時間：2023-03-17 18:08:41
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1.1冰蓄冷技術的發展應用
發展冰蓄冷技術的重要性和必要性:現代空調設備已成為人們生產與生活的迫切需要｡空調用電量已占建筑物總耗電量的60%—70%｡當前由于能源緊缺,電力緊張,空調事業的發展受到極大的影響｡眾所周知,冰蓄冷空調就利用非峰值電能,使制冷機在最佳節能狀態下運行,將空調系統所需要的顯熱與潛熱的形式部分或全部釋放的冷量來滿足空調系統冷負荷時,即用融冰釋放的冷量來滿足空調系統冷負荷的需要,用來儲存冰的容器成為蓄冷設備,冰蓄冷空調技術可以對用電起到移峰填谷的作用,在且可增強系統的穩定性,并能大大提高經濟效率｡
1.2低溫空氣源熱泵在城市供熱和制冷上的應用
空氣源熱泵技術是基于逆卡若循環原理建立起來的一種節能､環保制熱技術｡空氣源熱泵系統通過自然能(空氣蓄熱)獲取低溫熱源,經系統高效集熱整合后成為高溫熱源,用來取(供)暖或供應熱水,整個系統集熱效率甚高｡空氣源熱泵使用范圍廣,產品適用溫度范圍在-10-40°C,并且一年四季全天候使用,不受陰､雨､雪等惡劣天氣和冬季夜晚的影響,都可以正常使用;熱效率高:產品熱效率全年平均在300%以上;熱泵產品無任何燃燒排放物,制冷劑選用了環保制冷劑R417A,對臭氧層零污染,是較好的環保型產品｡因此,低溫空氣源熱泵特別在北方夏熱凍冷的城市供熱和制冷有著廣泛的應用｡
1.3中央空調冷凝熱回收利用
如今,星級賓館､酒店,都設有中央空調系統和24小時熱水供應,多數情況下冷､熱源分別設置,用冷水機組提供冷源,蒸汽或熱水鍋爐提供熱源｡眾所周知,冷水機組在運行時要通過冷卻水系統排出大量的冷凝熱,在制冷工況下運行,冷凝熱可達制冷量的1.15—1.3倍｡利用高溫水源熱泵回收這部分冷凝熱輸出的65度的熱水作為生活熱水,會是一條變廢為寶的節能途徑｡
2技術發展的負面效應及控制
當代的技術革命,正在形成新型的生產力､形成新型生產方式､形成新型的市場交換方式､形成新的產業結構和就業結構､形成新的財產占有方式和分層結構､形成新型的權力和組織管理結構,技術正面效應和負面效應是客觀必然的｡人類有了其他一切生物所不曾具有的思維､精神和語言,人類運用自己的聰明和才智創造了豐富的物質文明,人類也必須對技術的負面效應做出回應｡
徹底消除科技的負面作用是不可能的,我們唯一能做的是在科學技術活動盡量規避和抑制其負作用｡臭氧層的破壞和全球氣候變化,是當前全球所面臨的主要環境問題｡
3結語
人類利用技術手段對自然的利用和改造,必然改變自然界原有的平衡,問題是人類應該正確認識其活動對自然的正反兩方面的影響,提供適應自然規律的､有科學預見的､可調控的人類行為,使其所產生的后果,有利于人與自然關系的協調,使自然界更好地造福人類｡相信技術的力量,相信人類依靠科技能夠戰勝各種困難,擺脫困境｡人類謀求發展的能力是無窮的｡然而,科技的力量的發揮和發展是要在一定的生產方式中進行的,它要受到經濟制度､社會制度的影響和約束｡所以,當代科技發展必須遵循馬克思所說的統一的“人的科學”的宗旨,才能真正克服技術發展的負面效應,也只有這樣才能充分發揮科技發展的正面效應｡制冷技術的發展和臭氧層保護就是近代史上技術進步和全球合作的一個十分典型的范例,其技術進步和控制技術進步后果的合作機制也將成為人類的財富,并將為解決其它重大問題提供寶貴的借鑒經驗｡
1．1集中空調設計中存在的問題
在當前，我國部分暖通空調專業設計人員，常常是僅依靠負荷指標的估算值來進行冷熱負荷的計算，并沒有嚴格按照要求對室內的負荷進行逐時逐項冷負荷計算和熱負荷計算。即使有時對室內冷熱負荷進行計算也只是按照設計軟件中默認的數值和程序進行，并沒有針對工程實際進行相應的調整，往往建筑專業采取的節能后的圍護結構傳熱系數比軟件默認的小不少。這樣簡單的對室內負荷進行估算和不做任何調整的做法，往往導致工程設計的計算冷熱負荷偏大，導致過多的能源及資金浪費。還有些工程，設計人員為盡快完成設計任務，在暖通空調的設計中對系統不進行嚴格的水力計算或者僅按負荷流量大致分配管徑，而不控制水力失調度(或者不平衡率)，完全依靠平衡閥、調節閥等高阻力閥件實現大致的水力平衡。這樣容易導致局部管路由于阻力的損失過大或者過小而產生壓力分配不均衡的情況，同時由于高阻閥件的濫用造成循環泵輸出功率過大導致較大的輸送損耗。由于系統存在水力失調的隱患，各種系統失調問題在各類工程中屢見不鮮，室內冷熱不均、實際流量分配不滿足設計要求的現象較為突出，系統調節困難重重。
1．2集中空調施工中存在的問題
即使在完成了較為完善的空調設計之后，在施工過程中也難免會出現各種各樣的問題。有些施工單位為了降低人員雇用方面的資金支出，聘用一些專業性不強的施工隊伍參與系統安裝工作。在實際工作中遇到臨時變更方案時，這些工作人員就會束手無策，不能及時對突發狀況做出正確的處理。如果施工人員將出現的問題按照自己的想法隨意加以變動，勢必會對系統以后的正常運行帶來隱患。
1．3系統運行管理不到位
目前我國對于暖通空調工程在實際運行中的管理還存在著許多問題。對暖通空調系統的實際運行進行操作的工作人員很多不具備應有的專業知識，在暖通空調的整個設計與實施過程完成之后，施工單位并沒有對即將實施操作的工作人員開展系統性的培訓，便讓其正式操作空調系統的運行工作。由于工作人員缺乏暖通空調的相關理論及應對室外氣象參數和其他引起負荷變化的能力，很難有針對性的對系統展開應有的調節工作，進而導致室內參數嚴重偏離設計值而導致能量的較大浪費。在系統運行進程中，往往不會滿負荷運行，在此期間應對運行主機的臺數加以適當的調整，也就是先臺數調節，再部分負荷調節，盡可能的避免能量的較大損失，使冷水機組工作在較高的能效之下。但是在實際工作中工作人員往往忽視對運行臺數的優先調整，致使多臺機組在較低的負荷下運行，使機組運行的實際能效比較低，既影響機組的壽命，又浪費能源。其次在運行過程中不注重機器的維修和保養，機器的運行狀態直接影響整個系統運行工作的順利實施。同時，對于業主來說，機器屬有形資產，對機器的保護實際上是在無形中減輕企業的經濟負擔。因此應定期對機器進行檢查，及時對低效率的設備予以維修和更換，定期清理系統，減少不必要的能量浪費。同時，也應高度重視滲漏等引起的熱損失及盤管附著物等。
1．4節能方式的選擇使用問題
隨著人們認識的提高，人們逐漸意識到現代的發展方式給人類日后的生存帶來了一定的危害，逐漸認識到節能環保的重要性。國家相關部門也抓住時機積極引導人們重視節能環保，在眾多科研機構和企業的暖通空調專家以及從業人員的共同努力下，產生了許多暖通空調專業的節能和環保新技術、新材料、新設備，以及其他節能新技術。這些新方法和新技術都有其適用場合和使用前提，有些技術由于出現時間短，沒有項目經驗，還不是很成熟，不是在什么情況下都可采用。因此，在種類繁多的新技術中采用哪種節能技術和新材料、新設備成為擺在設計者面前的十分關鍵的問題，但是在大多數情況下，由于對這些節能設計方案缺乏深入的理解，在設計中采用了不恰當的設計方案，整個系統的實施和運行便無法取得理想的效果，進而造成投資浪費。因此，在設計之初，對即將采用的新型節能技術進行可靠性評估顯得非常必要。
2集中空調系統節能技術的應用
2．1集中空調風系統
集中空調系統設計往往忽視對自然進排風的利用，有的設計完全依賴機械進排風，這對系統節能不利。合理利用自然進排風，能使人們更有融于自然的感覺，通過與建筑專業的配合，設計合理的自然進排風通道，成為節能設計的一個重要方面。當空調運行區域內的溫度、濕度及空調的運行時間存在相對較大的差別時，應根據實際情況進行系統劃分。當空調供應的建筑物空間較大，需要同時控制溫度和濕度時，空調風系統應盡量避免使用風機盤管，采用全空氣空調系統。這不但有助于溫度和濕度的控制，還有助于降低運行能耗。采用變風量系統可以分區進行溫度控制，減小設備容量和維護工作量，節省運行能耗。在總風量的確定過程中還需要考慮同時使用系數，因此在這種情況下風機的運行所產生的能耗及裝機容量均有一定程度的降低。溫濕度獨立控制系統可溫度濕度分別獨立控制，用戶可根據使用需求開閉調節相應設備，有效節能。
2．2集中空調冷熱水系統
空調水系統是集中空調運行能夠發揮節能潛力的重要部分。空調水系統布置是否合理，直接影響系統的運行和節能效果。當系統較大時，采用變頻器控制循環水泵運行，并與冷水機組等聯動控制，具有顯著的節能效果。循環泵和對應機組(或者鍋爐、換熱器等)的運行臺數控制在設計時應優先考慮。合理劃分系統分區，盡量避免阻力差較大的環路布置，進行嚴格的水力平衡計算，合理減少高阻力閥件的使用，當機組不能在較低水量或者需定水量運行時，需要設置平衡管，環路阻力差較大時考慮設置二級泵系統。合理選擇循環泵揚程，減少不必要的能源浪費。
2．3集中空調冷卻水系統
空調的冷卻水系統是集中空調系統的重要組成部分，除非水資源極為豐沛并且水質好、取水較為容易、代價很小，否則采用直流式的冷卻水系統會導致較大的輸送能量和水資源浪費，因此多需要對冷卻水資源進行循環利用。采用循環式的冷卻水系統進行冷卻的過程當中，要達到理想的冷卻效果，則需要注意與周圍環境中的高溫區域隔離開，同時充分保障通風順暢以及周圍環境干凈。在將多臺冷卻塔并聯進行冷卻工作時，為了避免過多浪費且防止冷卻塔中補水與溢水的不均衡，各個冷卻塔之間用共用連通水槽或者連通管進行連接。在冷卻塔的總供水管、回水管之間設置旁通管以及兩通或三通調節閥進行適當的調節控制，以滿足冷水機組所需要的低溫保護。此外，風機的開啟與停止可以通過出水的溫度加以控制。多塔冷卻水系統可將電動閥門、冷卻塔風機與冷水機組聯動，根據實際需要開啟相應的冷卻水管路閥門、循環泵(可采用變頻技術)以及對應的冷卻塔風機，可有效節水、節電(即節能)。
2．4集中空調系統冷熱源的合理選擇
要在空調的實際運行中減少能耗，空調冷熱源的選擇十分重要。空調冷熱源的選擇與建筑物的使用功能、規模大小以及空調功能的要求、當地的經濟狀況、資源的豐富程度、能源的價格政策等息息相關。應結合各方面條件，權衡利弊，經過技術經濟比較和能耗分析，綜合考慮。假如在工程實施地附近有區域供熱或者工廠余熱等條件，那么將這些作為空調的熱源無疑是最好的選擇。假如在施工地附近有熱力發電廠，那么可以將熱力發電廠的余熱供熱技術和供冷技術運用到空調系統中。在天然氣資源充足的區域內，要想提高暖通空調運行中能源的利用率，可以進行天然氣與電力的互補，也就是采用分布式熱電冷聯供系統。除此之外，如果當地的能源種類比較豐富也可以采用復合式的能源供應方式，亦或是利用較好的地理條件，通過技術分析，進行水地熱源泵的建設，為空調的運行供冷或者供熱。在機組選擇使用上，帶有熱回收的機組越來越受到青睞。熱回收技術將是暖通空調的重要研究方向。
3結語
關鍵詞：循環水旁通過濾器節水效果
一、情況概述：
北京地鐵復八線西起復興門站，東至四惠東站，全線共設13座車站，是北京地鐵建設史上第一條設計安裝有中央空調系統的地鐵線路。車站全部采用水冷式制冷機做為站內環境溫度控制。在機組運行過程中循環冷卻水的損失量很大，已成為北京地鐵用水量最多的設備。北京是一個缺水的大都市，市政府對節水要求很高，而且，水費又在不斷的提升，使制冷系統的運行費用在地鐵公司總的費用中也占據了一定的比例。
節約用水，降低運行費用是地鐵運營公司的首要任務，首先我們要確定可以節約的水量在哪里？
在制冷機運行季節，正常的蒸發量和合理的飛濺損失量是無法回收的，只有通過相應的水處理技術和設備來合理的減少排污水量。也就是說：減少排污量是開展節約用水工作的重點⑴
在制冷機運行過程中，由于水的溫度是通過蒸發而降溫的，在蒸發過程中也是水質濃縮的過程，系統中水質硬度隨著濃縮過程的進行而增加，其表現出的結垢傾向會隨著濃縮倍數的增加而增加。如果僅采取簡單的減少排污量，甚至不排污的方式，蒸發器內管和冷卻塔上會出現嚴重的結垢現象，造成能耗增加和檢修工作量增加，這種代價是不合理的和不可取的。所以為了避免這種代價的交換，應選擇好合理的濃縮倍數，適量排污。或選擇好的水質穩定技術和相應的技術改造，以達到更好的水處理效果和減少更多的排污⑵。
濃縮倍數的選擇是根據水質情況來確定的，循環冷卻水的蒸發和排污與循環水量、溫差、濃縮倍數等因素相關。在沒有采用過濾器前，運行期的分析數據見表一：
表一2003年天安門西站運行期冷卻水平均分析數據站點名稱PH值TDSmg/l總硬度mg/l氯離子mg/l最低濃縮倍數最高濃縮倍數平均的濃縮倍數
天安門西8.821043636771.144.222.54
按照常規預測：一套循環水量在500M3/H的系統，當濃縮倍數在2.54時，它的排污量大約在2M3/H，每天運行12小時，每天的排污量在24噸，而當濃縮倍數提高到5時，排污量下降到0.75M3/H，每天是9噸，減少15噸。
如果一個系統可以每天節水10-20噸，整個沿線的節水率是非常可觀的。按每年運行時間120天計算，13個站，每個運行季節可以節水22000噸，按每噸水5.7元計算，節約費用大約是12.54萬元，其節水的社會、環境效益和經濟效益非常顯著的。隨著對環境和節水要求的日益提高，循環冷卻水“零”排污技術的推廣和應用是國內水處理界的新技術目標。
二、解決方案----化學處理與旁流過濾技術結合：
在理論上，大幅度提高循環冷卻水運行的濃縮倍數是可能的，在技術上是可行的，一些文獻還提出冷卻水處理的“零”排污方案。這種方案是利用化學水穩定劑的處理技術與旁流過濾設備相結合來達到目的⑶。
在冷卻水運行過程中，冷卻塔是開放式運行，塔上的污物很多，像風沙帶進的懸浮物，破碎的塔片和在冷卻塔上滋生的藻類粘泥，這些污物在冷卻水運行過程中，會在流速低的地方沉積，造成水的濁度增加；也會導致水中成垢物質結集在一起，形成垢質，沉積在換熱面上，影響換熱效率。冷卻水的排污，實際上就是通過增加的新水降低這些污物的影響。如果能夠通過過濾器的方式將冷卻水中的懸浮物，藻類粘泥和風沙及碎塔片等過濾去除，是可以提高運行水的濃縮倍數，減少排污量的。
常規的物理過濾處理是在循環管線上，安裝一個管道過濾器。大部分管道過濾器采用單層濾網直接阻擋機械雜質。由于管道水的正面壓力，濾網很容易堵塞，而小于孔徑的雜質依然會透過過濾器。我們采用旁流精確過濾的方式，是通過安裝旁路精密管道過濾器的方式，將冷卻水中的懸浮物，藻類粘泥和風沙及碎踏片等過濾，提高運行水的潔凈度。該過濾器采用剛性濾網與復合纖維組成，多層過濾，不但有機械阻擋作用，還具有溶膠吸附作用，不僅能吸附小于孔徑的雜質，還能吸附部分水溶性物質，如：銹水、膠體等。這種過濾器盡管也是串聯在管道中，但由于采用了切向進水，水在容器中形成漩流，這樣，大的雜質由于離心力的作用向外擴散，進而靠重力下移，過濾層在中心出水管四周。另外由于向心力的作用，水對過濾層的正面壓力減小，因而為吸附過濾制造了條件，即吸附的雜質不易因為水壓而透過過濾層。不但如此，圍繞中心出水管而旋轉的水流對擋在過濾層外面的雜質還有沖刷作用（用水流對過濾層的剪切力自動清洗）。向心力形成的旋渦促使雜質向下集中，這樣，自動控制系統就可適時的將雜質排出。這種過濾的特殊結構巧妙的使水流產生離心力、向心力、剪切力、漩流沉淀，因此，具有過濾效果好，不易堵塞，工作可靠的特點。
雖然過濾器并聯安裝在循環系統中，但通過的水量只是循環水量的5%左右，對系統總的循環流量影響不大，即使過濾器發生堵塞，也不會對整個系統運行有影響。如果采用串聯方式，利用壓差排污，對系統的總流量是有影響的，會減少系統循環水量，會直接影響換熱效率，如果發生堵塞，系統運行將有困難。
三、試驗數據分析：
我們通過近幾年在地鐵復八線實際冷卻水處理技術的實施和對水質等問題的了解，及對現場管理和運行模式的認識，我們認為，在地鐵復八線推廣“零”排污技術是可行的，通過技術實施和雙方協商好的運行方式，可以獲得相當大的節水效果。
2003年開始，我們對整個復八線的濃縮倍數提升做了一些嘗試，將部分站點的濃縮倍數達到6左右，總硬度達到1000以上。在這個硬度下運行，結垢傾向會很嚴重。由于天安門西站原設計的水箱不合理，每次停機水都有泄漏問題，2003年運行期濃縮倍數只有2.54。在2004年，我們采用了采用旁流過濾方法，安裝了一臺20M3/H的精密旁通過濾器，具體安裝見附圖：
運行期間，我們請中石化集團的水處理藥劑評定中心進行水樣抽檢和腐蝕掛片檢驗，其中水樣分析報告和掛片數據見表二和表三⑶⑷⑸。
分析項目自來水循環冷卻水
總硬度mg/l280-360900-1700
總堿度mg/l200-250500-770
氯離子mg/l30-46163-352
濃縮倍數6-8
按照濃縮倍數7計算，排污量為0.6M3/H，每天的排污量為7.2噸，與2003年比，每天節水16.8噸。達到了預期的目的。
從運行效果看，整個運行期，制冷機沒有出現任何結垢跡象，從腐蝕掛片的腐蝕率看，效果也很好。
表三腐蝕率數據懸掛掛片號材質腐蝕率
mm/年說明
2157碳鋼A30.1017掛片露出水面，所以偏高
2152碳鋼A30.0804
2198碳鋼A30.0679
2178碳鋼A30.0483
2151碳鋼A30.0580
2176碳鋼A30.0411
2179碳鋼A30.0388
平均值0.0623
6141黃銅0.0013
6145黃銅0.0011
6144黃銅0.0002
平均值0.0008
國家行業規范要求：開放式水處理系統腐蝕率允許值：≤0.125mm/年，我們的實驗數據表明均符合國家水處理規范要求。
四、實施方案和節約的費用：
我們在循環管道上引出一條旁路，水量是總循環水量的1/20，安裝一個精密過濾器，水通過精密過濾器過濾后，再返回到運行管線中。設備費用大約在8200-10000元
采用精密過濾器的綜合效益可以從幾個方面統計：
1.節水量：每臺制冷機可以節約用水10-20噸/天，節水總量在23400噸
2.節省費用：按每噸水5.7元計算，全年節水費用達到13.34萬元。
3.節能源：當采用旁流過濾技術后，水的潔凈度增加，在冷卻塔上的附著量減少，提高了冷卻塔的換熱效率，相當節約了能源消耗，估計至少可以降低5-10%的能源消耗。
4.節約水處理藥劑：水處理藥劑是按照補充水量投加的，當采用過濾器后，補水量降低，加藥量也可以節省10%左右。
安裝一臺旁流過濾器的成本從一年的節水和節電、藥劑費用中就可以收回。
五、結論
通過我們在地鐵天安門西站進行化學水處理與旁通過濾技術聯合應用試驗表明，在滿足國家對循環水的行業標準的前提下，可以大量減少排污量，節省水資源。從而真正實現冷卻水系統的零排污運行模式，會為北京地鐵贏得更好的社會影響和經濟效益。如果在地鐵和相關單位推廣應用、將會產生巨大的社會效益、環境效益和經濟效益。
六、參考文獻：
1.金熙等編《工業水處理技術問答及常用數據》北京.化學工業出版社，1997年，274-290
2.齊冬子編《敞開式循環冷卻水系統的化學處理》北京.化學工業出版社，2001年，8-10，169-181，212；
3.中石化總公司水處理藥劑評價中心實驗報告，2004年,未發表；
關鍵詞地鐵噴霧冷卻冷水機組噴霧間接蒸發冷卻冷凝器
0引言
近年來,我國大力發展城市軌道交通,尤其鼓勵地鐵的發展,繼北京、上海、廣州、深圳多條地鐵線開通運營后,很多大型城市正在或即將修建地鐵,由于地鐵站空調系統需要對冷卻水進行降溫,因此,在地鐵建設中不可避免會涉及冷卻塔的設置問題。由于地鐵線路所經過的區域多是城市繁華地帶,地面上設置冷卻塔的空間有限或根本沒有,將冷卻塔安裝在地面上不僅影響城市景觀和規劃,而且給周圍環境帶來噪聲污染和衛生隱患。因此,研究地鐵專用的冷卻器替代目前設置在地面的冷卻塔,對解決地鐵冷卻塔設置的問題具有現實意義。
目前地鐵空調冷卻水系統中所采用的冷卻塔是針對設置在室外進行設計制造的,分為橫流式和逆流式兩種,冷卻塔體積巨大,塑料填料間距很小,安裝于地鐵排風通道中必然影響地鐵排風;為避免冷卻水被外界空氣污染,冷卻水不宜與外界空氣接觸,因此,普通開式冷卻塔不宜用于地鐵空調系統,而封閉式冷卻塔和蒸發式冷凝器由于換熱效率等問題而不適合在地鐵站中使用,本文提出新型閉式噴霧冷卻器和新型噴霧冷凝器兩種方案,并對其進行簡要分析。
1噴霧冷卻技術研究成果
自Maclaine-cross和Banks建立間接蒸發冷卻計算模型以來,國內外專家學者以此為基礎對噴霧間接蒸發冷卻技術進行了大量的研究。楊強生等人基于Merkel方程,實驗研究了噴霧空氣冷卻器的傳熱傳質過程,通過回歸的方法得到容積散質系數的關聯式[1]。梅國暉等人研究了高溫表面噴霧冷卻傳熱系數、氣水霧化噴嘴最佳氣水比和噴射方向對噴霧冷卻換熱的影響,研究表明,噴霧冷卻過程存在最佳氣水比,但最佳氣水比不是固定不變的,它隨著水壓的增加而減小;在低水流密度下,噴射角90°處噴霧傳熱系數最大,其他噴射角度的傳熱系數大致以噴射角90°處對稱,在高水流密度下,隨噴射角度增加而顯著增加[2-4]。劉振華通過數值計算方法討論了液滴與空氣速度比和噴霧條件之間的相互關系,認為在自由射流情況下,速度比的變化使流體形成在噴嘴附近的非穩定區和下游的穩定區,在均一流情況下則不存在非穩定區,在穩定區內速度比與模型類別、噴霧距離和初始速度無關;在噴霧距離大于0.5m后,可認為速度比進入穩定區,其大小取決于液滴直徑和空氣沖擊速度,空氣沖擊速度越大,速度比越接近1,液滴直徑越小;液滴直徑小于100μm,可認為速度比等于1,對工程計算沒有影響[5]。JunghoKim詳盡研究了噴霧冷卻的傳熱機理和目前噴霧冷卻模型的優缺點,研究了物體表面形狀、噴霧傾斜角度和重力對噴霧冷卻的影響[6]。最近,美國國家航空航天局的EricA.Silk等人研究了3種強化表面的噴霧冷卻效果和噴射傾斜角度(噴射軸向與物體表面法向夾角)對噴霧冷卻的影響,在噴霧溫度為20.5℃時,分析了冷卻水管采用3種不同肋片表面對冷卻效果的影響,研究表明,相對于平表面而言,直肋片表面熱流密度最大,且噴射傾斜角度為30°時,熱流密度可提高75%[7]。
2噴霧冷卻與淋水冷卻的比較
2.1能耗比較
開式噴霧通風冷卻塔由于采用噴霧裝置,改變了機械通風冷卻塔的工藝結構,不需要淋水填料,所需的風機功率很小甚至不需要風機,因此,節省設備的初投資和運行維護費用,表1是一種噴霧冷卻塔與機械通風冷卻塔能耗比較[8]。
2噴霧冷卻與淋水冷卻的比較
2.1能耗比較
開式噴霧通風冷卻塔由于采用噴霧裝置,改變了機械通風冷卻塔的工藝結構,不需要淋水填料,所需的風機功率很小甚至不需要風機,因此,節省設備的初投資和運行維護費用,表1是一種噴霧冷卻塔與機械通風冷卻塔能耗比較[8]。
從表1可以看出,當冷卻水量從75m3/h增加到700m3/h時,在沒有考慮普通冷卻塔配套設施能耗和運行費用的基礎上,噴霧冷卻塔與相應規格的機械通風冷卻塔相比,綜合節能效率在30%~50%之間,噴霧冷卻效益顯著。
噴霧冷卻器設置在地鐵排風通道內,水霧與冷卻器表面的換熱量最終必須由通道內排風帶走,因此,空氣的溫濕度決定了冷卻器的換熱效果,而通道內空氣的溫濕度與室外空氣溫濕度差別很大,因此,實現相同排熱量所需冷卻器的體積相對會大一些,相應設備功率會增大,這樣,不可避免地要增加部分能耗和初投資及運行費用。
由于冷卻塔設置在地鐵排風通道內,必然會造成通道的排風斷面減小,排風阻力增大,由局部阻力計算公式可知,局部阻力與通道的局部阻力系數和速度的二次冪的乘積成正比,當通道排風斷面減小一半時,則局部阻力將為原來的4倍,因此,要實現相同排風量,排風機的功率可能會增大。
2.2費用比較
假定某地鐵制冷站冷卻塔選用橫流式冷卻塔,型號為DBHZ2—600,9.6萬元/臺,設計進、出口水溫分別為37℃/32℃,濕球溫度為28℃,占地面積43m2,高度為3.61m,風機功率為12kW,風量為351m3/h,A聲級噪聲為56.6dB;循環水泵選用1臺軸流泵,流量為400m3/h,功率為7.5kW,凝結水泵選用1臺軸流泵,流量為750m3/h,功率為3kW,水泵費用為0.75萬元;循環水泵運行費用為5.58萬元/a,凝結水泵運行費用為2.23萬元/a(電費為0.85元/(kWh),水費為2.8元/t,水、電價來自于重慶市自來水公司和重慶市電力公司;冷卻塔和水泵信息來自阿里巴巴網2007-3-15報價)。
冷卻塔的運行費用包括水泵的運行費用和補給水的費用,要維持冷卻系統正常運轉,需定期補給循環水,年補給水量ΔL為[9]
式中Q為冷卻水的循環量,t/h;K為系數,取0.14;h為冷卻塔全年運行時間,h;m為冷卻倍率,取60。
假定系統全天運行24h,一年按365d計算,求得年補給水量應為66225.6t,年補水費為18.54萬元,冷卻塔風機年運行費用為8.94萬元,則冷卻塔年運行費用為35.29萬元。假設采用噴霧冷卻的設備費用與采用機械通風冷卻塔的設備費用相同,但由于噴霧所需水量為機械通風的補水量的5%,因此,在不考慮冷卻塔運行費用的基礎上,僅系統補水水費一項就可節約17萬元左右。
2.3耗水量比較
如上所述,假定某地鐵制冷站采用機械通風冷卻塔時需要冷卻水量為600m3/h,配套冷卻塔進、出口水溫為37℃/32℃。假定噴霧溫度為34℃,含濕量為34.94g/kg,蒸發率為0.6~0.8,那么噴霧速率1.8~2.4kg/s就可實現冷卻水降溫,全年所需水量為1763~2645t。若采用機械通風冷卻塔,如上述計算可知,年補水量為66225.6t,同樣,采用噴淋水冷卻時,按相關規范,最小噴淋水量為100kg/(m3·h),遠遠大于噴霧冷卻所需水量[10],因此,單從耗水量而言,冷卻方式宜采取噴霧冷卻。
3噴霧間接蒸發冷卻器與噴霧間接蒸發冷卻冷凝器
3.1噴霧間接蒸發冷卻器
噴霧冷卻塔與普通機械通風冷卻塔不同之處在于噴霧裝置的應用,噴霧裝置是一種射流元件,是噴霧冷卻塔的核心部件,它取代了傳統冷卻塔的填料和風機,通過噴嘴產生的內旋流作用,有效地保證了低壓狀態的霧化度,利用低壓液流通過旋流霧化噴頭形成霧化,噴霧流的反作用力推動它作反向旋轉,產生由下部吹向霧流的風力,霧化水滴與進塔空氣在霧化狀態條件下進行換熱,達到預期的降溫效果[8]。
噴霧冷卻塔結構簡單,質量輕,噪聲低,耐腐蝕,不易堵塞,使用壽命長,除了省卻風機、填料,降低成本費用外,還降低了塔體的自重,減少由填料阻塞引起的冷卻塔維修,冷卻效果穩定,但是由于它和普通開式冷卻塔一樣與外界空氣直接接觸,不能保證冷卻水水質,而且冷卻效果易受空氣參數影響。
封閉式冷卻塔由于冷卻水在處理過程中不與外界空氣接觸,冷卻水質不會受到外界的污染,但地鐵空調系統中如果采用噴淋水來冷卻封閉式冷卻塔內的冷卻水,不僅冷卻效果劣于普通開式冷卻塔,冷卻塔的體積非常大,而且由于存在大量的飄逸損失,噴淋水用水量大,與將冷卻塔設置在地面相比得不償失,因此,綜合噴霧冷卻塔和封閉式冷卻塔的優點,本文提出了一種新型的封閉式噴霧冷卻器。
噴霧間接蒸發冷卻器利用氣水霧化噴嘴將經過處理的少量水霧化,噴到冷卻器表面,形成一層均勻水膜,通過水膜蒸發實現冷卻器內部冷卻水降溫。它既能保證冷卻水不受污染,又能達到冷卻效果,而且由于噴霧所用的水經過適當的處理,不會堵塞噴霧裝置,能緩解冷卻盤表面結垢問題。噴霧間接蒸發冷卻器研究的核心問題是霧化效果和水膜的完整性、均勻性和厚度。
3.2噴霧間接蒸發冷卻冷凝器
蒸發式冷凝器是目前制冷系統中常用的一種間接蒸發冷卻設備,主要特點是耗水量少,節電和結構緊湊,占地面積小,熱效率高。一般水冷式冷凝器每kg冷卻水能帶走4~6kJ的熱量,而蒸發式冷凝器每kg水蒸發能帶走約580kJ的熱量,所以蒸發式冷凝器的理論耗水量只有一般水冷式冷凝器的1%。考慮冷卻水的飛濺以及蒸發、溢水等損失,實際耗水量約為一般水冷式冷凝器循環水量的5%~10%。
由于噴霧冷卻能在冷卻器表面形成相對完整均勻的水膜,冷卻效率更高,所需水量少,目前噴霧冷卻多用于高溫物體表面的冷卻降溫,因此,研發一種耗水量少的新型噴霧間接蒸發冷卻冷凝器,可以解決地鐵空調系統設置冷卻塔的問題。
該方案的最大優勢在于不用設置冷卻塔,節省冷卻塔及配套設施的初投資和運行產生的環境問題,采用噴霧冷卻的方法,由于所需的水量很少,噴霧水源問題就很容易解決,可以對噴霧所用的水進行軟化處理,防止堵塞噴霧裝置和緩解冷凝器表面結垢。
噴霧間接蒸發冷卻冷凝器實質上是本文所述噴霧間接蒸發冷卻器的一個改進方案,要開發它,除了要解決閉式噴霧冷卻器的霧化效果,水膜均勻性、完整性和厚度等問題以外,還必須與廠商協商設置冷凝器與冷水機組設備接口,對管道進行保溫,研究冷凝器與機組距離對系統其他設備性能的影響,確定機組性能隨二者間距變化的曲線,這其中涉及系統壓力損失、制冷劑壓力與機組壓力匹配等問題。
4結論
本文的兩種方案可實現地鐵空調系統冷卻塔不設在城市地面上的設想,能節省目前冷卻水系統中部分輔助設備的初投資和運行費用,機組制冷量越大,節水效益越明顯,特別是在缺水地區,該項技術的效益更為明顯,但是,還有以下問題需要解決:
1)保證噴霧壓力的相對穩定,維持運行壓力在適當范圍內,使冷卻效果不受流量變動等的影響。
2)研發一套噴霧裝置,使換熱器表面水膜完整、均勻,且厚度很小,通過該裝置實現間歇噴霧冷卻,建立噴霧評價指標體系。
3)研發換熱效率高、空氣側阻力小的新型換熱器。
4)建立噴霧間接蒸發冷卻器性能評價指標體系。
5)噴霧水軟化處理,緩解冷卻器表面結垢。
6)解決噴霧冷卻冷凝器與機組的集成問題及建立相應的評價指標體系。
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1．1推行綠色施工技術的背景
目前，我國推行綠色施工的主要依據是《建筑工程綠色施工評價標準》GBT50640－2010以及建設部2007年9月的《綠色施工導則》。根據《綠色施工導則》的定義，“綠色施工”是指工程建設中，在保證質量、安全等基本要求的前提下，通過科學管理和技術進步，最大限度地節約資源與減少對環境負面影響的施工活動，實現環境保護、節能與能源利用、節材與材料資源利用、節水與水資源利用、節地與土地資源保護(簡稱“四節一環保”)。實施綠色施工的原則:①要進行總體方案優化，在規劃、設計階段，充分考慮綠色施工的總體要求，為綠色施工提供基礎條件。②對施工策劃、材料采購、現場施工、工程驗收等各階段進行控制，加強整個施工過程的管理和監督。綠色施工的總體框架由施工管理、環境保護、節材與材料資源利用、節水與水資源利用、節能與能源利用、節地與施工用地保護六個方面組成。
1．2工程概況
蘇州某商業廣場136．6m綜合樓，總建筑面積88000m2，中央空調系統主要包括以下幾個方面。1)商場空調系統冷源:商場夏季集中冷源為設于地下一層的2臺離心式冷水機組，總冷負荷為3960kW，供回水溫度為7/12℃，冷卻塔1臺設置于裙房屋頂;商場冬季熱源為設于裙房屋頂的2臺常壓熱水鍋爐，總熱負荷為1620kW，供回水溫度為60/50℃。2)辦公樓空調系統冷源:辦公夏季集中冷源為設于地下一層的3臺離心式冷水機組，總冷負荷為3956kW，供回水溫度為7/12℃，冷卻塔1臺設置于裙房屋頂;辦公冬季熱源為設于裙房屋頂的2臺常壓熱水鍋爐，總熱負荷為2320kW，供回水溫度為60/50℃。3)空調水系統:商場空調水系統管路采用同程式，立管采用異程式。辦公樓空調水系統管路全部采用同程式，由于辦公樓空調水系統超過標準設備承壓能力1．0MPa，故在避難層空調機房設置水－水熱交換機組。4)空調風系統:一層辦公大廳和商場空調風系統采用吊頂式空調器，室外新風直接接入吊頂式空調器回風側;辦公空調風系統采用風機盤管加全熱交換器的空調方式。5)通風系統:地下一層二層水泵房采用機械排風系統進行平時通風，自然補風;地下車庫采用誘導風機，平時進行氣流誘導;公共衛生間、屋頂電梯機房采用機械排風系統;不含防排煙系統。
2環境保護措施
施工現場的環境保護包括資源保護、職業健康環境、揚塵控制、廢氣排放控制、固體廢棄物排放控制及有毒有害物品的處理、光污染控制、噪音控制和生活廢棄物的控制等。
2.1資源保護
資源保護主要包括兩個方面:一是水資源的保護;二是土地資源的保護。水資源保護主要是保護場地四周原有的地下水形態，在施工中，盡量減少抽取地下水。土地資源保護主要是指防止施工中使用的危險品、化學品存放處污染地面，以及污物排放的過程中污染土地。一般情況是加強工人的環保意識，對其進行有毒、害物品如何處理的教育，對廢棄油罐、廢棄機油等采取專門處理。
2．2人員健康
安裝工程施工現場是一個人員相對集中的地方，尤其是在施工高峰期，人員健康也是工程順利進行的保障，一般是采取以下措施。1)施工作業區和生活辦公區分開設置，生活區設在上風口，并遠離有毒、有害物質。2)從事有毒、有害、有刺激性氣味和強光、強噪音施工的人員，應佩戴護目鏡、面罩等防護器具。電焊人員應佩戴護目鏡。3)在深井、密閉環境、防水和室內裝修施工時，要有自然通風或臨時通風設施。4)現場危險設備地段、有毒物品存放地設置醒目安全標志，施工采取有效防毒、防污、防塵、防潮、通風等措施;現場配電箱、塔吊等危險設備及油罐、材料堆放等處設安全標志;在安全作業方面定期進行教育。5)廁所、衛生設施、排水溝及陰暗潮濕地帶，定期噴灑藥水消毒;食堂各類器具清潔，個人衛生、操作行為規范。
2.3揚塵控制
揚塵是施工現場主要的環境影響指標，不僅對場地內造成危害，還會對場地外造成不良影響，嚴重時將引起投訴，損害企業形象。現場采取灑水清掃措施，但應盡量不使用自來水，不能因為控制揚塵而造成水資源浪費;易飛揚和細顆粒建筑材料封閉存放，余料要及時回收。可以采用管道或垂直運輸機械進行高空垃圾清運，高層建筑對建筑垃圾的處理采用垂直運輸和塔吊的方法。
2.4空氣污染控制
1)盡量采用預留孔、洞、槽的工藝方法，若要開鑿應采取封閉圍擋和必要的灑水控制揚塵措施。2)砂輪切割機等機具應有防塵措施，作業區內目測揚塵控制高度應小于0．5m。3)施工現場出口設置洗車槽，對離場車輛輪胎進行沖洗，運送建筑垃圾及其他固體廢棄物的車輛應采取封閉措施。4)建筑物內垃圾清理搭設封閉性臨時專用通道由上而下、由內至外進行輸送。5)保護施工現場的植被，施工場地硬化，專人灑水及清掃，防止灰塵飛揚。6)就地取材，充分利用本地資源進行施工，減少運輸隊環境造成的影響。運輸、裝卸、儲存能夠散發有毒、有害氣體或者粉塵物質的，必須采取密閉防護措施。7)現場目視無揚塵，控制廢氣、煙霧及粉塵排放，控制使用油漆、涂料、膠水、溶劑等有害氣體排放，對排放有害氣體的機動車、柴油發電機等定期進行檢修。8)氣體污染。各種化工溶劑、膠水、涂料、油漆等要設專用通風良好的倉庫擺放，使用時采用通風措施。
2.5固體廢棄物處置
固體廢棄物應分類收集，集中堆放;對廢電池設置專門的回收裝置;廢墨盒等有毒、有害的廢棄物單獨回收。每隔5～6層設置可移動的環保廁所，以方便高層作業人員使用。
2.6污水排放控制
施工臨時設施統一設置排水系統，施工現場設置沉淀池，工程污水先排放至排放點附近的污水點，將污水收集過濾沉淀達標后進行集中排放，確保雨水管網與污水管網分開使用，排水溝同城市管網相連接。辦公區、生活區廁所設置化糞池、食堂設置隔油池等進行三級沉淀達到排放標準后排放。存放油品和化學品的庫房進行防滲漏處理，在存儲和使用中，防止油料跑、冒、滴、漏污染水體。
2．7光污染控制
工地設置大型照明燈具時，可對照明設備照射角度控制，在照明燈外加上燈罩，設置固定式弧光防護罩，透光方向盡量垂直集中在施工區域范圍內，以防止強光外泄。電焊作業時采取遮擋防護措施，避免電焊弧光外泄。夜間實施對焊和電焊作業，應有遮光措施或設置遮光棚。
2．8噪音控制
現場除設置隔音設施外，還應設噪聲監測點，實施動態監測，發現超標情況，立即查找原因，及時采取隔音或吸音措施。經常維護和保養機械設備和工具;盡量選用低噪聲、低振動或備有消聲設備的施工機械設備;減少機器空轉時間，強噪聲機械要設置密閉的機械棚;空壓機、通風機等噪聲比較大的機械均設置消音裝置。控制切割機、沖擊鉆、電鉆、打磨機及安裝風管的噪聲排放。工地周圍學校、居民學習休息時段，盡量避免進行高噪聲施工作業。必須夜間作業的，應提前通知建設單位、當地居委和環境保護部門，并發出安民告示，同時投入足夠人力、物力，加強現場管理，夜間施工時禁止喧嘩，盡快完成施工。
3節材與材料資源利用
節約材料(包括周轉材料)一直是施工企業降低成本的主要手段之一，每個工程項目都根據各自的不同特點，采取有效措施，最大限度地節約材料。
3.1材料的選擇
施工應選用獲得環保認證，有毒、有害物質含量符合國家相關要求的材料;辦公設施、生活區設施，可采用活動板房，周轉使用。現場工作平臺采用可拆卸再利用的鋼平臺，廢棄鋼材做腳手架等防護措施重復利用。現場的一些樓梯保護板采用回收的木板重復利用。
3.2材料節約
①根據施工進度、庫存情況等合理安排材料的采購、進場時間和批次，減少庫存。②現場材料堆放有序，儲存環境適宜、整齊、美觀，措施得當、建立健全保管制度、責任落實。③選用合適的材料運輸工具、裝卸方法，防止損壞和遺灑。根據現場平面布置情況就近卸載，避免和減少二次搬運。④對鋼材、管材、電線電纜等都有精確預算，優化下料方案，減少廢料產生。⑤優化安裝工程的預留、預埋、管線路徑等方案。⑥就地取材，施工現場500km以內生產的建筑材料用量占建筑材料總重量的70%以上。
3.3資源重復利用和再生利用
①優先選用耐用、維護與拆卸方便的周轉材料和機具。②采用工業化的成品，減少現場作業廢料與建筑垃圾，充分利用廢棄物。③臨時設施充分利用舊料和現場拆卸回收材料，使用裝配方便、周轉、可利用的材料。④建立垃圾管理制度，對垃圾流向進行有效控制，防止無序傾倒和二次污染;生活垃圾分類收集、回收和資源化利用。
4節水與水資源利用措施
地球上的水資源是有限的，節約用水和水資源的利用就尤為重要。施工現場一般要求生產、生活用水分開計量，生活用水設施均為節水型器具，并制定每人每月定額用量，以確保節約用水人人有責。
4.1節約用水
現場安裝水表，辦公室、生活區均采用節水器具，如節水龍頭、腳踏淋浴開關、節水型閥門，公共廁所采用自助沖洗裝置。管道水壓試驗用水的循環使用。
4.2水資源再利用
1)雨水充沛，建立雨水收集裝置。可用作進出車輛的清洗，道路灑水、降塵，混凝土養護等。2)沖洗現場機具、設備、車輛用水，應設立循環用水裝置。3)在非傳統水源和現場循環再利用水的使用過程中，進行水質檢測，確保避免對人體健康、工程質量以及周圍環境產生不良影響。
5節能與能源利用措施
施工現場消耗的能源主要是電能和汽油、柴油等。加強生產、生活、辦公及主要耗能機械的節能指標管理，選擇節能型設備，并對主要耗能設備進行耗能計量核算。根據當地氣候和自然資源條件，合理利用太陽能或其他可再生能源。如將太陽能熱水用于辦公區和生活區用水。主要耗能設備包括焊機、電梯、水泵、切割機等，應對其節能指標進行控制。
5.1暖通空調安裝工程
綠色施工的節能技術措施1)空調機組、鍋爐附屬設備、管道、管件及閥門的節能性能及技術參數等必須符合設計要求。保溫系統外表應無損傷、密封應良好，各項驗收記錄、技術文件應齊全、完整。管道的搬運和在安裝階段，不得損壞和降低空保溫節能技術參數。2)系統節能工程所使用的設備、管道、閥門、儀表、絕熱材料等產品進場，應按設計和規范要求，對其類型、材質、規格及外觀等進行驗收。3)水系統的安裝，經節能監測符合設計要求的技術參數。4)風管的制作:風管與部件、風管與土建及風管間的連接應嚴密、牢固，風管的嚴密性及風管系統的嚴密性檢驗和漏風量，應符合規范標準規定。5)需要絕熱的風管與金屬支架的接觸處應有防熱橋的措施，應符合設計要求。6)凝結水管:保溫層接縫處不允許外露保溫保冷層，管與其吊架之間須墊入與保溫層同等厚度的經過防腐處理的配套墊塊，以防止產生冷橋。7)節能絕熱材料的粘貼應牢固、鋪設應平整;保溫材料應按規定的密度壓縮其體積，疏密應均勻。防潮層與絕熱層應結合緊密，封閉良好，不得有虛粘、氣泡、皺褶、裂縫等缺陷。防潮層的立管應由管道的低端向高端敷設，環向搭接縫應朝向低端;縱向搭接縫應位于管道的側面，并順水。8)節能專項方案:應對節能工程的工藝標準、節能工程驗收內容，達到的質量標準，應有明確規定，交監理工程師批準后實施。
5.2暖通空調安裝工程施工檢測的節能技術措施
1)通風與空調系統安裝完畢，應進行通風機和空調機組等設備的單機試運轉和調試，并應進行系統的風量平衡調試。單機試運轉和調試結果應符合設計要求;系統的總風量與設計風量的允許偏差不應大于10%，風口的風量與設計風量的允許偏差不應大于15%。2)空調節能工程智能化監測:按設計要求監控室內溫度，監控空調保證室內設計溫度的能量消耗，在室內溫度達到設計要求后，智能化監測裝置自動控制節約能源。3)空調與通風系統功能檢測:建筑設備監控系統應對空調系統進行溫濕度及新風量自動控制、預定時間表自動啟停、節能優化控制等控制功能進行檢測。應著重檢測系統測控點(溫度、相對濕度、壓差和壓力等)與被控設備(風機、風閥、加濕器及電動閥門等)的控制穩定性、響應時間和控制效果、節能控制情況，并檢測設備連鎖控制和故障報答的正確性。4)鍋爐及附屬設備系統功能檢測:建筑設備監控系統應對系統負荷調節和節能優化控制。檢測時應通過工作站對系統設備控制和運行參數、狀態、故障等的監視、記錄與報警情況進行檢查，并檢查設備運行的聯動情況。核實鍋爐及附屬設備系統功能系統能耗計量與統計資料。
5.3臨時設施施工
臨時設施結合日照和風向等自然條件，合理采用自然采光、通風和外窗遮陽設施。使用熱工性能達標的復合墻體(注意防火問題)和屋面板，頂棚宜采用吊頂。
6節地與土地資源保護措施
平面布置合理、緊湊，盡量減少施工用地。充分利用和保護原有建筑物、構筑物等;臨時辦公和生活用房采用適合于施工平面布置動態調整的多層輕鋼活動板房、鋼骨架多層水泥活動板房等可重復使用的裝配式結構。根據施工規模及現場條件等因素合理確定臨時設施。臨時加工廠、現場作業棚及材料堆場、辦公生活設施等的占地指標，應根據臨時設施的占地面積按用地指標所需的最低面積設計。生活區與生產區分開布置，臨時設施布置應注意遠近結合，努力減少和避免大量臨時建筑拆遷和場地搬遷，最大限度地減少對原有土地生態環境的影響。在滿足環境、職業健康與安全及文明施工技術要求的前提下，盡可能減少廢棄地和死角。施工現場道路按照永久道路和臨時道路相結合的原則布置。施工現場內形成環形通路，減少道路占用土地。
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本文作者：工作單位：安徽埃夫特智能裝備有限公司
從控制系統設計角度來說，可以采用辯證法內外因基本原理來分析影響重載機器人控制品質的因素，首先，如果系統存在動力學耦合、柔性等非線性因素，僅僅采用傳統的線性控制很難獲得良好的控制品質，底層伺服回路的控制缺陷是影響機器人控制品質的內因。第二，如果運動規劃環節處理不當，傳輸給底層運動控制回路的運動指令不合理，即存在位置不連續，速度不連續，加速度躍變等情況，對系統會產生嚴重的沖擊，即便底層伺服控制設計再優秀，同樣也會嚴重影響系統控制品質，這就是所謂的外因。下面就從內外因角度對目前在機器人運動規劃和底層伺服控制方面的相關進展進行綜述。機器人運動規劃方法運動規劃與軌跡規劃是指根據一定規則和邊界條件產生一些離散的運動指令作為機器人伺服回路的輸入指令。運動規劃的輸入是工作空間中若干預設點或其他運動學和動力學的約束條件；運動規劃的輸出為一組離散的位置、速度和加速度序列。運動規劃算法設計過程中主要需要考慮以下三個問題：（1）規劃空間的選取：通常情況下，機器人軌跡規劃是在全局操作空間內進行的，因為在全局操作空間內，對運動過程的軌跡規劃、避障及幾何約束描述更為直觀。然而在一些情況下，通過運動學逆解，運動規劃會轉換到關節空間內完成。在關節空間內進行運動規劃優點如下：a.關節空間內規劃可以避免機構運動奇異點及自由度冗余所帶來種種問題[1-4]；b.機器人系統控制量是各軸電機驅動力矩，用于調節各軸驅動力矩的軸伺服算法設計通常情況也是在關節空間內的，因此更容易將兩者結合起來進行統一考慮[5,6]；c.關節空間運動規劃可以避免全局操作空間運動規劃帶來的每一個指令更新周期內進行運動規劃和運動學正逆計算帶來的計算量，因為如果指令更新周期較短，將會對CPU產生較大的計算負荷。（2）基礎函數光滑性保證：至少需要位置指令C2和速度指令C1連續，從而保證加速度信號連續。不充分光滑的運動指令會由于機械系統柔性激起諧振，這點對高速重載工業機器人更為明顯。在產生諧振的同時，軌跡跟蹤誤差會大幅度增加，諧振和沖擊也會加速機器人驅動部件的磨損甚至損壞[7]。針對這一問題，相關學者引入高次多項式或以高次多項式為基礎的樣條函數進行軌跡規劃，其中Boryga利用多項式多根的特性，分別采用5次、7次和9次多項式對加速度進行規劃，表達式中僅含有一個獨立參數，通過運動約束條件，最終確定參數值，并比較了各自性能[8]。Gasparetto采用五次B樣條作為規劃基礎函數，并將整個運動過程中加速度平方的積分作為目標函數進行優化，以確保運動指令足夠光滑[9]。劉松國基于B樣條曲線，在關節空間內提出了一種考慮運動約束的運動規劃算法，將運動學約束轉化為樣條曲線控制頂點約束，可保證角度、角速度和角加速度連續，起始點和終止點角速度和角加速度可以任意配置[10]。陳偉華則在Cartesian空間內分別采用三次均勻B樣條，三次非均勻B樣條，三次非均勻有理B樣條進行運動規劃[11]。（3）運動規劃中最優化問題：目前常用的目標函數主要為運行時間、運行能耗和加速度。其中關于運行時間最優的問題，較為經典是Kang和Mckay提出的考慮系統動力學模型以及電機驅動力矩上限的時間最優運動規劃算法，然而該算法加速度不連續，因此對于機器人來說力矩指令也是不連續的，即加速度為無窮大，對于真實的電驅伺服系統來說，這是無法實現的，會對系統產生較大沖擊，大幅度降低系統的跟蹤精度，對機械本體使用壽命也會產生影響[12]。針對上述問題Constantinescu提出了解決方法，在考慮動力學特性的基礎上，增加對力矩和加速度的約束，并采用可變容差法對優化問題進行求解[13]。除了以時間為優化目標外，其他指標同樣被引入最優運動規劃模型中。Martin采用B函數，以能耗最少為優化目標，并將該問題轉化為離散參數的優化問題，針對數值病態問題，提出了具有遞推格式的計算表達式[14]。Saramago則在考慮能耗最優的同時，將執行時間作為優化目標之一，構成多目標優化函數，最終的優化結果取決于兩個目標的權重系數，且優化結果對于權重系數選擇較為敏感[15]。Korayem則在考慮機器人負載能力，關節驅動力矩上限和彈性變形基礎上，同時以在整個運行過程中的位置波動，速度波動和能耗為目標，給出了一種最優運動規劃方法[6]，然而該方法在求解時，收斂域較小，收斂性較差，計算量較大。
考慮部件柔性的機器人控制算法機器人系統剛度是影響動態性能指標重要因素。一般情況下，電氣部分的系統剛度要遠遠大于機械部分。雖然重載工業機器人相對于輕型臂來說，其部件剛度已顯著增大，但對整體質量的要求不會像輕型臂那么高，而柔性環節仍然不可忽略，原因有以下兩點：（1）在重載情況下，如果要確保機器人具有足夠的剛度，必然會增加機器人部件質量。同時要達到高速高加速度要求，對驅動元件功率就會有很高的要求，實際中往往是不可實現（受電機的功率和成本限制）。（2）即使驅動元件功率能夠達到要求，機械本體質量加大會導致等效負載與電機慣量比很大，這樣就對關節剛度有較高的要求，而機器人關節剛度是有上限的（主要由減速器剛度決定）。因此這種情況下不管是開鏈串聯機構還是閉鏈機構都會體現出明顯的關節柔性[16,17]，在重載搬運機器人中十分明顯。針對柔性部件帶來的系統控制復雜性問題，傳統的線性控制將難以滿足控制要求[17-19]，目前主要采用非線性控制方法，可以分成以下幾大類：（1）基于奇異攝動理論的模型降階與復合控制首先針對于柔性關節控制問題，美國伊利諾伊大學香檳分校著名控制論學者MarkW.Spong教授于1987年正式提出和建立柔性關節的模型和奇異攝動降階方法。對于柔性關節的控制策略絕大多數都是在Spong模型基礎上發展起來的。由于模型的階數高，無法直接用于控制系統設計，針對這個問題，相關學者對系統模型進行了降階。Spong首先將奇異攝動理論引入了柔性關節控制，將系統分成了慢速系統和邊界層系統[20]，該方法為后續的研究奠定了基礎。Wilson等人對柔性關節降階后所得的慢速系統采用了PD控制律，將快速邊界層系統近似為二階系統，對其阻尼進行控制，使其快速穩定[21]。針對慢速系統中的未建模非線性誤差，Amjadi采用模糊控制完成了對非線性環節的學習[22]。彭濟華在對邊界層系統提供足夠阻尼的同時，將神經網絡引入慢速系統控制，有效的克服了參數未知和不確定性問題。連桿柔性會導致系統動力學方程階數較高，Siciliano和Book將奇異攝動方法引入柔性連桿動力學方程的降階，其基本思想與將奇異攝動引入柔性關節系統動力學方程一致，都將柔性變形產生的振動視為暫態的快速系統，將名義剛體運動視為準靜態的慢速系統，然后分別對兩個系統進行復合控制，并應用于單柔性連桿的控制中[23]。英國Sheffield大學A.S.Morris教授領導的課題組在柔性關節奇異攝動和復合控制方面開展了持續的研究。在2002年利用Lagrange方程和假設模態以及Spong關節模型建立柔性關節和柔性連桿的耦合模型，并對奇異攝動理論降階后的慢速和快速子系統分別采用計算力矩控制和二次型最優控制[24]。2003年在解決柔性關節機器人軌跡跟蹤控制時，針對慢速系統參數不確定問題引入RBF神經網絡代替原有的計算力矩控制[25].隨后2006年在文獻[24]所得算法和子系統模型的基礎上，針對整個系統穩定性和魯棒性要求，在邊界層采用Hinf控制，在慢速系統采用神經網絡算法，并給出了系統的穩定性分析[26]。隨著相關研究的開展，有些學者開始在奇異攝動理論與復合控制的基礎上作出相應改進。由于奇異攝動的數學復雜性和計算量問題，Spong和Ghorbel提出用積分流形代替奇異攝動[27]。針對奇異攝動模型需要關節高剛度假設，在關節柔度較大的情況下，劉業超等人提出一種剛度補償算法，拓展了奇異攝動理論的適用范圍[28]。（2）狀態反饋和自適應控制在采用奇異攝動理論進行分析時，常常要同時引入自適應控制律來完成對未知或不精確參數的處理，而采用積分流形的方式最大的缺點也在于參數的不確定性，同樣需要結合自適應控制律[29,30]。因此在考慮柔性環節的機器人高動態性能控制要求下，自適應控制律的引入具有一定的必要性。目前對于柔性關節機器人自適應控制主要思路如下：首先根據Spong模型，機器人系統階數為4，然后通過相應的降階方法獲得一個二階的剛體模型子系統，而目前的大多數柔性關節自適應控制律主要針對的便是二階的剛體子系統中參數不確定性。Spong等人提出了將自適應控制律引入柔性關節控制，其基于柔性關節動力學奇異攝動方程，對降階剛體模型采用了自適應控制律，主要采用的是經典的Slotine-Li自適應控制律[31]，并通過與Cambridge大學Daniel之間互相糾正和修改，確立一套較為完善的基于奇異攝動模型的柔性關節自適應控制方法[32-34]。（3）輸入整形控制輸入整形最原始的思想來自于利用PosicastControl提出的時滯濾波器，其基本思想可以概括為在原有控制系統中引入一個前饋單元,包含一系列不同幅值和時滯的脈沖序列。將期望的系統輸入和脈沖序列進行卷積,產生一個整形的輸入來驅動系統。最原始的輸入整形方法要求系統是線性的，并且方法魯棒性較差，因此其使用受到限制。直到二十世紀九十年初由MIT的Signer博士大幅度提高該方法魯棒性，并正式將該方法命名為輸入整形法后[35]，才逐漸為人們重視，并在柔性機器人和柔性結構控制方面取得了一系列不錯的控制效果[36-39]。輸入整形技術在處理柔性機器人控制時，可以統一考慮關節柔性和連桿柔性。對于柔性機器人的點對點控制問題，要求快速消除殘余振蕩，使機器人快速精確定位。
這類問題對于輸入整形控制來說是較容易實現的，但由于機器人柔性環節較多，呈現出多個系統模態，因此必須解決多模態輸入整形問題。相關學者對多模態系統的輸入整形進行了深入研究。多模態系統的輸入整形設計方法一般有:a)級聯法：為每個模態設計相應的濾波器，然后將所有模態的時滯濾波器進行級聯,組合成一個完整的濾波器，以抑制所有模態的振蕩；b)聯立方程法:直接根據系統的靈敏度曲線建立一系列的約束方程，通過求解方程組來得到濾波器。這兩種方法對系統的兩種模態誤差均有很好的魯棒性。級聯法設計簡單，且對高模態的不敏感性比聯立方程法要好；聯立方程法比較直接，濾波器包含的脈沖個數少,減少了運行時間。對于多模態輸入整形控制Singer博士提出了一種高效的輸入整形方法，其基本思想為：首先在靈敏度曲線上選擇一些滿足殘留振蕩最大幅值的頻段，在這些特定的頻帶中分別選擇一些采樣頻率，計算其殘留振蕩；然后將各頻率段的殘留振蕩與期望振蕩值的差平方后累加求和，構成目標函數，求取保證目標函數最小的輸入整形序列。將頻率選擇轉化為優化問題，對于多模態系統，則在每個模態處分別選擇頻率采樣點和不同的阻尼系數，再按上述方法求解[40]。SungsooRhim和WayneBook在2004年針對多模態振動問題提出了一種新的時延整形濾波器，并以控制對象柔性模態為變量的函數形式給出了要消除殘余振動所需最基本條件。同時指出當濾波器項數滿足基本條件時，濾波器的時延可以任意設定，消除任何給定范圍內的任意多個柔性振動模態產生的殘余振動，為輸入整形控制器實現自適應提供了理論基礎[41]，同時針對原有輸入整形所通常處理的點對點控制問題進行了有益補充，M.C.Reynolds和P.H.Meckl等人將輸入整形應用于關節空間的軌跡控制，提出了一種時間和輸入能量最優的軌跡控制方法[42]。（4）不基于模型的軟計算智能控制針對含有柔性關節機器人動力學系統的復雜性和無法精確建模，神經網絡等智能計算方法更多地被引入用于對機器人動力學模型進行近似。Ge等人利用高斯徑向函數神經網絡完成柔性關節機器人系統的反饋線性化，仿真結果表明相比于傳統的基于模型的反饋線性化控制，采用該方法系統動態跟蹤性能較好，對于參數不確定性和動力學模型的變化魯棒性較強，但是整個算法所用的神經網絡由于所需節點較多，計算量較大，并且需要全狀態反饋，狀態反饋量獲取存在一定困難[43]。孫富春等人對于只具有關節傳感器的機器人系統在輸出反饋控制的基礎上引入神經網絡，用于逼近機器人模型，克服無法精確建模的非線性環節帶來的影響，從而提高機器人系統的動態跟蹤性能[44]。A.S.Morris針對整個柔性機器人動力學模型提出了相應的模糊控制器，并用GA算法對控制器參數進行了優化，之后在模糊控制器的基礎上，綜合了神經網絡的逼近功能對剛柔耦合運動進行了補償[45]。除采用神經網絡外，模糊控制也在柔性機器人控制中得以應用。具有代表性的研究成果有V.G.Moudgal設計了一種具有參數自學習能力的柔性連桿模糊控制器，對系統進行了穩定性分析，并與常規的模糊控制策略進行了實驗比較[46]。Lin和F.L.Lewis等人在利用奇異攝動方法基礎上引入模糊控制器，對所得的快速子系統和慢速子系統分別進行模糊控制[4748]。快速子系統的模糊控制器采用最優控制方法使柔性系統的振動快速消退，慢速子系統的模糊控制器完成名義軌跡的追蹤，并對單柔性梁進行了實驗研究。Trabia和Shi提出將關節轉角和末端振動變形分別設計模糊控制器進行控制，由于對每個子系統只有一個控制目標，所以模糊規則相對簡單，最后將兩個控制器的輸出進行合成，完成復合控制，其思想與奇異攝動方法下進行復合控制類似[49]。隨后又對該算法進行改進，同樣采用分布式結構，通過對輸出變量重要性進行評估，得出關節和末端點的速度量要比位置量更為重要，因此將模糊控制器分成兩部分，分別對速度和位置進行控制，并利用NelderandMeadSimplex搜索方法對隸屬度函數進行更新[50]。采用基于軟計算的智能控制方法相對于基于模型的控制方法具有很多優勢，特別是可以與傳統控制方法相結合，完成對傳統方法無法精確建模的非線性環節進行逼近，但是目前這些方法的研究絕大部分還處于仿真階段，或在較簡單的機器人（如單自由度或兩自由度機器人）進行相關實驗研究。其應用和工程實現受限的主要原因在于計算量大，但隨著處理器計算能力的提高，這些方法還有廣泛的應用前景。
我國的在制冷空調行業起步較晚，但是經過了幾十年的發展，雖然還存在一些不完善的方面，但是總體來說已經取得了一定的成績。但是與發達國家先進的制冷空調相比較，我國的制冷空調在節能技術方面存在很大不足，大多是采用的國外先進技術，并沒有自己的研發成果。瑕不掩瑜，我國的制冷企業已經充分注意到制冷空調節能技術的重要性，特別是近年來大力推動了新技術、新工藝的研發工作，目前已經具備了一定程度的研發能力，與西方發達國家在制冷空調節能技術之間的差距正在不斷縮小。
2制冷空調技能技術
制冷空調節能技術主要的目的就是要實現合理用能，并且降低電力高峰期的符合，現階段主要的制冷空調節能技術主要有七種，分別是：蓄冷技術、燃氣技術、太陽能技術、熱電冷聯產技術、熱泵技術、熱聲制冷技術以及人工智能技術。
2.1蓄冷技術
現階段空調用電量已經占據了人們生活總耗電量中的70%左右，并且由于電力緊張以及能源緊缺現狀的不斷加劇，促進了制冷空調新技術的研發。蓄冷技術是在這種條件下被研發出來的，該技術就是使空調在非高峰期用電來保持最佳節能狀態，此時空調系統的冷負荷由所需的潛熱的形式釋放冷量來滿足，也就是通常所說的，空調系統冷負荷使用融冰釋放的冷量來滿足，蓄冷設備也就是儲存冰的容器，這樣的空調不僅可以提高本身的經濟效率，還能夠增強系統穩定性。按照我國每年新增3億m2的商用建筑，如果均使用蓄冷空調系統，每年可為國家節電40億元，節煤330萬噸。
2.2燃氣制冷技術
燃氣空調的使用，不僅可以降低空調使用對于電網的負荷，也可以提高能源的一次利用率，對于減少污染，平衡冬夏季燃氣用量具有非常重要的意義。經過相關部門的測算，如果燃氣制冷量1×107萬RT，消耗天然氣約6×108m3，這些制冷量就相當于少發電3.5×107KW，這種技術不僅提高了電力設備的運轉利用率，還能夠節約發電設備的投資。隨著我國城市燃氣管網的逐步完善，燃氣空調必然得到快速的發展和應用，此外國家也推出了一系列的政策支持燃氣空調的發展，其對于提高能源利用率、緩解夏冬季用電高峰、提高能源供應安全具有非常重要的意義。
2.3太陽能制冷技術
目前太陽能空調主要有兩條技術路線，分別是通過光熱轉換，以熱能制冷，另一種是以光電轉換，利用電力制冷，而現階段應用較多的就是熱能制冷。作為一種可再生的資源，太陽能的應用對于緩解能源供需矛盾、控制環境污染具有非常明顯的效果。但是太陽能光伏/光熱發電再制冷的技術在制冷空調中的應用并未取得顯著地效果，一個原因是成本過高，另一個就是能源利用率較低。而利用太陽能進行光熱直接驅動的空調雖然性能系數趕不上傳統的機械式空調，但是由于其成本較低，并且具有較高的能源利用率，因此其是目前應用最為廣泛的一種太陽能制冷空調。雖然太陽能具有可再生的特性，但是由于其能量供應具有隨機性而且能源密度也較低，給其大規模擴展應用帶來了一定的阻力。現階段的太陽能制冷技術的應用首先就要解決其可靠性、穩定性，并且相應的提高系統性能系數以及效率。最后，也可以將太陽能制冷技術與其他能源技術結合，形成一個多能源系統，充分利用廢熱、廢氣以及其他能源。
2.4熱泵技術
熱泵技術主要有兩種，分別是水源熱泵技術和土壤源熱泵技術。熱泵技術具有性能可靠、無污染、高效節能的優點，可以在夏季制冷、冬季制熱，并提供一定數量的生活熱水，此外配套的熱泵系統還具有結構簡單、可靠性高、節能效果好的優點。鑒于其明顯的節能降耗優勢，其已經在國外得到了廣泛的應用，并且在我國也有了很多的應用實例，通過對比，我們總結出：雖然熱泵技術的初期投入與中央空調基本持平，但是其投入運行后的使用費用遠遠低于傳統的中央空調。據相關部門估算，我國地級以上城市每年淺層地熱能可利用資源量相當于3.56億噸標準煤，扣除消耗電量，可節約相當于2.48億噸標準煤。
2.5熱電冷聯產技術
作為一種綜合利用能源的系統，熱電冷聯產技術不僅增加了熱電聯產中的夏季熱負荷，提高了汽輪機組的負荷率，實現了機組效率的提升，還能夠提高低品位熱能的利用率。燃氣輪機發電是以天然氣為動力源，并且將廢熱直接排放到吸收式冷熱水機組，長生了用于制冷的冷凍水，并且將熱量應用在除濕型空調上面，這樣就可以大幅度增加熱電冷聯產的綜合效率。該技術的節能效果非常顯著，至少在10%以上，因此我國近年來也開展了該技術的應用，例如上海的黃浦區中心醫院以及浦東國際機場都采用了燃氣輪機熱電冷聯產系統，具有非常明顯的節能效果。
2.6熱聲制冷技術
作為一種新發展起來的制冷技術，熱聲制冷技術與傳統的蒸汽壓縮式制冷技術相比，取消了對于環境具有破壞作用的制冷劑，直接使用惰性氣體或者惰性氣體的混合物作為制冷劑，減少了對于溫室效應的危害以及臭氧層的破壞。而且熱聲制冷技術具有結構簡單可靠、無需特殊材質，在制造成本具有非常大的優勢，而且它減少了活塞、劑的使用，在維護成本上同樣具有非常明顯的優勢。此外，熱聲制冷技術幾乎沒有現階段制冷系統的缺點，因此其可以成為未來制冷空調節能技術的主要發展方向。
2.7人工智能技術
隨著科學技術的不斷發展，人工智能技術已經廣泛應用在了人工工作和生活中的各個方面，人工智能技術主要應用在智能控制、負荷預測以及故障檢測和診斷等方面。但是由于人工智能技術在制冷空調中的應用仍處于初期階段，仍存在很多的不足，所以我們應將傳統的方針系統與人工智能制冷技能技術相結合，通過計算機技術的廣泛應用，實現空調制冷效率的最大提升，并且實現最大化的節能效果。
3結束語
1概述
隨著經濟建設的發展，商用建筑（寫字樓、賓館飯店、大中型商場等）大量興建，1997年全國房屋建筑竣工面積達62244萬平方米，其中住宅占53.8%、商業建筑占25.4%[2]。目前國內興建的采用中央空調的商用建筑普遍存在著高能耗的問題，例如清華大學在1998年對北京市的十家營業較好的大商場進行了全面的測試和統計，這些商場的全年運行能耗平均大約是188kwh/m2.a，而氣候條件大致相當的日本的同類建筑的平均全年能耗大約是135kwh/m2.a，也就是說北京市的商場的能耗要比日本高出將近40％。空調能耗是商業建筑的能耗的主要部分，占總能耗的50～60％。初步估計目前全國商用中央空調用電量為400萬～450萬kW。按重慶和上海的統計，中央空調用電量已分別占全市總用電量的23％和31.1%[3]，給各城市的供配電帶來了沉重的壓力。隨著現代化建設的發展，能源供應會更加緊張，將會導致影響經濟的持續發展。一般中央空調能耗約占整個建筑總能耗的50％左右，對于商場和綜合大樓可能要高達60％以上，因此節約商業建筑空調能耗是刻不容緩的。
空調系統的能耗主要有兩個方面，一方面是為了供給空氣處理設備冷量和熱量的冷熱源能耗，如壓縮式制冷機耗電，吸收式制冷機耗蒸汽或燃氣，鍋爐耗煤、燃油、燃氣或電等；另一方面是為了給房間送風和輸送空調循環水，風機和水泵所消耗的電能。
冷熱源的能耗由建筑物所需要的供冷量和供熱量決定，建筑物的空調需冷量和需熱量的影響因素有室外氣象參數（如室外空氣溫度、空氣濕度、太陽輻射強度等），室內空調設計標準，外墻門窗的傳熱特性，室內人員、照明、設備的散熱、散濕狀況以及新風量的多少等。風機、水泵的輸送能耗受所輸送的空氣量、水量和水系統、風系統的輸送阻力影響，風系統、水系統的流量和阻力的影響因素有系統型式、送風溫差、供回水溫差、送風和送水流速、空氣處理設備和冷熱源設備的阻力和效率等。針對上述影響因素和商業建筑的特點，商業建筑空調節能的技術措施可歸納為七個方面：減少冷熱負荷、提高冷熱源效率、利用自然冷源、減少水泵電耗、減少風機電耗、改進氣流組織、改善控制。
2減少冷熱負荷
冷熱負荷是空調系統最基礎的數據，制冷機、供熱鍋爐、冷熱水循環泵以及給房間送冷、送熱的空調箱、風機盤管等規格型號的選擇都是以冷熱負荷為依據的。如果能減少建筑的冷熱負荷，不僅可以減小制冷機、供熱鍋爐、冷熱水循環泵、空調箱、風機盤管等的型號，降低空調系統的初投資，而且這些設備型號減小后，所需的配電功率也會減少，這會造成變配電設備初投資減少以及上述空調設備日常運行耗電量減少，運行費用降低。所以減少冷熱負荷是商業建筑節能最根本的措施。減少冷熱負荷有以下一些具體措施：
2.1改善建筑的保溫隔熱性能
房間內冷熱量的損失通過房間的墻體、門窗等傳遞出去的。改善建筑的保溫隔熱性能可以直接有效地減少建筑物的冷熱負荷。改善建筑的保溫隔熱性能可以從以下幾個方面著手：
Ø確定合適的窗墻面積比例，不要盲目追求大窗戶、全玻璃幕墻。
Ø合理設計窗戶遮陽。
Ø充分利用保溫隔熱性能好的玻璃窗。
2.2選擇合理的室內設計參數
商業建筑空調的主要目的是創造一個舒適的室內空氣環境，滿足人們辦公、學習、娛樂等的舒適及衛生要求。美國供熱制冷空調工程師學會設計手冊[1]（ASHRAEHandbook）的基礎篇里，給出了人體感覺舒適的室內空氣參數區域，大約是空氣溫度13℃～23℃，空氣相對濕度20％～80％。
如果夏季設計溫度太低或冬季室內設計溫度太高，都會增加建筑的冷熱負荷。在滿足舒適要求的條件下，要盡量提高夏季的室內設計溫度和相對濕度，盡量降低冬季的室內設計溫度和相對濕度，不要盲目追求夏季室內空氣溫度過低、過干，冬季室內設計溫度過高。
2.3局部熱源就地排除
商業建筑中的有些房間，由于使用功能的需要，會在房間的局部產生較大的散熱量，例如廚房的灶臺、醫院消毒間的消毒柜、電話機房的交換機等。在空調系統設計過程中，應考慮在發熱量比較大的局部熱源附近設置局部排風，將設備散熱量直接排出室外，防止熱量散發到室內，以減少夏季的冷負荷。但是在運行中，這些排風機可能沒有開啟或者發生故障并得不到及時的更換和修理，那么這些局部熱源就會造成很大的冷負荷，浪費冷量和破壞室內熱環境。
2.4控制和正確使用室外新風量
由于新風負荷占建筑物總負荷的20～30％，控制和正確使用新風量是空調系統最有效的節能措施之一。下圖為北京某寫字樓典型工況的冷熱負荷各分項的比例：
圖3-1冷熱負荷分項比例
由于新風負荷接近總負荷的1/3，所以要嚴格控制新風量的大小。除了嚴格控制新風量的大小之外，還要合理利用新風。春秋季或冬季，有些房間仍需供冷，此時當室外空氣焓值小于室內空氣設計狀態的焓值時，可采用室外新風為室內降溫，可減少冷機的開啟量，節省能耗。
減少新風負荷應從以下兩方面著手：
Ø不要隨意提高最小新風量標準
Ø杜絕非正常渠道引入新風
3提高冷源效率
評價冷源制冷效率的性能指標是制冷系數（COP，CoefficientOfPerformance），是指單位功耗所能獲得的冷量。制冷系數與制冷劑的性質無關，僅取決于被冷卻物的溫度T0’和冷卻劑溫度Tk’，T0’越高，Tk’越低，制冷系數越高[4]。所以空調系統冷機的實際運行過程中不要使冷凍水溫度太低、冷卻水溫度太高，否則制冷系數就會較低，產生單位冷量所需消耗的功量多，耗電量高，增加建筑的能耗。提高冷源效率可采取以下一些措施：
3.1降低冷卻水溫度
由于冷卻水溫度越低，冷機的制冷系數越高。下圖顯示了某離心壓縮制冷機的制冷效率與冷卻水溫度的變化關系：
從右圖可以看出，冷卻水的供水溫度每上升1℃，冷機的COP下降近4%。降低冷卻水溫度需要加強運行管理，停止的冷卻塔的進出水管的閥門應該關閉，否則，來自停開的冷卻塔的溫度較高的水使混合后的水溫提高，冷機的制冷系數就減低了。冷卻塔使用一段時間后，應及時檢修，否則冷卻塔的效率會下降，不能充分地為
冷卻水降溫。
3.2提高冷凍水溫度
由于冷凍水溫度越高，冷機的制冷效率越高，右圖顯示了某冷機制冷系數與冷凍水供水溫度的關系。從圖中可看出，冷凍水供水溫度提高1℃，冷機的制冷系數可提高3％，所以在日常運行中不要盲目降低冷凍水溫度。例如，不要設置過低的冷機冷凍水設定溫度；關閉停止運行的冷機的水閥，防止部
分冷凍水走旁通管路，經過運行中的冷機的水量較少，冷凍水溫度被冷機降低到過低的水平。
4利用自然冷源
由于建筑室內的人員、照明燈光、電腦的設備的散熱量的影響，在春秋季當室外空氣溫度較低時，室內空氣溫度仍然較高，仍需要供冷。尤其是沒有外墻、外窗的內區房間，即使在寒冷的冬季，由于室內的散熱量沒有途徑散發到室外，室內仍需供冷。此時如果開啟冷機供冷，不僅由于此時冷負荷較小，冷機制冷系數較低、能耗大，而且極端不合理。
比較常見而且容易利用的自然冷源主要有兩種，一種是地下水，另一種是春秋季和冬季的室外冷空氣。由于地下水常年保持在18℃左右的溫度，所以地下水不僅可以在夏季可作為冷卻水為空調系統提供冷量，而且冬季還可以利用水源熱泵機組為空調系統提供熱量。第二種較好的自然冷源是春秋季和冬季的室外冷空氣，此時室外空氣較低，可用于空調系統供冷。例如，北京春秋季的室外空氣濕球溫度一般低于15℃，冬季室外空氣濕球溫度一般低于0℃，這種溫度下的空氣是較好的冷源，可用于空調系統供冷。
室外冷空氣的利用有兩種方法：一是春秋季利用低溫室外空氣供冷，當室外空氣溫度較低時，可以直接將室外低溫空氣送至室內，為室內降溫。為了能實現在春秋季利用低溫室外空氣供冷，空調系統設計時注意要有足夠的新風道引入室外新風。第二種方法是利用冷卻塔供冷，適合沒有足夠的新風道為室內送室外新風。具體方法是春秋季利用冷卻塔將冷卻水溫度降低，再通過板式換熱器冷卻冷凍循環水，被降低了溫度的冷凍水送到末端的散冷設備，如風機盤管、空調箱，將冷量送到各個需要供冷的房間。
此外，冬夏季利用全熱交換器回收冷熱量，也可起到很大的節能作用。為了保證室內空氣足夠新鮮，滿足人們的舒適要求，空調系統需要從室外抽取一定量新鮮空氣送入室內，同時將室內污染物濃度較高的空氣排至室外。而這部分排風的溫度、濕度參數是室內的空調設計參數，冬季比室外空氣熱，夏季比室外空氣冷。通過全熱交換器，將排風的冷熱量傳遞給新風，可以回收排風冷熱量的70～80％左右[5]，有明顯的節能作用。
5減少水泵電耗
空調系統中的水泵不僅起著非常重要的作用，而且耗電量也非常大。下圖是對北京12家星級賓館空調水泵耗電量的調查結果：
圖3-4空調水泵耗電量比例
從上圖可以看出，空調水泵的耗電量占建筑總耗電量的8％～16％，占空調系統耗電量的15％～30％，耗電量接近于全樓照明用的電量，所以水泵節能非常重要，節能潛力也比較大。減少空調水泵電耗可從以下幾個方面著手：
1概述
隨著經濟建設的發展，商用建筑（寫字樓、賓館飯店、大中型商場等）大量興建，1997年全國房屋建筑竣工面積達62244萬平方米，其中住宅占53.8%、商業建筑占25.4%[2]。目前國內興建的采用中央空調的商用建筑普遍存在著高能耗的問題，例如清華大學在1998年對北京市的十家營業較好的大商場進行了全面的測試和統計，這些商場的全年運行能耗平均大約是188kwh/m2.a，而氣候條件大致相當的日本的同類建筑的平均全年能耗大約是135kwh/m2.a，也就是說北京市的商場的能耗要比日本高出將近40％。空調能耗是商業建筑的能耗的主要部分，占總能耗的50～60％。初步估計目前全國商用中央空調用電量為400萬～450萬kW。按重慶和上海的統計，中央空調用電量已分別占全市總用電量的23％和31.1%[3]，給各城市的供配電帶來了沉重的壓力。隨著現代化建設的發展，能源供應會更加緊張，將會導致影響經濟的持續發展。一般中央空調能耗約占整個建筑總能耗的50％左右，對于商場和綜合大樓可能要高達60％以上，因此節約商業建筑空調能耗是刻不容緩的。
空調系統的能耗主要有兩個方面，一方面是為了供給空氣處理設備冷量和熱量的冷熱源能耗，如壓縮式制冷機耗電，吸收式制冷機耗蒸汽或燃氣，鍋爐耗煤、燃油、燃氣或電等；另一方面是為了給房間送風和輸送空調循環水，風機和水泵所消耗的電能。
冷熱源的能耗由建筑物所需要的供冷量和供熱量決定，建筑物的空調需冷量和需熱量的影響因素有室外氣象參數（如室外空氣溫度、空氣濕度、太陽輻射強度等），室內空調設計標準，外墻門窗的傳熱特性，室內人員、照明、設備的散熱、散濕狀況以及新風量的多少等。風機、水泵的輸送能耗受所輸送的空氣量、水量和水系統、風系統的輸送阻力影響，風系統、水系統的流量和阻力的影響因素有系統型式、送風溫差、供回水溫差、送風和送水流速、空氣處理設備和冷熱源設備的阻力和效率等。針對上述影響因素和商業建筑的特點，商業建筑空調節能的技術措施可歸納為七個方面：減少冷熱負荷、提高冷熱源效率、利用自然冷源、減少水泵電耗、減少風機電耗、改進氣流組織、改善控制。
2減少冷熱負荷
冷熱負荷是空調系統最基礎的數據，制冷機、供熱鍋爐、冷熱水循環泵以及給房間送冷、送熱的空調箱、風機盤管等規格型號的選擇都是以冷熱負荷為依據的。如果能減少建筑的冷熱負荷，不僅可以減小制冷機、供熱鍋爐、冷熱水循環泵、空調箱、風機盤管等的型號，降低空調系統的初投資，而且這些設備型號減小后，所需的配電功率也會減少，這會造成變配電設備初投資減少以及上述空調設備日常運行耗電量減少，運行費用降低。所以減少冷熱負荷是商業建筑節能最根本的措施。減少冷熱負荷有以下一些具體措施：
2.1改善建筑的保溫隔熱性能
房間內冷熱量的損失通過房間的墻體、門窗等傳遞出去的。改善建筑的保溫隔熱性能可以直接有效地減少建筑物的冷熱負荷。改善建筑的保溫隔熱性能可以從以下幾個方面著手：
確定合適的窗墻面積比例，不要盲目追求大窗戶、全玻璃幕墻。
合理設計窗戶遮陽。
充分利用保溫隔熱性能好的玻璃窗。
2.2選擇合理的室內設計參數
商業建筑空調的主要目的是創造一個舒適的室內空氣環境，滿足人們辦公、學習、娛樂等的舒適及衛生要求。美國供熱制冷空調工程師學會設計手冊[1]（ASHRAEHandbook）的基礎篇里，給出了人體感覺舒適的室內空氣參數區域，大約是空氣溫度13℃～23℃，空氣相對濕度20％～80％。
如果夏季設計溫度太低或冬季室內設計溫度太高，都會增加建筑的冷熱負荷。在滿足舒適要求的條件下，要盡量提高夏季的室內設計溫度和相對濕度，盡量降低冬季的室內設計溫度和相對濕度，不要盲目追求夏季室內空氣溫度過低、過干，冬季室內設計溫度過高。
2.3局部熱源就地排除
商業建筑中的有些房間，由于使用功能的需要，會在房間的局部產生較大的散熱量，例如廚房的灶臺、醫院消毒間的消毒柜、電話機房的交換機等。在空調系統設計過程中，應考慮在發熱量比較大的局部熱源附近設置局部排風，將設備散熱量直接排出室外，防止熱量散發到室內，以減少夏季的冷負荷。但是在運行中，這些排風機可能沒有開啟或者發生故障并得不到及時的更換和修理，那么這些局部熱源就會造成很大的冷負荷，浪費冷量和破壞室內熱環境。
2.4控制和正確使用室外新風量
由于新風負荷占建筑物總負荷的20～30％，控制和正確使用新風量是空調系統最有效的節能措施之一。下圖為北京某寫字樓典型工況的冷熱負荷各分項的比例：
圖3-1冷熱負荷分項比例
由于新風負荷接近總負荷的1/3，所以要嚴格控制新風量的大小。除了嚴格控制新風量的大小之外，還要合理利用新風。春秋季或冬季，有些房間仍需供冷，此時當室外空氣焓值小于室內空氣設計狀態的焓值時，可采用室外新風為室內降溫，可減少冷機的開啟量，節省能耗。
減少新風負荷應從以下兩方面著手：
不要隨意提高最小新風量標準
杜絕非正常渠道引入新風
3提高冷源效率
評價冷源制冷效率的性能指標是制冷系數（COP，CoefficientOfPerformance），是指單位功耗所能獲得的冷量。制冷系數與制冷劑的性質無關，僅取決于被冷卻物的溫度T0’和冷卻劑溫度Tk’，T0’越高，Tk’越低，制冷系數越高[4]。所以空調系統冷機的實際運行過程中不要使冷凍水溫度太低、冷卻水溫度太高，否則制冷系數就會較低，產生單位冷量所需消耗的功量多，耗電量高，增加建筑的能耗。提高冷源效率可采取以下一些措施：
3.1降低冷卻水溫度
由于冷卻水溫度越低，冷機的制冷系數越高。下圖顯示了某離心壓縮制冷機的制冷效率與冷卻水溫度的變化關系：
從右圖可以看出，冷卻水的供水溫度每上升1℃，冷機的COP下降近4%。降低冷卻水溫度需要加強運行管理，停止的冷卻塔的進出水管的閥門應該關閉，否則，來自停開的冷卻塔的溫度較高的水使混合后的水溫提高，冷機的制冷系數就減低了。冷卻塔使用一段時間后，應及時檢修，否則冷卻塔的效率會下降，不能充分地為
冷卻水降溫。
3.2提高冷凍水溫度
由于冷凍水溫度越高，冷機的制冷效率越高，右圖顯示了某冷機制冷系數與冷凍水供水溫度的關系。從圖中可看出，冷凍水供水溫度提高1℃，冷機的制冷系數可提高3％，所以在日常運行中不要盲目降低冷凍水溫度。例如，不要設置過低的冷機冷凍水設定溫度；關閉停止運行的冷機的水閥，防止部
分冷凍水走旁通管路，經過運行中的冷機的水量較少，冷凍水溫度被冷機降低到過低的水平。
4利用自然冷源
由于建筑室內的人員、照明燈光、電腦的設備的散熱量的影響，在春秋季當室外空氣溫度較低時，室內空氣溫度仍然較高，仍需要供冷。尤其是沒有外墻、外窗的內區房間，即使在寒冷的冬季，由于室內的散熱量沒有途徑散發到室外，室內仍需供冷。此時如果開啟冷機供冷，不僅由于此時冷負荷較小，冷機制冷系數較低、能耗大，而且極端不合理。
比較常見而且容易利用的自然冷源主要有兩種，一種是地下水，另一種是春秋季和冬季的室外冷空氣。由于地下水常年保持在18℃左右的溫度，所以地下水不僅可以在夏季可作為冷卻水為空調系統提供冷量，而且冬季還可以利用水源熱泵機組為空調系統提供熱量。第二種較好的自然冷源是春秋季和冬季的室外冷空氣，此時室外空氣較低，可用于空調系統供冷。例如，北京春秋季的室外空氣濕球溫度一般低于15℃，冬季室外空氣濕球溫度一般低于0℃，這種溫度下的空氣是較好的冷源，可用于空調系統供冷。
室外冷空氣的利用有兩種方法：一是春秋季利用低溫室外空氣供冷，當室外空氣溫度較低時，可以直接將室外低溫空氣送至室內，為室內降溫。為了能實現在春秋季利用低溫室外空氣供冷，空調系統設計時注意要有足夠的新風道引入室外新風。第二種方法是利用冷卻塔供冷，適合沒有足夠的新風道為室內送室外新風。具體方法是春秋季利用冷卻塔將冷卻水溫度降低，再通過板式換熱器冷卻冷凍循環水，被降低了溫度的冷凍水送到末端的散冷設備，如風機盤管、空調箱，將冷量送到各個需要供冷的房間。
此外，冬夏季利用全熱交換器回收冷熱量，也可起到很大的節能作用。為了保證室內空氣足夠新鮮，滿足人們的舒適要求，空調系統需要從室外抽取一定量新鮮空氣送入室內，同時將室內污染物濃度較高的空氣排至室外。而這部分排風的溫度、濕度參數是室內的空調設計參數，冬季比室外空氣熱，夏季比室外空氣冷。通過全熱交換器，將排風的冷熱量傳遞給新風，可以回收排風冷熱量的70～80％左右[5]，有明顯的節能作用。
5減少水泵電耗
空調系統中的水泵不僅起著非常重要的作用，而且耗電量也非常大。下圖是對北京12家星級賓館空調水泵耗電量的調查結果：圖3-4空調水泵耗電量比例
從上圖可以看出，空調水泵的耗電量占建筑總耗電量的8％～16％，占空調系統耗電量的15％～30％，耗電量接近于全樓照明用的電量，所以水泵節能非常重要，節能潛力也比較大。減少空調水泵電耗可從以下幾個方面著手：
5.1冷卻水開式系統改為閉式系統
開式冷卻水系統中冷卻水泵的揚程除了要克服冷卻水在管道中的流動阻力外，還要提供將冷卻水從冷卻水池送至高位冷卻塔克服水位高差所需要的能量。如果取消冷卻水池，將從冷卻塔回來的水管直接接至冷卻水泵的入口，這種冷卻水系統成為閉式冷卻水系統，冷卻水泵就不需提供將冷卻水從制冷機提升到冷卻塔克服水位高差所需要的能量，只需提供能量克服冷卻水在管道中流動的阻力，所以所需要的水泵揚程要
比開式冷卻水系統小得多，因此水泵的能耗也就小很多。例如北京某飯店冷卻水系統為開式系統，制冷機房和冷卻水池設在一層，冷卻塔設在十層屋頂，距地面33米，冷卻水泵揚程為67米，配電功率為180kW，而改成閉式冷卻水系統后，冷卻水泵揚程只需25米，配電功率僅為75kW，每年可節電18萬度，合人民幣10.8萬元。
5.2減小閥門、過濾器阻力
閥門和過濾器是空調水管路系統中主要的阻力部件。在空調系統的運行管理過程中，要定期清洗過濾器，如果過濾器被沉淀物堵塞，空調循環水流經過濾器的阻力會增加數倍。
閥門是調節管路阻力特性的主要部件，不同支路阻力不平衡時主要靠調節閥門開度來使各支路阻力平衡，以保證各個支路的水流量滿足需要。由于閥門的阻力會增加水泵的揚程和電耗，所以應盡量避免使用閥門調節阻力的方法。
實際工程中有很多不合理地調節閥門開度，造成水泵電耗無謂浪費的現象。例如北京某飯店的空調水系統的壓力分布如下圖所示：
根據上圖水系統的運行壓力分析可以看出，在熱交換器和熱水循環泵之間的閥門（此閥門的開度僅有25％）和管路消耗了0.2Mpa的揚程，泵后閥門（此閥門的開度僅有25％）消耗了0.08Mpa，而加壓泵總的揚程才0.25MPa，加壓泵出口的閥后壓力為1.12Mpa，還低于熱交換器的出口壓力，加壓泵的加壓都消耗在了其前后的管路閥門上了，并不起到真正的加壓作用。所以從冬季供熱工況而言，加壓泵是多余的。如果取消標準層加壓泵，每年可節省電耗22萬度，節省運行費16.5萬元。
5.3提高水泵效率
水泵功率是指由原動機傳到泵軸上的功率被流體利用的程度。水泵的效率隨水泵工作狀態點的不同從0～最大效率（一般80％左右）變化。在輸送流體的要求相同，即要求的輸出功率相同的條件下，如果水泵的效率較低，那么就需要較大的輸入功率，水泵的能耗就會較大。因此，空調系統設計時要選擇型號規格合適的水泵，使其工作在高效率狀態點。空調系統運行管理時，也要注意讓水泵工作在高效率狀態點。
5.4設定合適的空調系統水流量
空調系統的水流量是由空調冷熱負荷和空調水供回水溫差決定的，如下式所示：
(3-1)
式中：
G――水流量，kg/h；
Q――冷熱負荷，kcal/h；
Δt――供回水溫差，℃。
從上式可看出，空調水供回水溫差越大，空調水流量越小，從而水泵的耗電量越小。但是空調水流量減少，流經制冷機的蒸發器時流速降低，引起換熱系數降低，需要的換熱面積增大，金屬耗量增大。所以經過技術經濟比較，空調冷凍水的供回水溫差4～6℃較經濟合理[4]，空調熱水的供回水溫差10℃較經濟合理，大多數空調系統都按照5℃的冷凍水供回水溫差和10℃空調熱水供回水溫差的工況設計。
空調循環水泵的耗電量跟流量的3次方成正比，如下式所示：
(3-2)
式中：
N――水泵耗電功率，kW；
S――管路阻抗，表征管路特性的參數，kPa.s/m6；
G――水流量，m3/s；
――水泵效率。
實際工程中有很多空調系統的供回水溫差只有2～3℃，如果將供回水溫差提高到5℃，水流量將減少到原來的50％左右，所以如果水流量減少50％，水泵耗電量將減少87.5％，節能效果非常明顯。但是實際工程中常出現如果減少水流量，有些房間就會出現夏季室溫降不下來的情況，而不得不提高流量、降低溫差來運行。出現這種情況的原因是水系統中各個支路阻力不平衡，夏季過熱的房間所屬的支路阻力大，當流量減少時，阻力大的支路水流量減小到不能滿足需要的程度，致使房間過熱。如果加大流量，阻力小的支路就會超過需要的水流量，那些阻力大的支路的水流量則剛好滿足要求，不會出現夏季室溫降不下來的情況。這種空調系統的運行是以增大流量和耗電量為代價的。
變頻水泵的使用
室外空氣溫度、濕度參數在整個供冷季和供暖季是在不斷變化的，所以空調系統的冷熱負荷在一年中也在不斷變化，并不保持一成不變。空調的冷熱負荷一年中變很大，全年大部分時間的負荷只有最大負荷的50％左右。當空調冷熱負荷變化時，由公式（3－1）可知，所需要的空調冷熱循環水量也隨負荷相應變化。水泵的流量、揚程、軸功率和轉速間的關系如下：[7]
(3-3)
式中：
n1，n2――電機轉速；
G1，G2――水流量；
H1，H2――水泵揚程；
N1，N2――水泵軸功率；
所以通過改變水泵電機的轉速，就可以連續地改變水泵的流量。電機的轉速跟交流電的頻率成正比。通常市政電網的電流頻率是50hz，變頻調速水泵就是利用變頻器改變電流頻率來改變水泵轉速和流量。
由于建筑全年平均冷熱負荷只有最大冷熱負荷的50％左右，如果通過使用變頻調速水泵使水量隨冷熱負荷變化，那么全年平均的水量只有最大水流量的50％左右，水泵能耗只有定水量系統水泵能耗的12.5％，節能效果是非常明顯的。
6減少風機電耗
空調系統中風機包括空調風機以及其它送風機、排風機的，這些設備的電耗占空調系統耗電量的比例是最大的，右圖顯示了北京某飯店空調系統各設備能耗所占的比例：
空調系統風機電耗所占比例最大，風機節能的潛力也就最大，風機的節能也應引起最大的重視。減少風機能耗主要從以下幾個方面入手：定期清洗過濾
圖3-6某飯店空調系統各設備耗電量比例
定期檢修、檢查皮帶是否太松、工作點是否偏移、送風狀態是否合適。
7改善空調系統控制
目前很多商業建筑的空調系統未設空調自控，也有很多商業建筑的空調自控系統因年久失修而無法使用，這使得空調系統的運行管理很不方便。特別是對于面積較大的商業建筑，可能有上百臺空調箱、新風機組，運行管理人員連每天啟停空調箱都沒有足夠的精力去實現，更不用說適時地調整空調箱的運行參數，讓其節能運行。因此很多商業建筑的空調箱、新風機在空調季節只得讓它們全天24小時運行。如果為空調系統加裝自控系統，即使是最簡單的啟停控制，也可以極大節省空調能耗。例如北京某寫字樓、飯店，面積13.5萬平方米，有空調箱、新風機組90多臺，而運行管理人員只有十幾人，空調箱、新風機在空調季只能全天24小時運行。如果只為空調系統增加啟停控制，每年可節電130萬度，節約運行費78萬元。
8總結
目前中國商業建筑建設量大，商業建筑的能耗較發達國家高40％左右，商業建筑的節能是非常重要、刻不容緩的一項工作。商業建筑的空調能耗是商業建筑的能耗的主要部分，通過上述具體措施，可以有效的降低商業建筑的空調能耗，并且已建成的商業建筑空調節能具有投資回收期短、效益高的特點，有利于商業建筑空調節能工作的開展。
參考文獻
[1]ASHRAEhandbook1991:Heating,ventilating,andair-conditioningapplications，AmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAirConditioningEngineers,c1991。
[2]中國統計年鑒(1998)，中國統計出版社。
[3]何雪冰，劉憲英，中央空調節能有關問題的研討，99西南地區暖通制冷學術年會論文集。
[4]彥啟森主編，空氣調節用制冷技術，中國建筑工業出版社，1981年7月第一版。
[5]錢以明，高層建筑空調與節能，同濟大學出版社，1990年2月第一版。
