中央空调节能运行方法探讨.doc

毕业论文毕业论文 课题名称 课题名称 中央空调节能运行方法探讨 目目 录录 摘要摘要 1 ABSTRACT 2 第一章第一章 空调系统空调系统节节能能的研究现状的研究现状 4 1 1 国内研究现状 4 1 2 存在的问题与不足 5 第二章第二章 建筑构造建筑构造节节能能 6 2 1 利用建筑构造实现节能 6 2 2 合理控制窗墙比 对外墙及屋顶的导热系数等提出具体要求 6 2 3 提高门窗的气密性 6 2 4 使用环保 节能型建筑材料 7 2 5 冷屋顶 节能 7 第三章第三章 运运行行节节能能 1 1 8 3 1 加强中央空调的运行管理 采用一定的计量方法 8 3 2 通过控制设备进行调节控制 8 3 3 过渡季节取用室外空气作为自然冷源 2 8 3 4 冷 热 计量和新风热回收技术 9 3 5 空调系统自控 3 9 第四章第四章 技技术术节节能能 10 4 1 变频技术 4 10 4 1 1 减少大型马达能耗 10 4 1 2 风机水泵类变频控制 5 11 4 1 3 冷水机组变频控制 6 11 4 2 水蓄冷技术 12 4 3 大空间采暖 12 4 4 实行分层分区控制 减少管道冷T损失 13 第五章第五章 系统方系统方案案节能节能 14 5 1 合理设定参数 14 5 1 1 参数选择 14 5 1 2 空调冷负荷的计算 14 5 2 冷热源耗能节能措施 7 15 5 2 1 温湿度控制 15 5 2 2 冷源效率控制 16 5 2 2 1 降低冷却水温度 16 5 2 2 2 提高冷冻水温度 16 5 3 系统的选择 17 5 3 1 水或空气输送系统节能 8 17 5 3 2 采用冰蓄能系统 9 17 5 3 3 采用变风量系统 以减少空气输送系统的能耗 10 18 5 3 4 利用能量回收系统节能 19 5 3 5 能耗指标和当地能源条件合理选择冷源 19 5 3 6 热电冷三联供 CCHP 系统 11 20 5 4 动力节能 20 5 4 1 采用大温差系统 20 5 4 2 选用低流速 21 第六章第六章 设备选设备选配配节节能能 12 12 22 6 1 制冷主机的节能运行 23 6 1 1 离心式冷水机组的选择 23 6 1 2 末端设备 24 6 2 水泵的节能运行 24 6 2 1 冷冻水泵 24 6 3 冷却塔的节能运行 13 24 6 4 降低水系统的隐性能耗 14 25 6 5 降低辅助设备的运行能耗 15 26 6 6 新兴设备的应用 26 结论与展结论与展望望 28 致致 谢谢 29 参考文献参考文献 30 摘要摘要 随着经济和社会的发展 中央空调在商业和民用建筑中的应用越来越广泛 中央 空调是现代建筑中不可缺少的能耗运行系统 中央空调系统在给人们提供舒适的生活 和工作环境的同时 又消耗掉了大量的能源 随着设备功率和数量的增加 其能耗也 不断增大 据统计 我国建筑物能耗约占能源总消耗量的 30 在有中央空调的建筑物 中 中央空调的能耗约占总能耗的 70 而且呈逐年增长的趋势 因此 研究中央空 调系统节能技术意义重大 除了强调使用功能完善外 还应重视节能因素 降低投资 运行费用 关键词关键词 中央空调 能耗 节能运行 效率 ABSTRACT With the development of economy and society central air conditioning in commercial and civil construction are more and more widely used in modern building central air conditioning is an indispensable energy consumption system The central air conditioning system to provide people with comfortable living and working environment at the same time but also consume a lot of energy With the power of the equipment and increase the quantity of its energy consumption is increasing constantly According to statistics China s building energy consumption accounts for about 30 of total energy consumption In the central air conditioning building central air conditioning energy consumption accounted for about 70 of the total energy consumption and is increasing year by year therefore study the central air conditioning system energy saving technology is of great significance in addition to emphasize the use of perfect function attention should also be paid to energy saving factors reduce investment operation cost Key words central air conditioning energy consumption energy saving efficiency 前言前言 随着我国国民经济水平的不断提高 建筑业也在持续稳定地向前发展 同前几年 建筑业的发展相比 目前的发展商将眼光放得更远 他们追求如何将开发成本降得越 低越好 更多得考虑以人为本 开发真正舒适度高 建筑质量高的居住及商用建筑 同时人们对生活 工作环境的要求也越来越高 商业建筑不断的增多 以及人们对室 内空气的温湿度 洁净度和空气品质问题越来越重视 由于能源的紧缺 节能问题越 来越引起人们的重视 因此迫切需要为商业建筑物安装配置节能 健康 舒适的中央 空调系统来满足人们对高生活水平的追求 现有的大中型公共建筑中央空调系统是能源消耗大户 由于规模较大 设备类型 和型号较多 运行工况复杂多变 再加上运行上存在的缺陷和不足 使得某些公共建筑的 空调系统存在着很多问题 无法有效调节室内环境 甚至造成系统能耗的无谓增加和能源 的不合理消耗 从另一个角度而言 也能说明空调系统改造和节能优化方面还存在较大 的潜力及发展空间 因此 对空调系统性能的节能诊断以及优化运行模式的研究 有极大 的研究和应用价值 这项研究可以帮助和促进现有空调系统的性能优化改造和节能运 行 降低运行成本和能量消耗 同时 也可以为相关的设计和管理人员提供一些依据 使其 在工程设计中结合实际 尽可能地做到系统设计上的优化节能和运行维护上的方便易行 第一章第一章 空调系统节能的研究现状空调系统节能的研究现状 1 11 1 国内研究现状国内研究现状 我国是能源资源严重短缺的国家 改革开放 30 余年 我国的节能减排工作取得了 巨大成效 80 年代初 我国制定了开发与节约并重 近期把节约放在首要位置的能源发 展方针 80 年代中期 提出以效益为核心的能源开发利用战略和以电力为中心的能源消 费结构调整战略 90 年代 进一步将各项方针细化具体化 如 1992 年国务院批转建设部 等部门 关于解决我国城市生活垃圾问题的几点意见 内称 强城市垃圾管理 大力开 展城市垃圾的回收综合利用 提高回收利用率 到 2000 年 大众城市生活垃圾中和利用 率要达到 40 以上 进入新世纪以来 节能减排工作大范围展开 新 节约能源法 规定节约资源为我 国基本国策 节能减排工作已成为全民参与的国事 大事 在这样的节能减排大环境背 景下 国内诸多专家学者积极开展了建筑能耗调查研究 研究结果表明 我国建筑能耗 在能源总消费中所占的比例己从 20 世纪 70 年代末的 10 上升到近年的 27 4 而目前 建筑能耗中 空调能耗占到 65 由此建筑空调节能的重要性可见一般 众所周知 空调 系统各组成设备的正常运行与控制是空调系统节能运行的必要条件 只有通过空调系统 组成设备的性能检测 从而进行节能诊断分析 才可以发现空调系统中存在的能量浪费 设备运行效率不高 空气调节效果不佳 控制调节不合理等问题 从而才能进行相关的 节能改造工作 随着经济和社会的发展 中央空调在商业和民用建筑中的应用越来越广泛 中央 空调是现代建筑中不可缺少的能耗运行系统 中央空调系统在给人们提供舒适的生活 和工作环境的同时 又消耗掉了大量的能源 随着设备功率和数量的增加 其能耗也 不断增大 据统计 我国建筑物能耗约占能源总消耗量的 30 在有中央空调的建筑物 中 中央空调的能耗约占总能耗的 70 而且呈逐年增长的趋势 因此 研究中央空 调系统节能技术意义重大 我国作为一个发展中国家 情况较为特殊 现在我们国家从各个方面在提倡节能 创造一个节约型社会 在商业 服务业领域 中央空调是主要耗能设备 当前节能和 环保是个热门的话题 中央空调的能效问题也越来越受到重视 在这方面也有许多新 技术的开发 比如说变频中央空调 还有许多设备的改造和创新 中央空调的节能对于我国创建一个节能性和谐社会具有重大的意义 1 21 2 存在的问题与不足存在的问题与不足 目前国内外关于空调系统节能诊断的研究 在空调能耗构成方面以及维护结构节 能方面的研究比较透彻 所得到的大量的实验和研究成果具有重要的参考和实用价值 但是 经过查阅大量的节能改造方面的研究与实践文献 作者发现在这一领域仍然存在 以下几个方面的问题与不足 1 未形成节能诊断的完整流程 大部分节能诊断分析 均是通过从空调系统的各个子系统进行独立的诊断 而没有 对这些子系统的关联性进行同时分析 即缺乏整个节能诊断的从源头到末端的顺序诊断 体系 实际工程中 任何一个子系统的运行参数进行调节之后均会对其他子系统造成影 响 2 节能诊断方案的不可操作性 有些节能诊断研究中 理论分析很详细很透彻 充分考虑了空调系统的各个影响因 素 然后给出了含有很多空调系统运行参数的计算公式 在理论上 通过这些计算公式 可以用来评价某子系统或整个系统的能效 但是实际上存在很多不可操作性 比如 冷 机换热器内壁传热系数 风管内的风速与温度都不是可以随时获取的参数 这些导致 节能诊断方案实际上难以操作和实施 3 诊断后改造效果的不可确定性 相当一部分节能改造的工程实例 在将节能改造方案落实后 未对系统继续进行跟 踪测试与调查分析 因此 造成了改造前与改造后的对比数据的缺失 改造方案的实际节 能效果无法准确得到评估 4 缺乏对末端效果的研究 很对学者在对建筑空调节能改造时 只注重研究占能耗比例较高的冷热源系统 水系统 没有结合末端空调效果的实际情况进行分析 因此 存在节能改造之后 设备运 行效率得到了提高 能源消耗水平也得到了降低 但是 末端效果又出现了新的问题 因为空调系统是一个复杂的庞大的系统 各个子系统是有序而互相影响的 因此 在做节 能改造之前应先对末端效果有足够的了解与重视 第二章第二章 建筑构造节能建筑构造节能 中央空调工程设计 应给出较详细的冷 热负荷计算说明和节能技术措施说明 目前的中央空调设计大多是用概算指标估算 且在估算过程中再加大冷 热负荷 使 冷 热源主机长期在低负荷 低效率下运行 大马拉小车现象严重 所以必须加强工 程设计的审核 立下规定 报审的中央空调工程设计必须附有负荷计算说明书 严格 把关 另外 必须把节能思想意识逐渐引人到土木建筑类等各专业中 使建筑物在规 划 布局 形状 色彩 方位及材料等方面为空调节能创造条件 2 12 1 利用建筑构造实现节能利用建筑构造实现节能 如有条件 可在制定建筑方案阶段就有暖通专业人员参与 保证在不对建筑方案 造成较大影响的前提下在建筑构造方面充分体现节能的要求 满足节能的需要 比如 墙体的保温隔热材料 2 22 2 合理控制窗墙比 对外墙及屋顶的导热系数等提出具体要求合理控制窗墙比 对外墙及屋顶的导热系数等提出具体要求 通过外窗的耗热量占建筑物总耗热量的 35 45 故在进行前期建筑设计时 在保 证室内采光的前提下 合理确定窗墙比将十分重要 对于供冷负荷较大的建筑物 其 表面颜色以浅色为好 建筑物的外围护结构设计时 要把热容量大的材料放在外围护 层的室内侧 而把热容量小的保温材料放在外侧以减少围护结构的蓄热负荷 2 32 3 提高门窗的气密性提高门窗的气密性 合理设计窗的构造 窗的构造应能起控制日光照射的作用并要限制窗户墙体的面 积比 对于窗户面积比较大的建筑物 应考虑采用吸热玻璃 热反射玻璃或遮阳措施 如遮阳板 屋檐 挑檐 挑阳台 百叶板 窗帘等 在室外温度较低的时候可以直接 利用自然空气作为能源 所以窗的构造应能开启或在其上设置可以开启的自然通风口 有资料表明 房间换气次数由 0 8h 1 降到 0 5h 1 建筑物的耗冷可降低 8 左右 因 此设计中应采用密闭性良好的门窗 加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段之一 2 42 4 使用环保 节能型建筑材料使用环保 节能型建筑材料 使用环保 节能型建筑材料 可有效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 当然 这可能会在一定程度上增 大初期投资 这可通过合理的技术经济比较后确定 2 5 2 5 冷屋顶冷屋顶 节能节能 冷屋顶 cool roofs 指具有高日射反射率的屋顶 通过在普通屋顶表面涂上 浅色的 高反射率的屋顶 通过在普通屋顶的日射反射率 减少太阳热量的吸收 从 而达到减少空调冷负荷 节约空调能耗的目的 采用 冷屋顶 节能可使空调负荷减 少约 10 50 第三章第三章 运行节能运行节能 1 1 3 13 1 加强中央空调的运行管理 采用一定的计量方法加强中央空调的运行管理 采用一定的计量方法 在空调能耗中 有很大一部分是由于管理不善而引起的 各项调节和节能措施的 实施 亦与操作人员的技术素质直接相关 故应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 另外 集中空调实行计量收费 是建筑 节能的一项基本措施 目前在欧美等国热量计量已是成熟的技术 据国外调查资料表 明 实行集中空调计量收费后 其节能率在 8 15 我国在计量方面也已取得了一定 的成就 3 23 2 通过控制设备进行调节控制通过控制设备进行调节控制 随着用能计量收费体制的改革 室内空调系统装配温控阀后整个空调系统如何正 确配备控制设备是非常重要的 每一个有效节能的空调系统都应配置相应的调节控制 设备 如自力式流量控制阀 压差控制阀 温度控制阀等等 在控制模式上需根据建 筑物的具体功能 气候条件 使用状况等灵活处理 无统一的模式可循 如 年运 行管理问题 主要应考虑过渡季节的运行 室外新风的利用 新风量的确定等 日 运行管理问题 主要应考虑随室外温度的变化采取不同的日节能运行模式 这可采用 合理的自控系统及一定的手动调节装置来实现 建筑预冷预热时间的合理选择 建 筑预冷预热时间的选择将直接影响冷热设备的大又能实现节能或节约投资 预冷预热 时间的合理选择是关键 3 33 3 过渡季节取用室外空气作为自然冷源过渡季节取用室外空气作为自然冷源 2 2 在空调运行时间内保证卫生条件的基础上 只有在夏季室外空气热焓大于室内空 气热焓时 或冬季室外空气热焓小于室内空气热焓时 适当减少新风量有节能意义 当供冷期间出现室外热焓小于室内空气热焓时 过渡季节 应该采用全新风运行 这不仅可缩短制冷机的运行时间 减少新风耗能量 同时可以改善室内环境的空气 质量 3 43 4 冷 热 计量和新风热回收技术冷 热 计量和新风热回收技术 我们可以用最基本的数学和物理知识对中央空调用户侧和总用冷 热 量 进行 冷 热 量计量 提高节能意识 减少无效冷 热 量损失 便于用冷 热 量收费 和管理 过渡季节尽量利用新风 可进行全新风运行 减少空调的运行 冬季内区的 消除余热 可采用室外免费能源 新风 减少能源的浪费 控制方面采用热回收技术 利用排风对新风进行预热 或预冷 节约空调能耗 如夏季回收拍到空气中的冷量 再把室外的热空气预冷后送到室内 冬季回收排除空气的热量 再把和室外的热空气 预热后排到室内 从而减少能量的损失 降低了空调制冷制热的空气的能耗 3 53 5 空调系统自控空调系统自控 3 3 所有空调设备采用系统采用先进的计算机技术 模糊控制技术 系统集成技术和 变频调速技术 实现了中央空调冷媒流量系统运行的智能模糊控制 科学地解决了中 央空调能量供应按末端负荷需要提供 在保障空调效果舒适性的前提下 最大限度地 减少了空调系统的能源浪费 根据设定的温度控制 湿度控制 压差控制 流量控制 来使设备达到最佳的匹配运行效果 使设备在最高效区域运行 以利于能源的综合利 用 最大化地实现节能 使用费是多数人普遍关心的问题 也是制约空调发展的主要 原因 特别像中央空调这种超大功率的电器 一年下来电费有时候高的吓人 很多人 只能望而却步 但空调在我国市场巨大 每年夏季全国温度普遍接近 40 度 几乎每 个地区都需要空调 因此 发展中央空调节能技术势在必行 空调自动控制能较大程度地提高建筑环境的舒适度 最大限度地节约能源 随着 自控技术的发展以及自控设备价格的降低 自动控制将更广泛地应用于空调行业 具 体可以从 4 个方面考虑 1 考虑过渡季全新风的可能及新风量变化的要求 采用 双风机系统 2 送 回风机采用变频调速风机 3 水系统设电动二通阀 水流量 自动调节 4 新 回风阀为电动调节阀 调节新回风比 第四章第四章 技术节能技术节能 4 14 1 变频技术变频技术 4 4 大部分建筑物一年中只有几十天时间中央空调处于最大负荷 中央空调冷负荷始 终处于动态变化之中 如每天早晚 气候情况 客流量 活动内容等各种因素的变化 实时影响中央空调冷负荷 一般 冷负荷在 5 60 范围内波动 大多数建筑物每年至 少 70 是处于这种情况 而大多数中央空调 因系统设计多数以最大冷负荷为最大功 率驱动 这样 造成实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾 造成了巨大的能源 浪费 采用变频控制的方式 可解决此矛盾 从原理上变频器结构比较简单 变频器先将交流电转换为直流电 然后用逆变桥 将其再转换为变频 变压的交流电源 风机 水泵等设备传统的调速方法是通过调节 入口或出口的挡板 阀门开度来调节给风量和给水量 其输入功率大量的能源消耗在 挡板 阀门的截流过程中 最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量 由于 风机 水泵类负载 轴功率与转速成立方关系 所以当风机 水泵转速下降时 消耗 的功率也大大下降 能源中心的冷冻水系统采用二次泵形式 二次泵为变流量 根据二次侧末端负荷 的变化 在满足某一最不利水环路所需使用压力的条件下 通过改变二次水泵电机的 运转频率或水泵的运行台数 以达到节能目的 4 1 14 1 1 减少大型马达能耗减少大型马达能耗 在中央空调系统中 使用了许多大型马达 如冷冻 冷却循环水泵 大型送回风马达 等 这些马达是主要耗电设备 电力部门所供给的商业电力的输入电压总比额定值高 3 一 5 目的是防止在用电高峰时电压降到额定电压以下 另一方面 用户的电力设备在设 计选型时为保证在用电最高峰时也能达到设计要求 采用了较大的电机 所以在空调系 统中有许多 大马拉小车 现象 过多的电力损耗导致了以热和振荡形式造成的能量损 失 交流感应电机的输出功率尸钉了 UI os 小 由此可见通过改变交流感应电机的输 入电压及频率 即可改变电机的输出功率 我们在几个大的交流感应电机上加装赛普节 能器 该节能器根据探测到加在电机上的电压和电流 而获得电动机的视在功率和有功 功率 由此计算出电机的功率因数 从而调整节能器的输出电压和频率 以保持功率因数 在一个最佳值上 使被控电机实现最佳的节能运行 如电网电压变化或电动机的负荷改 变 则功率因数随即发生变化 节能器调整输出电压或频率 维持功率因数在预定的设定 值上 该节能器还具有逆变功能 将电机停车时产生的惯性转为电能回送电网 另外 在电动机起动时 节能器的输出电压和频率是逐渐增加的 从而实现了软起动 极大地减 小了电动机的起动电流 减少了对电网电压的冲击 节能效果显著 4 1 24 1 2 风机水泵类变频控制风机水泵类变频控制 5 5 因为过去交流电机本身不调速 中央空调系统对空气和水流量的控制不得不依赖 挡板和阀门来调节 许多电能被白白浪费在挡板和阀门上 如果对风机水泵进行变频调 速 把浪费在挡板和阀门上的能量节省下来 每台水泵平均节能效果就很可观 对于 风机水泵来说 根据流体力学原理 在相似工况下运行时的参数存在以下关系 1 其中 Q1 H1 N1 n1 分别为转速改变前的流量 扬程 功率 转速 Q2 H2 N2 n2 分别为转速改变后的流量 扬程 功率 转速 由公式 1 可知 流量与转速成正比 压力与转速的平方成正比 消耗的功率与 转速的三次方成正比 对于变频调速来说 转速 n 基本上与电源频率 f 成正比 当 电源频率 f 降低时 电机转速也降低 所需的功率就随转速的三次方迅速降低 可见 节能效果十分显著 以风机为例 如所需风量为额定风量的 80 则转速也下降为额定 转速的 80 而轴功率降 51 2 当所需风量为额定风量的 50 时 而轴功率降 12 5 这种节电效果也非常可观 实际证明 风机水泵类变频控制节能 40 50 4 1 34 1 3 冷水机组变频控制冷水机组变频控制 6 6 由于压缩机不排除在满负载状态下长时间运行的可能性 所以 只能按最大需求 来决定电动机的容量 故设计裕量一般偏大 在实际运行中 轻载运行的时间所占的 比例是非常高的 采用变频控制对压缩机转速进行调节 实现对制冷量的控制 让冷 冻机组始终处于最佳 最合理 的运行状态 变频控制提高了空调器的效率 改善了冷 冻机组的运行效果 从而实现了节能 变频压缩机的原理是通过调节压缩机的转速而 调节压缩机的单位时间内的排气量 从而达到调节制冷量的目的 制冷量与频率成正 2 1 2 1 n n Q Q 2 2 1 2 1 n n H H 3 2 1 2 1 n n N N 比关系 所以采用变频调节可实现对制冷量的控制 从而可达到节能效果 有些调节 方式 如调节阀门开度和改变叶片角度 即使在需求量较小的情况下 也不能减少 电动机的运行效率 采用了变频调速后 在需求量较小时 可降低电动机的转速 减 少电动机的运行功率 从而进一步实现节能 实际证明 冷水机组变频控制可节能 20 30 4 24 2 水蓄冷技术水蓄冷技术 蓄冷技术作为电力供应需求侧管理 DSM 的重要手段之一 在国外已得到广泛的应 用 近年来 国内的研究与设计单位也已进行了一些尝试 并取得了较好的效果 随着分 时计费电价结构的推广和峰谷电价差的扩大 蓄冷技术在我国的应用将会越来越普及 采用水蓄冷的集中能源中心方式 蓄冷可起到 削峰填谷 的作用 缓解用电紧张 提高能源利用效率 减少装机容量 充分利用峰谷电价 节省运行费用 水蓄冷是利用水的显热来储存冷量的 系统组成是在常规供冷系统中加人了一个 或多个蓄水罐 为实现冷量的储存 满足冷负荷的需要 设计合理的水蓄冷罐应能通过 维持一个尽可能大的蓄水温差并防比冷水与热水的混合来获得最大的蓄冷效率 水蓄冷技术的应用与否取决于薄项目的技术经济分析 增加蓄冷罐就增加了一部分 初投资 若能在短时间内收回这部分投资 则便于该技术的推广 我国目前正推广实行的 峰谷不同电价的政策将为促进蓄冷技术的应用起到了积极的推动作用 随着经济的发展 和人民生活水平的提高 供电和用电之间的矛盾日益突出 积极推广应用水蓄冷技术对 于在建设社会主义市场经济的条件下 提高需求侧负荷管理的科学性和经济性 提高能 源利用率是十分有益的 水蓄冷技术在食品加工 制药等行业的工艺用冷 以及体育馆 大厦等建筑物的空调方面有着相当广泛的应用前景 4 34 3 大空间采暖大空间采暖 辐射传热的房间里 各个表面 仅仅是表面 相互进行辐射传热 由于维护结构 传热的速度相对较慢 其表面温度容易达到相对稳定的状态 实测显示此时虽然维护 结构由于表面温度的降低 维护结构的传热量由于内外温差加大有所增加 但增加并 不明显 人作为热源向冷顶 墙壁和所有低于人体表面温度的表面发射热量 各表面 吸收的热量最后都被辐射板吸收 传递给辐射板的流动冷媒 人体在室内移动是热源 的移动 人体移去的空间回复到原来的平衡状态 对应该处的辐射传热量也减少到原 来的相对稳定状态 辐射传热具有追踪能力而且具有极快的传递速度 人体在辐射房 间内与穿着了空调衣相似 具有极高的效率 另一方面当室内各表面温度接近辐射板 温度时 辐射传热负荷急剧减少 供回水温差下降 主机能耗非常低 而此时人员的 舒适度是最好的 这种状态和对流空调完全相反 实践证明 RCF 舒适度保持较高的水 平时 空调能耗没有显著的增加 采用地板辐射采暖加周边散热器采暖 增加人员活动区的热舒适 减少顶部空间 的耗能 另外在大空间采用分层和置换通风 尽量减少无效空间区域的能量消耗 只 满足有效区域的舒适度 采用 CFD 的方法 对大空间的空调气流组织进行了分析 得 到了很好的验证 如游泳馆空调比赛区空间温度可以被控制于 28 到 29 之间 室 内的温度分层非常明显 屋顶最高点温度却达到了 40 以上 4 44 4 实行分层分区控制实行分层分区控制 减少管道冷减少管道冷 t t 损失损失 在中央空调系统中 不同性质的空调对象共用同一冷冻水系统 不同性质的空调对 象在不同季节 不同时段有着不同的空调要求 如冬季地处南方的客房及写字楼基本上 不需要送冷冻水 而餐厅却需要 但在深夜餐厅停止营业后又可将餐厅空调的冷水关掉 为了实现分区时段控制 对不同性质区域的冷水管加装电磁阀 并在冷冻机房实现集中 控制 有效地减轻冷冻机负荷 另外 在室外温度较低时 增加空调间的新风量 减少空 调能耗 这些方法都可降低空调用电 总之 通过各种行之有效的节能措施 大地减少中 央空调系统中的电能消耗和空调设备散发的空调空间的热量 冷气空调不必再使用更 多的电力来维护凉爽的室温 反而可以节省电能 同时 由于减少能耗也延长了设备 的使用寿命 由此可见中央空调系统中实施节能可谓意义重大 第五章第五章 系统方案节能系统方案节能 5 15 1 合理设定参数合理设定参数 一些专家针对暖通空调系统设计过程中室内空气参数标准的合理取值对空调能耗 的影响 探讨了空调负荷 空调能耗和空调系统节能的基本概念 对室内空气温度和相 对湿度标准对空调系统能耗的影响进行了计算分析 结果表明科学认识室内空气参数标 准的合理取值对空调系统能耗的影响对当前建筑节能意义重大 空调系统节能条件需要 具体分析 针对不同类型的建筑和不同的空调方式 其室内空气设计标准的影响不同 空 调过程设计对空调系统节能具有重要影响 室内相对湿度对空调能耗的影响十分明显 与其提高室内空气干球温度 不如降低 房间内空气的相对湿度 在节能的同时 还能获得更佳的人体舒适感和室内空气质量 同 时也顺应当前国际空调界降低室内相对湿度的大潮 响应全球节能组织的号召 5 1 15 1 1 参数选择参数选择 若空调室外计算参数为定值时 夏季空调室内空气计算温度和湿度越低 房间的 计算冷负荷就越大 系统耗能也越大 在满足舒适要求的条件下 要尽量提高夏季的 室内设计温度和相对湿度 尽量降低冬季的室内设计温度和相对湿度 不要盲目追求 夏季室内空气温度过低 过干 冬季室内设计温度过高 5 1 25 1 2 空调冷负荷的计算空调冷负荷的计算 我国在 1982 年经评议通过了两种新的冷负荷计算方法 谐波反应法和冷负荷系数 法 两种方法都合理地考虑了显热得热中辐射成分转化为冷负荷时的幅度衰减和时间 延迟作用 这对于正确计算空调设计负荷 从而节能降耗具有重要意义 但是 该方 法提供的数据适用于传统重型和中型结构 而缺少新型建筑墙体的数据 设计时最好 应充分考虑并合理采用相近数据 还可以采用计算软件使计算更加快速准确 另外 目前我国的现状造成很多设计都依靠估算 尽管各种估算的方法都有一定的理论或经 验依据 但是估算本身的实质就是将各项冷负荷峰值与围护结构冷负荷峰值简单相加 从而使计算结果过于安全 因此 建筑物冷负荷的最大值应为每个房间逐时负荷叠加 的最大值 而不是简单地将每个房间的最大冷负荷进行益加 还应考虑同时使用系数 以减少主机的设计容量 达到减少运行能耗的目的 同时使用系数应按实际情况定 设计者可根据工程规模 用途等特点 参照已建工程经验确定 一般为 0 75 0 85 5 25 2 冷热源耗能节能措施冷热源耗能节能措施 7 7 5 2 15 2 1 温湿度控制温湿度控制 从中央空调系统空气处理过程可以看出 夏季室内温度越低 相对湿度愈低 系 统设备耗能愈大 冬季室内温度越高 相对湿度愈高 系统设备耗能愈大 相应地初 投资和运行费用也随之增大 由于每个人对舒适感的要求标准差别很大 故对民用中 央空调可有一个范围较宽的舒适区 在该舒适区范围内 夏季降温时 取较高的温湿 度值 冬季采暖时 取较低的温湿度值 可获得一定的节能效果 建筑内温湿度的变 化与建筑节能有着紧密的相关性 根据经验统计资料表明 如果在夏季将设定值温度 下调 1 将增加 9 的能耗 如果在冬季将设定值温度上调 1 将增加 12 的能耗 因此将建筑内温湿度控制在设定值精度范围内是大楼中央空调节能的有效措施 为降低能耗 空调房间室内温湿度基数 在满足生产需要和人体健康的情况下 夏季尽可能提高 冬季应尽可能降低 现在有些业主盲目追求 够冷 境界 大幅度 提高室内温湿度计标准 这样做 不仅无谓地浪费大量能源 而且还会产生舒适感的 负面效应 空调系统温度控制精度越高 舒适性越好 同时节能效果也越明显 而空 调系统前端所测信号准确性直接影响到中央空调系统的精确控制程度 所以 所测信 号 尤其是温湿度这样的模拟信号 须尽可能准确 还有 一定要选用高控制精度的 BAS 对中央空调进行控制 因为 BAS 采用 DDC 直接数字控制器 直接控制电动水 阀阀门的开度 而无须中间调节器 另外 DDC 内含有丰富的计算控制软件 如比例 积分微分 PID 算法 模糊控制算法 遗传算法等 来保证控制的精确度 5 2 25 2 2 冷源效率控制冷源效率控制 8 8 夏季 中央空调空调系统承担着排除室内余热 余湿 并改善室内空气品质的重要 任务 在常规中央空调系统中 夏季空调热湿负荷都是由同一个冷源承担的 因受制于 系统除湿的需要 其冷源普遍采用了低温蒸发系统 蒸发温度 0 5 冷冻水进出口温 度为 12 7 因此冷源工作效率普遍较低 针对上述问题 本文主要浅析一下目前实 际工程应用中可行的空调系统方案 评价冷源制冷效率的性能指标是制冷系数 COP Coefficient Of Performance 制冷系数指单位功耗所能获得的冷量 制冷系数与制冷剂的性质无关 仅取决于被冷 却物的温度 T0 和冷却剂温度 Tk T0 越高 Tk 越低 制冷系数越高 所以空调系统冷 机的实际运行过程中不要使冷冻水温度太低 冷却水温度太高 否则制冷系数就会较 低 产生单位冷量所需消耗的功量多 耗电量高 增加建筑的能耗 提高冷源效率可 采取以下措施 5 2 2 15 2 2 1 降低冷却水温度降低冷却水温度 由于冷却水温度越低 冷机的制冷系数就越高 冷却水的供水温度每上升 1 摄氏 度 冷机的 COP 下降近 4 降低冷却水温度就需要加强冷却塔的运行管理 首先 对于 停止运行的冷却塔 其进出水管的阀门应该关闭 否则 因为来自停开的冷却塔的水 温度较高 混合后的冷却水水温就会提高 冷机的制冷系数就减低了 其次 冷却塔 使用一段时间后 应及时检修 否则冷却塔的效率会下降 不能充分地为冷却水降温 5 2 2 25 2 2 2 提高冷冻水温度提高冷冻水温度 由于冷冻水温度越高 冷机的制冷效率就越高 冷冻水供水温度提高 1 摄氏度 冷机的制冷系数可提高 3 所以在日常运行中不要盲目降低冷冻水温度 首先 不要 设置过低的冷机冷冻水设定温度 其次 一定要关闭停止运行的冷机的水阀 防止部 分冷冻水走旁通管路 否则 经过运行中的冷机的水量就会减少 导致冷冻水的温度 被冷机降到过低的水平 5 35 3 系统的选择系统的选择 首先 在空调系统设计之初选定空调方案 系统方式 时 即应将节能作为重要 依据之一 中央空调能耗一般包括三部分空调冷热源 空调机组及末端设备 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 是空调节能的主要内容 5 3 15 3 1 水或空气输送系统节能水或空气输送系统节能 9 9 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 夏季供冷期间占 12 24 因此水系统节能非常重要 目前 空调水系统 在设计上存在着一些问题 1 选择水泵是按设计值查找水泵样本铭牌参数确定 而 不是按水泵的特性曲线选定水泵型号 2 未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未采取有效措施 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 35 较差的只有 1 5 2 造成实际水流比设计水量大 1 5 倍以上 使水泵电耗增加 对此 可从如下方面考虑水系统节能 1 重视水系统设计 认真进行水系统各环路的计算 并采取相应措施保证各环 路水力平衡 2 认真校对和计算空调水系统相关系数 切实落实节能设计标准的要求值 积 极推广变频调速水泵 冬 夏两用双速水泵等节能措施 3 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 在水量一定情况 下 进水温度高 1 溴化锂冷水机组能耗高 6 5 3 25 3 2 采用冰蓄能系统采用冰蓄能系统 10 10 冰蓄冷技术是利用峰谷电价的差别将用电高峰时的空调负荷转移到电价较为便宜 的夜间 从而节约运行费用 对于传统的冰蓄能系统 主机所耗的总能量变化不大 因而可节约运行费用但不 节能 如采用再冷式冰蓄能系统则因采用了新型的冰剥离法 而减少了剥离能耗 即 可节约运行费用又可节能 采用冰蓄能系统时 具体地有下面几种方案可供选择 全部蓄能系统 当电价在峰 谷时段里有差别时 可将全部负荷转移到廉价 电费的时间里运行 这种方式常用于改建工程 它可利用原有的冷水机组 只需加设 蓄冷设备和有关的辅助装置 这种方式也适用于需要瞬时大量释冷的特殊建筑物 如 体育馆建筑物等 部分蓄能系统 冷水机组连续运行 它在夜间用来制冷蓄能 在白天利用蓄 存的制冷量为建筑物提供制冷 将运行时数从 1h 扩展到 24h 可以得到最低的平均负 荷 需电量费用大大地减少 而冷水机组的制冷能力也可减少 50 60 或者更多一些 在新建的建筑中 这是最实用的 投资有效的负荷管理方案 5 3 35 3 3 采用变风量系统 以减少空气输送系统的能耗采用变风量系统 以减少空气输送系统的能耗 11 11 变风量系统就是针对送风系统耗电缺点的节能对策 变风量系统可分为两种 一 种为 AHU 风管系统中的空调机变风量系统 AHU VAV 系统 一种为 FCU 系统中的室 内风机变风量系统 FCU VAV 系统 AHU VAV 系统是在全风管系统中将送风温度固 定 而以调节送风机送风量的方式来应付室内空调负荷的变动 FCU VAV 系统则是将 冷水供应量固定 而在室内 FCU 加装无段变功率控制器改变送风量 亦即改变 FCU 的热交换率来调节室内负荷变动 这两种方式通过风量的调整来减少送风机的耗电量 同时也可增加热源机器的运转效率而节约热源耗电 因此可在送风及热源两方面同时 获得节能效果 全空气空调系统设计的基本要求 是要确定向被空调房间输送的 经过一定处理 的空气数量 用以吸收室内的余热和余湿 从而维持室内所需要的温 湿度 当室内 余热值发生变化而又需要使室内温度保持不变时 可采用两种方法 1 定风量 将送 风量固定 而改变送风温度 2 变风量 将送风温度值固定 而改变进风量 考虑到现代化楼宇的空调要求 正从集中式控制向各个房间进行独立 个别控制 的方面发展 变风量空调 VAV 控制系统可以克服定风量系统的诸多缺点 它可以根 据各个房间温度要求的不同进行独立温度控制 通过改变送风量的办法 来满足不同 房间 或区域 对负荷变化的需要 同时 采用变风量系统可以使空调系统输送的风 量在建筑物中各个朝向的房间之间进行转移 解决一天中同一时间各朝向房间的负荷 并不都处于最大值的问题 从而减少系统的总设计风量 这样 空调设备的容量也可 以减小 既可节省设备费的投资 也进一步降低了系统的运行能耗 有资料显示 采 用变风量系统可节省能源达到 30 并可同时提高环境的舒适性 该系统最适合应用于 楼层空间大而且房间多的建筑 尤其是办公楼 更能发挥其操作简单 舒适 节能的 效果 因此 变风量系统在运行中是一种节能的空调系统 如果把送风温度设为常数 改变送风量 L 也可得到不同的 Q 值 以维持室温不变 变风量控制可采用根据室内 负荷的变化 自动调节送风量的送风装置 当室内负荷减少时 它可保持送风参数不 变 不需再热 通过自动减少风量来保持室内温度的稳定 这样 不仅可节约定风量 系统为提高送风温度所需的再热量 而且还由于处理的风量减少 可降低风机功率电 耗及制冷机的冷量 据多种资料介绍 变风量较之定风量方式一般情况下节能可达 30 50 5 3 45 3 4 利用能量回收系统节能利用能量回收系统节能 在室内外温差较大的情况下 可在系统中增设热回收系统 可得到较为明显的节 能效果 5 3 55 3 5 能耗指标和当地能源条件合理选择冷源能耗指标和当地能源条件合理选择冷源 在制冷机组的选用中 根据 提高电力在终端能源消耗中的比重 降低煤炭在一 次能源中的比重 有效利用石油和天然气资源 的国家能源政策 鼓励采用电制冷机 组 限制采用燃煤锅炉的产品 同时 可积极发展太阳能空调与燃气空调 直燃机 合理利用其他热源 太阳能空调 太阳能空调 建立在太阳能热水器应用的基础上的太阳能空调 可充分利用夏天 的太阳能 具有很好的经济性 利用太阳能供冷与供热 不仅可以节省电力和常规能 源 对环境保护尤其有重要意义 燃气空调 燃气空调 燃气空调具有削减夏季电力高峰 填补夏季燃气低谷的益处 1996 已 成为我国中央空调市场的主导产品 土壤热源的有效利用 土壤热源的有效利用 目前我国南方地区空调系统主要用空气源热泵作为冷热源 由于其 室外机 受环境空气季节性温度变化规律的制约 夏季供冷负荷越大时对应 的冷凝温度越高 从而主机能耗增大 与地面上环境空气相比 地下 5m 以下全年土壤 温度稳定且约等于年平均温度 可以分别在夏冬两季提供相对较低的冷凝温度和较高 的蒸发温度 所以从原理上讲 土壤是一种比环境空气更好的热泵系统的冷热源 土壤热源热泵的主要优点有 土壤热源热泵的主要优点有 节能效果明显 可比空气源热泵系统节能约 20 埋地换热器不需要除霜 减少了冬季除霜的能耗 由于土壤具有较好的蓄热性能 可 与太阳能联用改善冬季运行条件 埋地换热器在地下静态的吸放热 可减小空调系统 对地面空气的热污染及噪音污染 水源热泵系统 水源热泵系统 水源热泵系统空调系统是一种水冷的整体式供冷 供热机组 可进 行制冷 制热循环 因而是一种全年运行的空调设备 其制冷 热 性能受外界环境变 化的影响较小 换热效率也高于空气热泵 水源热泵系统空调系统是一种极具特色的 新新产品 具有不同于传统中央空调系统的诸多技术特点 是一个热回收和内部能量 平衡的系统 尤其在过渡季其节能的效果非常显著 由于其设计安装简单 控制管理 方便 总体造价较低 故目前常用于住宅小区 5 3 65 3 6 热电冷三联供 热电冷三联供 CCHP CCHP 系统系统 12 12 这是一项较适合我国国情的 利国利民的系统工程 但在我国尚处于研究和建设 的初步阶段 还有许多相关的政策的技术问题有待深入研究 5 45 4 动力节能动力节能 近年来随着我国建筑业的发展 中央空调系统的应用日益普及 由于中央空调系统 的耗能量很大 所以如何节约能源 提高效率就成为迫切需要解决的问题 下面是专家 根据实际经验 从中央空调系统动力耗能方面详细介绍几种常用的节能措施 5 4 15 4 1 采用大温差系统采用大温差系统 所谓空调 大温差设计 是针对国内常规设计而言的 是指空调冷却水和冷冻水温 差比常规的 5 要大 国外冷冻水温差常采用 6 一 10 冷却水温差采用 6 一 8 现 在 很多境外设计事务所在国内承接的工程和国内自行设计的工程都采用了空调大温差 技术 大温差设计由于节约了系统循环水量 相应减少了水泵扬程及耗电量 但同时也带 来了蒸发温度下降 冷凝温度升高 冷水机组效率下降等问题 空调水大温差技术是一项节能技术 该技术减少了空调循环水量 降低水系统的运 行费用 同时还可以减小水管管径 降低初投资 空调水大温差技术对制冷机组和空调机 组的能耗产生较大影响 同时会增加末端装置的初投资 空调水大温差技术有其适用范 围 在采用该技术时 一定要从系统初投资和运行费用两方面进行权衡 才能作出合理 的选择 5 4 25 4 2 选用低流速选用低流速 因为水泵和风机要求的功耗大致与管路系统中的流速成正比关系 因此 要取得 节能的运行效果 在设计和运行时不要采用高流速 此外 干管中采用低流速还有利 于系统的水力工况稳定性 例如 改变风机的转速可以改变风机的性能参数 风机的 功率与转速成三次方的关系 而流量与转速成一次方的关系 降低转速以降低流量的 同时可以大幅度降低能耗 当流量减少 1 3 时 能耗可减少约 70 4 当流量减少 1 2 时 能耗可减少约 87 5 且风机的效率基本不变 仍可稳定高效地工作 第六章第六章 设备选配节能设备选配节能 13 13 随着我国建筑业的迅猛发展 建筑能耗不断增加 建筑能耗已经占据社会总能 27 以上 有些地区已接近 40 且其总量呈逐年上升趋势 能源总消费量的比例已 从 20 世纪 70 年代末的 10 上升到近年的 27 78 其中 2 3 为暖通空调系统所消 耗 在我国 民用 公用及商用建筑的中央空调普遍存在着能耗高的问题 一般中央 空调的能耗约占整个建筑总能耗的 50 而商场和综合大楼更高达 60 以上 因此中 央空调的节能改造显得非常重要 有着非常好的经济效益和社会效益 中央空调主要由制冷机 冷却水循环系统 冷冻水循环系统 风机盘管系统和散 热水塔组成 制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交 换 将冷冻水制冷 冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中 由风机吹送冷 风达到降温的目的 经蒸发后的制冷剂在冷凝剂 中释放出热量