建筑节能技术第5章-空调系统节能技术课件.pptx

1、空调系统节能技术第五章空调系统节能的途径第一节空调节能技术第二节空调蓄冷技术第三节热泵节能技术第四节目录Contents第五节附表1空调系统节能的途径空调系统节能的途径5.1.1概述空气调节是将经过各种空气处理设备(空调设备)处理后的空气送入要求空调的建筑物内,并达到室内所要求的空气参数,即温度、湿度、气流速度和洁净度等。不同的建筑特征和工艺要求,采用不同的空调方式(包括空气处理设备和空调系统)。为此,需要消耗的能量很大,据美国对公共建筑和居住建筑能耗的统计,有1/4的建筑能耗用于空调,可见空调节能十分重要。近年来,我国大城市都在兴建现代化办公楼和综合性服务建筑群(包括商场和娱乐设施)以及住宅

2、小区,这些建筑中大多需要设置空调,因此,空调节能在我国也是一个迫切需要解决的问题。空调系统节能的途径空调系统很多,概括起来可分为两大类:集中式空调系统和分散式空调系统(包括局部方式),见表5-1。空调系统节能的途径目前,我国应用最多的空调方式为集中式定风量全空气系统和新风加风机盘管机组系统两种。空调节能是一个综合性的研究课题,当前的研究方向主要在下列几方面:1)随着电机、润滑、化工、材料等学科的技术引进和技术创新,制冷技术也将获得长足的发展。压缩机效率将进一步提高,空调制冷系统的能效比随之增加。2)变频技术的应用,高效的直流变频压缩机结合先进的控制技术,极大降低了空调产品起动时强电流的冲击。3

3、)先进的软件设计,总体内部流量的精确控制与自动优化,使整个系统中压缩机、换热器以及电子控制元器件等达到最为准确合理的配置和运作,产品节能性将出现明显的进步。模糊控制FLC技术在中央空调中也将得到广泛的运用。在控制目标方面从早期的温度控制发展到以PMV作为控制基准。4)耐腐蚀、耐高温、传热效率高、传热面积大、加工工艺性好的高效亲水铝箔与高效传热铜管及材料的研究与运用也将对中央空调产品的使用性能产生较大的推进作用。空调系统节能的途径5)由于中央空调广泛采用的CFC与HCFC类制冷剂对臭氧层的破坏和大气温室效应的产生有消极作用,应使得绿色制冷剂的研究和开发成为今后几年世界空调制冷行业的热点问题。6)

4、空调设备低能耗高效率研究,如能量回收设备、空气处理设备节能以及综合利用等。7)空调方式综合措施研究,例如,高大容量采用分层空调,比全室空调可节能30%50%;采用下送风方式或高速诱导方式、多级喷口送风方式等,均可达到节能效果。8)空调系统运行的节能,例如,多台机组根据空调部分负荷时调节台数提高运行效率,春秋季多利用室外空气以节约能源,利用自动控制进行多工况控制,减少冷热消耗等均可达到节能目的。空调节能离不开建筑物的综合节能措施,如果能降低建筑物照明和内部设备的散热,增强建筑本身隔热保温性能,不仅自身得益,而且也相应减少了空气处理的能耗。我国已提出节能节电的要求。因此,空调节能不仅是技术措施,也

5、是与国民经济方针政策密切相关的综合性问题。本节仅对常用空调方式,即空调设备和空调系统目前可采用节能途径的可能性进行分析探讨。空调系统节能的途径5.1.2集中式空调节能途径集中式空调系统是由集中冷热源、空气处理机组(又称组合式空调机组)、末端设备和输送管道组成。由于输送介质参数和方式不同,出现了各种不同的系统形式(表5-1)。不论何种形式,都必须有空气处理和末端设备,因此,空调设备高效节能是必不可少的措施。1.空调设备节能措施组合式空调机组是集中式空调方式的主要设备,也是主要耗能设备。其技术性能指标有14项,主要项目是机组的风量、风压、供冷量和供热量,如果匹配不当,不仅耗能较大,而且达不到预期效

6、果,因此要求:1)机组风量、风压匹配,选择运行最佳经济点运行,要求生产厂生产风机噪声低、效率高。空调系统节能的途径自20世纪70年代初世界能源危机以来,一些工业发达国家把它作为空调行业的节能措施之一,得到了比较广泛的应用。我国从1979年开始研制这种显热和全热换热器(又称热回收器),由于要增加一次投资,国内产品较少,目前尚未广泛使用。随着空调节能技术的发展,今后将会很快得到应用。设备选择计算公式如下:空调系统节能的途径式中t1、d1、h1分别为新风干球温度()、含湿量(g/kg)、比焓(kJ/kg);t2、d2、h2分别为新风通过热回收器后的干球温度()、含湿量(g/kg)、比焓(kJ/kg)

7、;t3、d3、h3分别为排风的干球温度()、含湿量(g/kg)、比焓(kJ/kg);t4、d4、h4分别为排风通过热回收器后的干球温度()、含湿量(g/kg)、比焓(kJ/kg)。根据理论推导和试验,在换热器中两种不同状态的介质进行热湿交换时,满足刘易斯关系,则该设备的全热效率、显热效率、潜热效率三者相等,即mh=mt=md。4)尽量利用可再生热源,如太阳能、地热、空气自身供冷能力等。在春秋季,尽量加大新风量,以节省冷量。在设计空调机组时要考虑加大新风量的可能性。空调系统节能的途径2.空调系统和室内送风方式空调系统和末端设备随建筑物特征和要求的不同而不同。(1)公共建筑如体育馆、影剧院、会堂、

8、博物馆、商场等这类公共建筑的特点是人员较多,空间高大,有舒适性空调要求。但空调负荷较大,设计时必须考虑节能措施,室内送风可采用下列方式:1)高速喷口诱导送风方式。由于该种方式送风速度大,一般在410m/s,诱导室内空气量大,送风射程长,因而可以加大送风温差,一般可取810,这样就可以减少送风量,节省能量,其计算方法详见空气调节手册。2)分层空调技术。在高大空间建筑物中,利用空气密度随着垂直方向温度变化而自然分层的现象,仅对下部工作区域进行空调,而上部较大空间(非空调区)不予空调或通风排热,经试验和工程实例证明,这种方式既能保证下部工作区所要求的环境条件,又能有效地减少空调负荷,从而节省初投资和

9、运行费用。相对于全室空调而言,一般可节省冷量30%50%,空间越大,节能效果越显著。空调系统节能的途径3)下送风方式或座椅送风方式。由于这种下送风方式是由房间下部或座椅风口向上送风,只考虑工作区或人员所在处的负荷,而又是直接送入需要空调部位,因此,这也是一种节能措施,但这种方式只能应用于一般的舒适性空调,如影剧院等。(2)现代化办公和商业服务建筑群、宾馆等这类建筑常用空调方式如下:1)新风机组加末端风机盘管机组是目前应用最广泛的一种空调方式,这种空调方式的最大特点是灵活性大。对于不同建筑平面布置形式,特别是层高较低时,都可以适应,而且可根据不同朝向房间进行就地控制,不使用的房间的空调可关闭,有

10、利于节约能量。但由于这种方式设计时的新风量是按每人最小新风量乘以设计人数而确定的,因此,在春秋季无法充分利用室外空气来降温而节约能源,特别是在寒冷地区更为显著。空调系统节能的途径2)变风量空调方式是一种节能空调方式,它是按各个空调房间的负荷大小和相应室内温度变化,自动调节各自送风量,达到所要求的空气参数。它可以避免任何冷热抵消的情况,可以利用室外空气冷却(在春秋过渡季节),节约制冷量。由于变风量空调的冷却量不必按全部冷负荷峰值之和来确定,而是按某一时间各朝向冷负荷之和来确定的,因此,它比风机盘管系统冷却能力减少20%左右。变风量空调方式在国外20世纪60年代就开始使用,近20年来得到广泛应用,

11、在我国至今还未大量推广,主要原因是价格高昂和维护保养技术复杂,它比风机盘管加新风空调方式价格高2.5倍。2空调节能技术空调节能技术5.2.1空调设备系统的节能空调系统需要消耗大量的电能和热能,建筑设备的节能很大程度上依赖于空调系统设备的节能。过去,我国建筑物的设计缺乏节能观念,重视初投资,忽视建筑设备的日常运行费用和能耗量。造成在炎热的夏季由于大量使用空调而使电力供应紧张而停电的现象。如今许多单位都切实体会到,如果不降低空调系统的能耗,就有被迫停止使用空调的可能,直接影响生产和生活。因此空调系统设备的有效利用和节能就成为空调事业发展中迫切需要解决的问题。空调系统的能耗与其他能耗的区别是:空调系

12、统所需能源品位低,且用能有季节性;系统同时存在需要冷(热、湿)量和放出冷(热、湿)量的过程;设计和运行方案的不合理会给系统带来多种无效能耗。因此,应主要从以下几个方面进行空调系统设备的节能工作。空调节能技术1.空调系统节能方法(1)空调系统能源的有效利用因为空调系统所需能源品位低,且用能有季节性的特点,所以鼓励使用太阳能、地热能和热回收等能源方式进行供热制冷。目前比较简单的太阳能供暖通风方式是采用所谓的被动式太阳房。这种方式的特点是直接利用太阳照射到建筑物内部或太阳射线间接地被某围护结构表面所吸收,然后加热室内空气。(2)合理降低室内温湿度标准近年来,各国都在修订室内温湿度标准。表5-2列出了

13、降低舒适性空调房间的室内温度后的节能效果。空调节能技术我国对民用建筑空调房间室内温湿度标准所做出的规定,也结合国情,对节能有所考虑。由上可见,为了节约能源,选择空调房间室内温湿度基数时,在满足生产要求和人体健康的情况下,例如,在温度17以上、28以下,相对湿度40%以上、70%以下范围内。夏季温度尽可能提高,冬季温度尽可能降低。(3)室外空气量的控制1)冬、夏季取用最小新风量,过渡季采用全新风,取用新风冷量。2)检测CO2浓度,控制室外空气的取入量,根据室内人员的变化,增减室内新风量。3)采用全热换热器,减少新风冷、热负荷。4)在预冷、预热时停止取用新风。空调节能技术(4)空调方式1)空调系统

14、的合理分区,采用合适的高效率的空调系统。2)加大冷热水和送风温差,以减少水流量、送风量和输送动力。3)采用变风量(VAV)、变水量(VWV)空调系统,节约风机和水泵耗电量。4)降低风道风速,减少系统阻力。5)采用在额定负荷和部分负荷时效率高的冷、热源设备,停止使用或严格限制再热装置。6)采用热泵回收系统,回收建筑内多余的能量。7)采用蓄冷系统。8)采用计算机最佳控制。根据季节、节假日时间,建筑物的蓄冷蓄热效果,合理控制启动和停止空调系统运行时间。9)室内照明。适当降低照度,充分利用日光照明,考虑顶棚照明的排热利用。10)维护管理。定期清扫、检查、保养,提高设备的使用效率。空调节能技术2.空调设

15、计中采用部分负荷分析设计部门一般按设计负荷选择较大容量的设备,而设备经常在低于设计负荷工况下运行,工作效率低。为了解决这个问题,应对全年负荷进行统计和分析,作出全年负荷的时间频率图,如图5-1所示。由图5-1可以看出,各种比例的负荷全年出现的累计小时数,从而可以选择多台不同容量的设备,运行时进行合理控制和匹配,使设备多在高效区运行,节省能耗。图5-1全年负荷的时间频率图空调节能技术3.建筑设备自动化系统随着计算机应用技术的发展,以计算机为基础的集中检测监控系统建筑设备自动化系统(Building Automation System,BAS)在能量管理方面得到了广泛应用。国外已广泛采用计算机控制

16、技术对建筑空调系统进行全面控制,以达到最佳运行效果。我国一些大型建筑工程也已采用计算机联网控制。建筑设备自动化系统(BAS)可将建筑物的空调、电气、卫生、防火报警等进行集中管理和最佳控制。它包括冷热源的能量控制、空调系统的焓值控制、新风量控制、设备的启停时间和运行方式的控制、温湿度设定控制、送风温度控制、自动显示、记忆和记录等。它可以通过预测室内外空气状态参数(温度、湿度、焓、CO2浓度等)以维持室内舒适环境为约束条件,把最小耗能量作为评价函数来判断和确定所需提供的冷热量、冷热源和空调机、风机、水泵的运行台数,工作顺序和运行时间,即空调系统各环节的操作运行方式,以达到最佳节能运行效果。建筑设备

17、自动化系统(BAS)造价相当于建筑物总投资的0.5%1%,年运行费用的节约率约为10%,一般45年可回收全部投资费用。空调节能技术5.2.2变风量空调方式以前曾广泛采用的一种空调方式是单风道定风量再加热系统,其原理是将全部送风的温度冷却到适应空调冷负荷最大的某个分区的需要(一般约13),同时为其他几个分区用末端的再加热器将送风温度分别升高到适应这些分区的负荷。这种空调方式虽然具有非常灵活的优点,但却严重浪费能量,因为它包含大量的冷热能量抵消。另一种也曾广泛采用的空调方式是双送风道系统,其原理是空调器出口设一个冷风干管和一个热风干管,每个空调分区根据需要调节送入该分区的冷风与热风的混合比例。它同

18、样是一种耗能量大的空调方式。在普遍倡导节能的今天,凡是浪费能量的空调方式均将必然被淘汰。此后,在美国、西欧和日本等发达国家,一种节能的空调方式变风量空调方式自20世纪70年代开始得到推广使用。空调节能技术(1)变风量空调方式的原理由集中式空调器提供某一设定温度的送风(根据最不利条件确定)给所有空调空间,而各自的送风量按其负荷大小自动调节达到室温的平衡。从冷热负荷与耗能平衡的角度来看,这种空调方式是很合理的。(2)变风量空调方式的优点1)在避免任何冷热能量抵消的情况下,实现不同负荷变化特点的各空调空间的温度自动调节。作为一种全空气类型的空调方式,它也可以在春秋过渡季充分利用有利的室外自然条件,以

19、全新风(或大部分新风)的冷却作用代替人工制冷的运行方式,以达到节约大量制冷能源的目的。2)这种空调方式的设备容量较小,因为其集中式空调器同时为若干空调空间服务,但各空间的最大负荷并不产生于同一时间,而是在时间上有一定参差。因此,集中式空调器的设备容量不必按全部空调负荷峰值之和来确定,而是可以乘以一个“同时使用系数”,根据建筑物的使用性质而定。空调节能技术(1)变风量空调方式的原理由集中式空调器提供某一设定温度的送风(根据最不利条件确定)给所有空调空间,而各自的送风量按其负荷大小自动调节达到室温的平衡。从冷热负荷与耗能平衡的角度来看,这种空调方式是很合理的。(2)变风量空调方式的优点1)在避免任

20、何冷热能量抵消的情况下,实现不同负荷变化特点的各空调空间的温度自动调节。作为一种全空气类型的空调方式,它也可以在春秋过渡季充分利用有利的室外自然条件,以全新风(或大部分新风)的冷却作用代替人工制冷的运行方式,以达到节约大量制冷能源的目的。2)这种空调方式的设备容量较小,因为其集中式空调器同时为若干空调空间服务,但各空间的最大负荷并不产生于同一时间,而是在时间上有一定参差。因此,集中式空调器的设备容量不必按全部空调负荷峰值之和来确定,而是可以乘以一个“同时使用系数”,根据建筑物的使用性质而定。3)其各部分自动控制便于和楼宇自动化管理的计算机相连接,实现中央监控和调节。空调节能技术(3)变风量空调

21、方式的主要缺点其一是经济方面的,其二是功能方面的。据有关资料统计,变风量空调方式的初投资比风机盘管加新风空调方式高2.5倍左右。其价格昂贵无疑是在我国大量推广采用的主要障碍。其功能方面的主要缺点是如何保证必要新风量问题。一般空调设计都是要求在冬季或夏季的满负荷条件下,集中式空调器的新风阀开度正好可以满足室内所需的最小新风量。但是,从建筑物的全年供暖空调期、供冷空调期的负荷变化分析可知,不论是冬季还是夏季,大部分时间内空调系统并不在满负荷条件下运行,而是在部分负荷条件下运行。也就是说,变风量空调的各个空间在大部分时间内所得到的送风量均小于设计送风量。此时,除非调大新风阀开度,否则进入室内的新风量

22、会随送风量的减少而同步减少,室内人员实际得到的新风量就会低于人体所需的最小新风量,而且负荷越小,新风量不足的问题越严重,造成室内人员的头疼、头晕等不舒适感。空调节能技术据美国华盛顿世界观察研究所的一份报告报道,目前全世界至少有30%的新建办公楼患有“新建筑综合症”,其主要表现为在封闭的大楼里,污浊空气和室内产生的污染性物质(如油漆和家具散发出来的有毒气体)无法排放到符合人体卫生的程度。为了解决这个问题,变风量空调方式的自动控制系统中必须增加一套装置,使在调节减少送风量的同时按一定比例逐步开大新风阀,这样自然会相应地增加自控装置的造价。除此以外,当变风量空调方式的总送风量随时间变化时,风道内的静

23、压也相应地变化,对于整个风道系统的风量分配产生一定的干扰。因此,有必要配备一套风量稳定设施来抵消风道静压变化所产生的干扰作用,这又会相应地增加了造价。空调节能技术5.2.3低温送风空调方式从集中空气处理机组送出温度较低的一次风,经高诱导比的末端送风装置送入空调房间,构成低温送风系统。低温送风方式的一次风送风温度一般在311。它与常规空调方式相比,低温送风降低了送风温度,减少了一次风量,也就减少了一次风的空气处理设备,其初投资可降低;又由于冰蓄冷制冷系统的发展,能提供1.13.3的低温冷冻水,为低温送风方式创造了条件。这是目前国内外十分关注的空调系统节能方式。空调节能技术1.低温送风空调方式的特

24、点1)在与冰蓄冷相结合条件下,低温送风与常规全空气送风方式比较,具有初投资少、运行费用低、节省空间等特点,见表5-3。2)降低运行费用。由于低温送风与冰蓄冷系统相结合,风机大多在电力峰值时间运行,低温送风方式又减少送风量,因此,采用低温送风可以进一步减小峰值电力需求,从而降低运行费用。当送风量温度越低、建筑规模越大时,低温送风消耗功率相对越小,全年运行电耗也减少。3)节省空间,降低建筑造价。由于送风量减少,相应的空调设备和风道尺寸均减小,所占空间也减小,将可使建筑物层高降低近100mm。这对高层建筑增加使用面积有较大好处。空调节能技术2.低温送风的特殊问题由于低温送风系统送风温度低,一般为31

25、1,比常规空调系统的1215要低,因此在风口、风管、末端送风装置的表面很容易结露,所以应特别加强这些地方的保温;要高度重视结露问题,无论是设计和施工都要有严格要求。保温好也可减少热损失。低温送风空调系统中的水管内流动的是低温水,一般在1.45,所以水管壁结露问题也要同风管结露问题一样引起特别重视。这也是减少热损失不可缺少的一环。由于低温送风空调系统送风温差大,也就是送风温度低,所以当送风量小时,必须防止低温空气直接进入工作区,或是空调房间内温度不均匀而导致舒适感差的后果。由于在低温送风空调系统中,设计的重点往往放在低温送风上而忽视了冬季送热风问题,影响冬季室内人体舒适感,所以设计人员在设计低温

26、送风空调系统时,应顾及冬季送热风问题。空调节能技术室内热源的位置也会影响低温送风的效果,在工程设计中应采取相应的措施。在低温送风空调系统中,风管的制作必须严格符合密闭性要求。因为风管泄漏不但会造成冷空气损失,而且泄漏的低于室内空气露点温度的空气,会使风管表面结露,使风管长期潮湿而腐蚀,并且还会凝聚成水滴从天花板上滴落。对于单一应用低温送风空调系统的末端装置不采用二次盘管,因为低温送风末端装置主要是卷吸部分室内空气,提高送风温度,避免送风时的结露现象产生。如果二次盘管使用不当,就会失去低温送风末端装置的意义。据有关资料介绍,二次盘管通入的冷冻水是几经处理设备的回水,这样就提高了进入二次盘管的进水

27、温度,而且进水开关由自动控制系统控制。设计和使用的合理,可减小新风管道尺寸和一次风处理设备的尺寸。冰蓄冷低温送风中,不冻液的供应温度随冰蓄冷系统类型的不同而有所差异。如制冰滑落式、冰泥式可达1,而冰盘管式一般为24。但在融冰末期桶内剩余的冰量减少时,供应温度可升至35。如果系统中再加上换热器,则冷冻水的温度还要增加12。空调节能技术如果要使蓄冷装置保持较低的冷冻水供给温度,可根据要求增加蓄冰桶的蓄冷量或延长融冰时间,延续融冰速度,或设置主机在下游,即蓄冷装置优先等措施来解决。正确地选择冷却盘管是低温送风系统设计中很重要的一环,选择冷却盘管时考虑的因素包括传热性能、盘管表面风速、风扇布置位置等。

28、低温送风系统所使用的盘管通常为812排,翅片间距每片不超过2.1mm,铜管径小于12.7mm。在设计中,尽量减小冷冻水流量以减小泵的功率,并获得最大温升。在某些部分储冷的储冷系统中,具有高回水温度的冷冻水先通过主机降温后,再进入储冷槽降温,以得到最低的冷冻水供应温度。冷冻水温升主要取决于翅片间距、铜管材质及盘管的排数,在设计上,常常高达1016。空调节能技术盘管的表面风速主要取决于空调箱的冷却容量、送风量和盘管尺寸。表面风速低则出口温度也低,表面风速高则要减少盘管的换热面积,以节省盘管费用。通常,传统空调系统盘管的表面风速限制在3m/s以下,最好在1.62.3m/s,最大不超过2.5m/s,以

29、免过高的风速携带盘管表面的水珠,使低温送风系统的除湿量增大。风机和盘管间的相对位置布置会影响低温送风系统的效果。如果将风机安排在盘管之前与安排在盘管之后做一比较,会发现后者由于将电动机的发热量带入送风的空气中,使送风温度比前者高出11.5。但风机置于盘管之前不利于气流均匀分布,除非风机和盘管之间的距离大于风扇直径的35倍。3.几种低温送风方案比较举例某建筑为单层办公建筑物,建筑面积6373m2,空调面积5760m2,最大制冷量为774.4kW。方案1采用常规全空气空调方式,一般变风量末端设备;方案2和3采用带风机混合箱;方案4和5采用空气-水系统,除方案1外,均有蓄冷空调。表5-4为几种方案的

30、比较情况。空调节能技术1)从表5-4中可以看出,部分蓄冰的空气-水系统初投资和运行费均为最低,系统的空调能耗比方案1常规全空气空调方式少51%,回收期不到半年。空调节能技术2)部分蓄冰和全蓄冰空气-水系统比较(即方案4和5),前者年用电费用减少29%,初投资减少8%,空气-水系统的总能耗比全空气系统(方案1)的总能耗减少46%。3)比较部分蓄冰全空气系统和全蓄冰空气-水系统,由于部分蓄冰全空气系统白天风机及制冷机的用电量较高,因此其年空调电费比全部蓄冰的空气-水系统增加31%,当峰谷电价差加大时,这种差别还会加大。低温送风空调是随着蓄冷技术的发展而发展起来的一种空调方式,国外已应用于实际工程,

31、并取得了丰富的经验。在我国,低温送风空调刚刚被认识和起步,其发展还需得到国家有关部门的支持,并针对我国具体情况进行分析研究、技术经济比较、产品开发,应用于实际工程。随着我国经济的发展,这项技术会在我国空调行业发挥其应有的作用。空调节能技术5.2.4变制冷剂流量空调系统变制冷剂流量系统是指制冷剂流量根据室内负荷的变化而变化的冷剂式空调系统,如图5-2所示。系统通过制冷压缩机的变频技术或采用双缸旋转式压缩机改变制冷剂的质量流量,调节室内温湿度。该系统以其模块化结构组成灵活多变的系统,可以解决集中式空调系统存在的送风管道断面尺寸大、建筑物层高增加、机房面积加大、维护费用高等难题。变制冷剂流量系统由室

32、外机、室内机、制冷剂管道及附件和自动控制系统等组成,可分为热回收、热泵型和单冷型三种形式的系统,控制方式主要有三种,即变频控制、变容量控制和两种兼有的控制方式。空调节能技术图5-2变制冷剂流量系统示意图空调节能技术1.工作原理制冷剂通过室内侧换热器直接与空气换热,室内温度传感器根据室内空调负荷控制室内制冷剂管道上的电子膨胀阀,通过感应室内回风温度、蒸发器进出口处制冷剂的过热度,由控制器确定膨胀阀的开度,调节进入各室内机的流量,以适应不同的室内温度的要求。室外机与环境空气直接换热,通过制冷剂压力的变化对室外机的压缩机进行控制,调节分为两个阶段:第一阶段是调节压缩机的容量,以适应冷负荷的变化;第二

33、阶段是当冷负荷继续下降时,通过控制制冷剂旁通阀,使室外机的制冷剂循环流量减小,降低系统供冷量。2.变制冷剂流量系统的分类根据室内机、室外机的组成和工作特点,变制冷剂流量系统可分为单冷型、热泵型和热回收型三种形式。空调节能技术(1)单冷型变制冷剂流量系统单冷型变制冷剂流量系统的系统结构与普通单冷空调器基本相同,不同点仅在于在蒸发器侧并联设置多个室内蒸发器,并在每个蒸发器前分别设置膨胀阀,以控制蒸发器的状态。单冷型变制冷剂流量系统示意图如图5-3所示。(2)热泵型变制冷剂流量系统当系统制冷运行时,室外机电子膨胀阀全开,系统其他部件和控制方式同单冷型多联式空调系统;当系统制热运行时,室外机电子膨胀阀

34、控制室外机热交换出口制冷剂的过热度,室内机电子膨胀阀控制室温和室内换热器出口制冷剂的过冷度。图5-3单冷型变制冷剂流量系统示意图空调节能技术热泵型室外机由可变容量的压缩机、可用作冷凝器或蒸发器的换热器、风扇和节流机构组成。制冷运行时作为风冷压缩冷凝机组使用,热泵运行时其风冷冷凝器作为冷却空气的蒸发器使用。设计试验时需要兼顾风冷压缩冷凝机组和热泵室外机组的工作要求。热泵型变制冷剂流量系统示意图如图5-4所示。图5-4热泵型变制冷剂流量系统示意图空调节能技术(3)热回收型变制冷剂流量系统热回收型变制冷剂流量系统具有单独制冷和制热功能,而且可以实现同时制冷与制热,可以利用制冷系统的冷凝热提高能源利用

35、效率,对于同时需要供冷与供暖的建筑物,具有极大的应用前景。热回收型多联机系统具有三管式和两管式两种形式,如图5-5和图5-6所示。图5-5热回收型三管式变制冷剂流量系统示意图 图5-6热回收型两管式变制冷剂流量系统示意图空调节能技术三管式变制冷剂流量系统系统的室外机与室内机之间由高压气体管、高压液体管和低压气体管三根管道组成。高压气体管将高温高压制冷剂蒸气送入用于供暖的室内机,制冷剂在室内机内放热冷凝,流入高压液体管,制冷剂再从高压液体管进入制冷运行的室内机中蒸发吸热,通过低压气体管返回压缩机。室外换热器则用于平衡各室内机的冷热负荷,根据室内机的工作模式和冷、热负荷的大小,既可以作为冷凝器使用

36、,也可以作为蒸发器使用。两管式变制冷剂流量系统由室外机、分流控制器和室内机组成。分流控制器由气液分离器、电子膨胀阀、回热器、高低压气体转换阀组等组成。室外机与分流控制器之间由高压气体管和低压气体管两根管道相连。当需要同时供冷、供暖运行时,通过控制室外换热器风扇转速,使制冷剂蒸气不全部冷凝,部分高温蒸气引入分流控制器内并和液体在气液分离器中分离,蒸气部分进入室内机供热,液体部分则和供暖室内机中冷凝后的液体合流后进入室内机供冷,液态制冷剂吸热蒸发后,经回气管返回压缩机。空调节能技术3.变制冷剂流量系统的特点1)设备少,管路简单,节省建筑面积与空间。变制冷流量系统采用风冷方式,并将制冷剂直接送入室内

37、,不需要冷冻水和冷却水系统,省去了循环水泵、冷却塔等设备及管道系统,而且不需要庞大的风管系统,减少了占用的建筑面积,可以降低楼层高度。室外机直接装设在室外或屋面上,不占用制冷机房,也不需要空调机房。2)布置灵活。室内机可以根据建筑物的用途、负荷、装饰风格等灵活选择。制冷剂配管很长,也可以有较大的高度差,布置安装灵活方便,可以满足各种建筑物的要求。3)具有显著的节能效益。变制冷剂流量系统的容量可以在5%100%之间调节,完全可以满足不同季节、不同负荷的要求,同时提高机组的运行经济性。制冷剂直接送入室内,无二次换热,提高了能源利用率。室内机可以单独控制,不需要空调的房间可以关闭室内机,减少了能源浪

38、费。不同房间可以设置不同的温度,既提高了舒适度,又避免了集中控制造成的无效能源浪费。空调节能技术4)运行管理方便,维修简单。变制冷剂流量系统具有多种控制方式,室内可选用有线或无线遥控器,也可以与楼宇自控系统联网,实现计算机统一管理。系统具有故障诊断功能,可以自动显示故障的类型和部位,方便迅速维修,不需要专人管理,提高了检修效率。5)初投资高,运行费用低。变制冷剂流量系统的初投资约比一般的集中式中央空调系统高30%,但运行费用约为风冷冷水机组系统的70%,可节约30%的运行费,而且其安装费、维修费和能源消耗均较低,根据测算,变制冷剂流量系统的总寿命成本仅为冷水机组系统的86%左右。空调节能技术5

39、.2.5辐射吊顶-独立新风系统辐射吊顶-独立新风系统的工作原理如图5-7所示。辐射冷却系统“干工况”运行,即表面温度控制在室内露点温度以上,这样室内热环境和湿环境、空气品质的控制被分开。辐射冷却系统负责去除室内显热负荷、承担将室内温度维持在舒适范围内的任务。图5-7辐射吊顶-独立新风系统的工作原理空调节能技术通风系统负责新鲜空气的输送、室内湿环境的调节以及污染物的稀释和排放任务。这样的独立控制策略,使得该复合系统对热、湿、新风的处理过程均能实现最优。其节能优势主要体现在以下几个方面:1)送风量的减少降低了输送空气的能量消耗。与传统空调系统相比,其送风量减少60%80%,因此大大节省了风机耗能,

40、降低了输送空气的能量消耗。2)用水代替空气来消除热负荷,可大幅度降低输送冷量的动力能耗。辐射吊顶-独立新风系统中大部分的冷负荷由冷水系统承担,与空气相比,水具有高热值和高密度的特点,其热传输能力约是空气的4000倍。3)辐射供冷降低人体实感温度,减少了系统能耗。在达到相同表征人体冷热感的评价指标(Predicted Mean Vote,PMV)的前提下,夏季室内空气温度可以提高23,冬季室内空气温度可以降低23,因此,可进一步地减少总冷量或总热量。4)高冷冻水温允许采用天然冷源和在部分季节使用自然冷却直接供冷。辐射吊顶常见的形式有混凝土板预埋管冷吊顶、毛细管网栅冷吊顶和金属辐射板冷吊顶三种类型

41、。混凝土预制辐射板是将特制的塑料管或不锈钢管在楼板浇筑之前排布并固定在钢筋网上,浇筑混凝土后,就形成了“水泥核心”结构,如图5-8所示。这种辐射板结构工艺较成熟,造价相对较低;毛细管网栅冷吊顶是将毛细管网栅水平敷设在房间的顶棚上,顶棚可做成石膏吊顶或是直接用水泥砂浆抹平,也可做成金属吊顶,如图5-9所示。图5-8混凝土预埋管冷吊顶图5-9毛细管网栅冷吊顶空调节能技术空调节能技术毛细管网栅为毛细管的模块化产品,网栅可以根据安装应用需求,做成相应的尺寸,安装灵活多变,既可以用于新建建筑,也可以用于既有建筑的改造,其材质为聚丙烯。金属辐射板冷吊顶单元是以金属为主要材料的模块化辐射板产品,如图5-10

42、所示。金属冷吊顶适合安装于各种常用规格的金属顶棚板内,也可用于开放式系统或是与龙骨式吊顶相结合。金属冷板单元单位面积供冷量大,运行成本低,但金属冷板单元质量大,耗费金属多,初投资高,另外冷板表面温度不均匀。图5-10金属辐射板冷吊顶空调节能技术水系统的合理设计与控制是辐射吊顶-独立新风系统设计的重要问题之一。合理的水系统设计需要兼顾整个空调系统的一次投资、能耗和运行费用。根据辐射吊顶和新风机组是否共用冷源,水系统可分为两种:第一种是辐射吊顶和新风机组共用一组制冷机,采用一套水系统;另一种是各自独立使用制冷机,采用两套水系统。相关研究表明,采用冷却吊顶水系统和新风水系统相独立的供水方式可以充分发

43、挥冷却吊顶系统冷水温度高的优势,提高冷水机组的性能系数,节能效益显著。水系统控制方法有三种:变流量、定水温控制法,定流量、变水温控制法和联合控制法。对于大房间或多区系统,应采用变流量、定水温控制法,安装费用低。对于小房间或单区系统,应采用定流量、变水温控制法。对于多区建筑,宜采用两种方法结合的联合控制方法。空调节能技术5.2.6多联机空调系统多联机空调系统,简称多联机,是为了适应空调机组集中化使用需求,在分体式空调基础上发展起来的一种新型冷剂式空调系统。其主导思想是“变制冷剂流量、一拖多和多拖多”,即一台室外空气源制冷或热泵机组配置多台室内机,通过改变制冷剂流量以适应各房间负荷变化。多联机空调

44、系统采用制冷剂直接蒸发式制冷,减少了输送能耗(以制冷剂作为热传送介质,传送的热量是205kJ/kg,约为水的10倍、空气的20倍,不需要庞大的网管和水管系统,减少了输送耗能及冷媒输送中能量的损失)和能量损失(采用制冷剂直接蒸发制冷,无须像传统中央空调系统中将水作为载冷剂,需先把冷量传给水,再由冷水传给室内空气,减少了一个能量传递环节,从而减少了能量的损耗)。多联机根据室内负荷变化,瞬间进行制冷剂流量调整,使多联机在高效工况下运行,节能效果显著。另外由于室内机可单独控制,故不需要空调的房间可以根据使用者的要求关闭室内机,减少了能源的浪费。空调节能技术1.多联机的组成及工作原理变制冷剂流量多联分体

45、式空调由多个室内机和一个(或多个)室外机构成,室外主机包括室外侧风冷换热器、压缩机和其他制冷附件,室内机由直接蒸发式换热器、风机和电子膨胀阀等组成,通过调节风机转速、电子膨胀阀的开启度来调节换热能力。一台室外机通过管路能够向若干个室内机输送制冷剂,通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内各换热器的制冷剂流量可以适时地满足室内冷、热负荷要求。系统的制冷原理及系统管路配置示意图分别如图5-11和图5-12所示。图5-12系统管路配置示意图图5-11制冷系统原理图空调节能技术2.多联机的分类按改变压缩机制冷剂流量的方式,可分为变频式和定频式两类。对于变频式压缩机,当室内冷(热)负荷发生变化时,可以通过

46、改变压缩机频率来调节制冷剂流量,在部分室内机开启的情况下(50%80%的使用率),能效比要比满负荷时高;而对于定频式压缩机,当室内负荷变化时,通过压缩机输送旁通等方法来调节制冷剂流量。在部分室内机开启的情况下,能效比要比满负荷时低。按系统的功能可分为单冷型多联机系统、热泵型多联机系统、热回收型多联机系统和蓄热型多联机系统四种类型。单冷型多联机系统仅向室内房间供冷;热泵型多联机系统在夏季向室内供冷,冬季向室内供暖;热回收型多联机系统可实现同时向室内供冷和供暖,它用于有内区的建筑,因内区全年有冷负荷,热回收型多联机系统可实现同时对周边区供暖和内区供冷,实现了回收内区的热量;蓄能型多联机系统可利用夜

47、间电力将冷量(热量)贮存在冰(水)中,改善多联机白天运行的性能,以实现节能与移峰填谷。空调节能技术按多联机制冷时的冷却介质可分为风冷式和水冷式两类。风冷式系统是以空气为换热介质(空气作为单冷型系统的冷却介质,作为热泵型系统的热源与热汇),当室外天气恶劣时,对多联机系统性能影响很大;水冷式系统是2005年日本大金工业株式会社推出的,它是以水作为换热介质,与风冷式系统相比,多一套水系统,系统相对复杂一些,但系统的性能系数较高。3.多联机的控制多联机空调系统的控制目的是通过一定的调节手段来实现系统功能,平衡各种扰动对系统运行状态的影响,按需分配制冷剂流量,实现系统的安全、稳定、节能运行。从功能的角度

48、而言,多联式空调系统的室外机保证系统的运行状态,并提供各室内机需要的制冷量或制热量,各室内机则是把室外机所提供的制冷量或制热量分配给不同的房间以满足其对冷或热条件的需求。从调节和扰动因素的角度而言,室内机的调节手段为风阀和电子膨胀阀开度,而扰动因素则是由于室内冷负荷变化而引起的室内温、湿度的变化,人为调节室内机风量以及室内启停等。室外机的调节因素主要为压缩机容量(频率、容量、台数以及其他变容量措施)和室外机换热器的容量(包括风量、换热器面积),而扰动因素主要为室外空气温度、湿度变化。3空调蓄冷技术空调蓄冷技术5.3.1概述1.空调蓄冷电能难以储存,单靠供电机构本身的设备难以达到“削峰填谷”的目

49、标,无法尽量在电力低谷期间使用电力。当然,有些电力公司由于电网调峰能力不足,建设抽水蓄能电站进行调峰,但其初投资高、运行费用大,不宜推广。因此,大多数供电机构都采用各种行政和经济手段,迫使用户各自将用电高峰削平,并尽量将用电时间转移至夜间,蓄冷系统就是在这种情况下发展起来的。蓄冷系统就是在不需冷量或需冷量少的时间(如夜间),利用制冷设备将蓄冷介质中的热量移出、进行蓄冷,并将此冷量用在空调用冷或工艺用冷高峰期。蓄冷介质可以是水、冰或共晶盐。因此,蓄冷系统的特点是:转移制冷设备的运行时间,这样,一方面可以利用夜间的廉价电,另一方面也减少了白天的峰值电负荷,达到电力“削峰填谷”的目的。空调蓄冷技术空

50、调系统是现代公用建筑与商业用房不可缺少的设施,其耗电量很大,而且基本处于电负荷峰值期。例如,饭店和办公楼每平方米建筑面积的空调峰值耗电量为4060W,以北京为例,目前公用与商用建筑的空调用电负荷约为60万kW,约为高峰电负荷的16%,因此,空调负荷具有很大的削峰填谷潜力,国家已将空调蓄冷作为重点节能技术措施之一在全国推广。2.全负荷蓄冷与部分负荷蓄冷除某些工业空调系统以外,商用建筑空调和一般工业建筑用空调均非全日空调,通常空调系统每天只需运行1014h,而且几乎均在非满负荷下工作。图5-13中的A部分为某建筑典型设计日空调冷负荷图。如果不采用蓄冷,制冷机组的制冷量应满足瞬时最大负荷的需要,即q