充分利用排风的能量, 对其进行回收，从而对新风进行预冷或预热,减小新风负荷是暖通空调节能的重要途径。制冷机组的冷凝热回收系统既可以避免冷凝热排放到大气中造成热污染, 又可以节省为提供热水而设的锅炉及其附属设备, 避免了由于燃料的燃烧向大气排放的有害物, 应该说是一种效果明显, 又有环保作用的节能技术。

5.3变频技术

随着电力电子技术和计算机控制技术的不断发展，在空调控制系统中变频器也得到了广泛的应用，它的应用主要是针对空调控制系统的特点而进行控制。不同类型的冷水机组都有较完善的自动控制调节装置, 能随负荷变化自动调节运行状况, 保持高效率运行，从而实现了一种既能达到控制要求又能节约能源的方法。

5.4太阳能空调技术

太阳能是绿色能源中最重要的能源, 太阳能的热利用是目前建筑中利用太阳能的主要利用形式。它包括被动式和主动式两种形式。被动式太阳能房的结构相对简单、造价低、不需要任何辅助能源, 通过建筑方位合理布置和建筑构件的恰当处理, 以自然热交换方式来利用太阳能。主动式太阳房结构较为复杂,造价较高,需要用电作为辅助能源。采暖降温系统由太阳集热器、风机、泵、散热器及储热器等组成。在建筑外围护结构中还可采用太阳能集热墙, 利用太阳能采暖。

6、结束语

能源问题是我国实现经济发展的重点问题之一，建筑空调节能技术是节约能源、改善环境、促进经济可持续发展的有效措施。空调系统在高负荷下高效节能运行以及在系统设计中选配节能设备是建筑空调节能的关键因素， 这对于节约能源、降低运行费用、促进国民经济发展具有十分重要的意义。在未来的建筑物中，在空调系统设计方面，要在节约能源以及有效利用能源这两方面引起高度重视。只要各方共同努力，空调系统的节能降耗问题的解决指日可待。

参考文献：

[1] 农孙仁. 中央空调系统节能改造探析[J]. 企业科技与发展. 2012(18)

[2] 叶宁. 中央空调系统的节能运行[J]. 科技资讯. 2012(03)

[3] 李令言. 中央空调节能控制系统的研究与开发[D]. 中国科学技术大学 2011

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作者：一汽集团技术中心 顾宏伟 杨国瑞

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乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ...

[摘要] 本文提出了汽车空调系统的一种全新设计方法：空调系统概念设计与优化设计。在设计过程中运用专业软件进行理论计算，提高了空调系统开发的质量、降低了开发成本、缩短了开发周期。并以CA6471 箱式车空调系统开发为例，对空调系统的概念设计与优化设计进行了说明。

关键词：空调系统概念设计与优化设计 设计验证

1 空调系统的概念设计

概念设计是汽车空调设计摆脱了传统的经验设计与匹配设计束缚的一种全新设计方法，陈旧的设计模式已经不能适应现代汽车开发的需要，在总结经验设计与匹配设计的基础上，概念设计作为适应现代汽车空调开发的一种比较实用和科学的方法应运而生。它的特点是：提高工作效率，缩短开发周期，降低人为错误几率，确保系统的性能真实再现。空调系统概念设计可定义为：与整车开发同步进行的，按控制节点，分段提出与之匹配空调系统的方案设想，将“虚拟的”方案设想通过必要的控制手段和方法，变为假定的“现实结果”，提前模拟出未来实车状态下空调系统的效果。

汽车空调系统的概念设计，是在整车开发阶段开始的。其中包含的主要内容有：可研分析、设计目标的确定、设计方案的论证、设计资源的合理利用、结果的预测。

概念设计的方法首次应用于CA6471 箱式车空调系统的开发，验证的结果非常令人满意。现在正在开发的换代卡车的空调系统，也正在应用此设计方法，前期看已经取得了一定的预期效果。

明确设计定位至关重要：以CA6471 厢式车为例，该车时我公司在CA6440 箱式车基础上开发的改进产品。对于箱式车而言，做到性能可靠、质量可靠、安全可靠时最基本的要求；从用户的角度看，对舒适性的评价，已经成为左右用户购买心理的关键因素，为什么呢？随着人们物质生活水平的不断提高，对汽车的要求已经不仅仅停留在“代步工具”的观念上，对乘坐的舒适标准要求越来越高。那么体现一种乘用车舒适性最普通的标志之一就是汽车空调。换句话，什么车，配置什么档次和水平的空调，市场定位非常重要。

明确设计性质非常重要：系统性能可靠、质量可靠、安全性好、舒适性好，用户才会认可。以CA6471车为例，该车的空调系统时在CA6440 的基础上开发的。CA6440 的空调系统于1992 年开始设计的，是我们接受的第一次比较正规的设计任务，受缺乏经验、设计手段落后等诸多因素的影响，导致投产后的CA6440 车问题不断，陷于连续的质量攻关的被动局面之中，可以说，在CA6440 车上我们获取了难得的经验，但也交足了学费。所以CA6471 车空调系统的设计不能再重复CA6440 的老路子，设计思想、方法都要彻底更新。

概念设计应遵循的原则：注重体现的是规范化、系列化、标准化、通用化、轻量化和模块化的设计原则。而以往的设计，这方面完全被淡化了，没有引起足够的重视。

规范化是指严格按着产品开发的程序进行操作，树立法规标准意识，加强理论计算和优化计算，提高设计质量，控制性能指标与目标成本。

系列化是指在基本车型的基础上，不断衍生出其它车型。就空调而言，是指以基本车型的空调系统中的某些关键部件为核心，建立主体数据模型平台，为其它车型开发提供条件和支持。如中重型卡车系列有一套空调系统平台，轿车有一套空调系统平台，而轻型车又有一套空调系统平台。

标准化是指设计要符合企业标准、行业标准与国家标准，尤其要满足强制法规要求。国家经贸委和环保局曾发出禁令：2002 年起全面废止CFC—12 车用空调的使用，否则禁止整车销售。由于我们技术改造与设计都提前做了工作，保证了一汽所有的车型都适时地采用了符合环保要求的CFC—134a 空调系统。

通用化是指设计过程中，要尽可能采用与本设计相关、相近、相同的空调其它部件，达到控制、降低成本的目的。如CA1041L 轻卡CA6471 厢式车的空调“三箱”就是一个通用的典型。

轻量化是指设计过程中，要尽可能采用新型轻质材料，尽量降低系统部件的重量，满足整车降重的要求。

模块化是将系统一个或几个部件集中在一起形成模块，目的便于安装与维修，提高装配效率。CA6471厢式车空调系统是比较典型的模块化设计，空调的“三箱”总成，即风机总成、制冷器总成、加热器总成既可自成一块，又可合成一体。

设计目标是衡量空调系统的最高标准，也是一项重要的考核指标。设计目标的提出要有科学依据、可比性、可实施性。

以CA6471 车为例，提出的设计目标：

(1) 纵向对比系统降温指标高于CA6440 车。

(2) 横向对比系统降温指标不低于市场上同类车型。

(3) 按着性价比衡量，在CA6440 的基础上，成本增加力争控制在10%以内。

设计方案评审，评审的内容是：计划草图（方案图）和详细计划图。计划图的质量越高，后期的结构设计更改就越少，工作效率也越高。尤其是空调“三箱”总成的布置，与仪表板的结构和造型有着密切的关系，必须同步考虑。

以前的设计流程中，由于缺少评审这道关键环节，使得很多的设计错误及隐患未暴露出来，以至投产时才发现有设计失误，造成不良影响和损失。我们现在开发的换代卡车，空调系统的前期设计就是不断地经过反复的逐级评审，最终拿出来的方案就非常成功。

设计资源的合理使用与配置是影响设计质量、工作效率及设计周期的重要因数。

设计资源包括系统的专用件、通用件、标准件数据库及相关车型系统的试验数据库，还有先进的设计软件（PRO-E、CATIA）作为设计工具。现在我们已经建立了压缩机专用数据库、管接头通用件数据库、中型/轻型车空调降温试验数据库，作为新产品开发的参考依据；同时也正在开发空调模拟仿真设计软件，不断完善和提高设计手段。

2 概念设计中的理论计算

汽车空调热负荷是确定空调系统送风状态和确定空调系统部件规格的基本依据。

空调热负荷的计算方法有图表法、简易计算法、热稳定计算法和非稳定计算法。通常采用简易计算法，它的缺点是手工运算工作量大，偏差比较大，考虑的影响因素也有限。这是以往匹配设计时，经常采用的手段。如果采用经验设计甚至放弃计算，完全依赖后期的试验验证的结果来证明系统设计是否合理，使设计人员完全处于一种被动的期待状态之中。

现在系统设计的理论计算，完全采用我们自己开发的设计软件进行计算（校核）。其特点是运算速度快，准确率高，有助于性能参数的确定与设计目标的实现。

热负荷计算主要与驾驶室内饰及驾驶室外形尺寸长、宽、高，乘员数量等有关。

热负荷包括：乘员负荷（包括潜热和显热），换气负荷（与室内外温度、湿度和换气量有关），车身传导热负荷（与车身外表颜色、地板/侧围/前围/后围/风窗/内饰和车速有关），热辐射负荷（主要与风窗有关）。如果是手工计算，工作量非常大；如果用专用软件，又快又准，输入不同工况、不同车型、不同地区、不同车身颜色等条件就能得出结果，手工运算是无法比拟的。

主要性能参数的确定：根据热负荷的结果，同样以软件继续运算，进而确定系统各主要部件的性能参数。例如，通过运算知道，若满足热负荷的要求（输入工况条件），需要压缩机的排量为170mL/rev 型号的，那么计算机会自动在压缩机库中，按着库中已有的压缩机性能曲线逐一进行判别，最后选出排量接近170mL/rev 的一种或多种不同压缩机型号，再根据发动机的匹配要求，选出符合要求的机型。

同样，确定蒸发器结构形式（管带式/层叠式/管片式）就可以算出蒸发器本体体积大小，同样确定冷凝器的结构形式（管带式/平行流）就可以算出定冷凝器本体体积大小，由此再根据整车布置的要求，确定具体的结构形式、安装方式及细部尺寸。鼓风机的风量、电机的功率同样也可以通过计算确定。

3 空调系统的优化设计

优化计算：是建立在系统理论计算的基础上，对理论计算的结果进行反馈，对设计进行的完善与提高，最终实现对系统的优化设计。理论计算已经成为我们现在运用的方法，通过它可以初步判定系统设计是否合理；而优化计算是对样车出来后的降温试验数据，暴露出的设计缺陷，还需要进行改进设计而提出的。

空调系统进行理论计算后，优化可提前纳入到概念设计中，提高空调系统开发质量、降低开发成本、缩短开发周期。

优化设计的目标确定：通过试制样车试验，检查空调系统是否工作正常，验证实际环境下的降温指标是否达到设计要求。以CA6471 车空调系统为例，进行说明。

首先，分析一下试验数据：

通过以上三组数据，可以得出以下结论：

(1) 40km/h 和80km/h 工况下，空调工作30min 系统平衡时，车是内平均温度在25.6～23.4℃范围内。符合前面设计要求提出的24～26℃的目标值。

(2) 如果环境温度为35℃，估计车室内的温度至少还会降1℃左右。但是，40km/h 和80km/h 两组数据已经低于对手车型1～2℃。至少说明一点，空调系统在性能上并不比它差。

(3) 怠速工况下，出风口平均温度为26.7℃,车室平均温度为33.5℃,这样的温度对乘员与司机来说，是不能忍受的。

因此，CA6471 车在怠速工况下，降温效果不理想，主要表现在出风口温度偏高。所以，如何采取措施加以改进，这就锁定了要优化的目标。

分析产生问题结症的方法：本文采用了排除法与数据分析法来最终判定在空调系统的哪个环节上出现了问题。

首先用排除法（前提条件系统内部无堵塞、杂质、空气和水分等）。压缩机是经过性能台架测试的，试验过程中未发现异常，可以排除；前制冷器与换代轻卡通用，性能参数一样；后制冷器与CA6440 结构通用，性能参数也一样；唯一的变数就是冷凝器，那么问题极有可能出在这里。

其次用数据分析法（这是最科学、最合理的判定）。怠速工况下，系统工作最为苛刻：机舱高温辐射高达90℃，热风回流导致冷凝器进风温度上升，完全靠冷凝器电机风扇强制散热。这一点，从系统的高低压侧的吸排气压力值就可以得到证实：30min 时，吸气压力0.391MPa，排气压力2.229MPa。正常状态下，吸气压力应在0.35～0.37MPa，排气压力应在2.0～2.1MPa。由此，判定结症是怠速工况下，系统压力偏高所致。而影响系统压力偏高的主要部件，最大疑点就是冷凝器。

通过以上两种方法判定，结症出在冷凝器总成身上。

为什么采用高效的平行流冷凝器，散热效率反而下降了呢？因为冷凝器的放热量标定是在台架上测试来的，而且通风效率很高，制冷剂流动性好，这都有助于冷凝器发挥最大效能。而CA6471 实车状态的冷凝器确是呈腹卧式布置，两个风扇对角安装、制冷剂平行流动阻力大，造成风量的不均匀通过和不利于制冷剂的正常换热。也就是说，实车状态与台架是有区别的，它不能100%地再现台架的结果，同样与概念设计的预测结果，也可能存在一定范围内的偏差（10%以内）。因此，提高风量的有效通过面积，进而提高风扇效率，最大发挥冷凝器的潜能。

优化设计的方法研究：根据上述提出的优化的目标，优化对象初步确定为：一是冷凝器与电机风扇的匹配研究，二是冷媒分配不均对系统的影响研究（本论文在此略）。通过下表分析：

通过以上数据对比，CA6471 车采用双风扇叶轮比对手车采用的单叶轮的风量多500m³/h，按理推算，这么大的风量将非常有助于冷凝器能力的发挥，但实际并非如此。两种风扇布置示意图如图：

风量分布均匀性测试结果：

从以上数据分析，双风扇对角布置时，电机转速在2300r/min 时，冷凝器出风风速最大5.0m/s，最小1.5m/s，沿无电机对角线上的风速差别很大，风量不均造成风量的损失，导致电机及风扇效率大大降低。

而用单风扇中心布置时，虽电机转速只有2000r/min，但冷凝器出风风速却比前者高，且各点风速相同，风量均匀通过冷凝器，效率非常高。

冷凝器总成噪声来源，可确定为双电机、双叶轮、对角布置、转速高等几个主要原因。降噪采取的最好措施就是用单电机、单叶轮、中心对称布置。

4 概念设计与优化设计的试验验证

(1) 优化后降温结果

从试验数据可得出如下结论：

1） 在怠速工况时，低压为0.376MPa，高压为2.186MPa，基本上接近正常；此时车室内平均温度为29.5℃,比改进前降低4℃，按着室内外温差8～10℃衡量，已经符合设计要求。另外通过人的实际感受，主观评价也认为可能接受。

2） 车速在40km/h 与80km/h 时，降温效果也是非常明显的，车室内平均温度降温幅度分别为1.1℃和2.4℃。

结果说明改后与改前比较，无论是怠速工况还是正常行驶工况，空调降温效果都有改善和提高，达到了改进的目的。

(2) 噪声对比结果

经试验室内测试，数据对比如下：

双电机双叶轮冷凝器总成 噪声值： A 声级 78dB 2300r/min

单电机单叶轮冷凝器总成 噪声值： A 声级 68dB 2000r/min

从以上数据比较，单电机单叶轮冷凝器总成噪声要比双电机双叶轮冷凝器总成噪声低10dB，相当可观。

5 结论

空调系统的概念设计是我们对前人的设计经验进行总结，学习先进的设计方法，并结合汽车空调专业的特点而提出的一种新的设计方法。

这种设计方法的特点是把更多的问题在设计前期以理论模拟计算的方式解决，以缩短设计试验周期、降低开发成本。随着设计要求和水平的不断提高，汽车空调的概念设计与优化设计将会得到不断的丰富与完善。(end)望采纳。。。。

一般情况下，我们买空调关注价格，制冷量，能耗，主要是这三个方面。传统的大品牌都是不错的，只要不是杂牌子，价格在合理范围内都是不错的。美的也是老牌子了，性价比也是不错的，质量上也是可以放心的。

一、空调设计的相关因素

外风场设计、内风场设计、冷媒流道设计、风噪声控制、震动控制、疲劳强度控制、钣金设计。

二、美的优势

电控系统也不错。

变频空调低频比格力还要好，毕竟东芝接盘侠。能做到不停机。

变频有些机型带0.5度调节，风速0%-100%调节。

三、美的和格力空调之比

美的—综合家电起家，服务口碑做的比较好，但是为了和格力拼价格，把材料这一块省下了比较多的开支，综合实力比格力要差点。

格力—国产老字号品牌，中央空调这一块没有分体机，综合实力不错。但自从开始走多元化路线之后，感觉对于中央空调这一块就没那么投入了。总体而言实力还是毋庸置疑的。