公共场所制冷系统的节能与环保.doc

中央空调系统的节能与环保内容摘要：本文主要介绍了公共场所中央空调系统耗能的主要因素以及节能减排的方案和实际运用。关键词：中央空调系统 节能u 中央空调的分类根据热量从低温物体向高温物体转移的不同方式，可分为：蒸气压缩式制冷、吸收式制冷；根据用途不同，可分为：舒适性空调、工艺性空调；根据使用地点不同，可分为家用、商用等。u 影响中央空调系统能量消耗的主要因素及衡量标准随着国民经济的发展、人民生活水平的提高，空调应用日益广泛、普及，空调用电占总用电总量的比例在不断上升，空调能耗已占总能耗20左右，因而空调节能意义巨大。中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。制冷系统为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性。空调节能等级又称能耗比，能效比是指空调器的制冷量与空调器输入功率的比值，反映空调器的节能水平。能效比越大，表明空调越节能。若两台空调耗电相同，则能效比更高的空调，能产生更多的冷（热）量。国家出台能效等级的目的是为了节约能源，发展节约型、环保型经济。节能等级共分五级，具体为：额定制冷量4500W：一级：EER3.4w/w；二级：EER3.2w/w三级：EER3.0w/w；四级：EER2.8w/w；五级：EER2.6w/w。 4500W7100W：一级：EER3.2w/w；二级：EER3.0w/w；三级：EER2.8w/w；四级：EER2.6w/w；五级：EER2.4w/w。u 中央空调系统的节能运行方案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。1. 采用冰蓄能系统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14 h扩展到24 h，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。通过杭州市几个工程如：建行杭州分行办公大楼、杭州市新景福百货大楼的实践表明该系统节能(经济指标)可在25 35 之间。2. 采用变风量系统，以减少空气输送系统的能耗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：定风量：将送风温度值固定，而改变送风温度；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凋要求，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u,t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。3.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。4. 根据国家能源政策、能耗指标和当地能源条件合理选择冷热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凋与燃气空调(直燃机)、合理利用其他热源。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已成为我国中央空凋市场的主导产品。土壤热源的有效利用：热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出可用的高品位热能设备，可以把消耗的电力变为3倍甚至3倍以上的热能，是一种高效供能技术。热泵技术在空调领域的应用可分为空气源热泵、水源热泵以及地源热泵三类。由于热泵是提取自然界中能量，效率高，没有任何污染物排放，是当今最清洁、经济的能源方式。在资源越来越匮乏的今天，作为人类利用低温热能的最先进方式，热泵技术已经在全世界范围内受到广泛关注和重视。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5rn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：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。5.热电冷三联供(CCHP)系统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。6.利用建筑构造实现节能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。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 一45 。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。提高门窗的气密性有资料表明，房间换气次数由0.8 h-1降到0.5 h-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。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。“冷屋顶”节能“冷屋顶”(cool roofs)指具有高El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 。u 中央空调系统的节能设计方案1.离心式冷水机组的选择在空调系统的设计中，主张选用高能效制冷机，但也反对盲目追求能效。实际采用方法应结合中国当前经济发展水平、采用系统法选用高效离心式制冷机的方法。工况差异对蒸气压缩式水冷冷水机组满负荷效率存在很大的影响。故在选用冷水机组时，必须重视工况不同对冷水机组性能产生的影响，考虑并满足中国气候和水质条件的要求，以保证机组长期高效运行。2.末端设备国产风机盘管从总体水平看与国外同类产品相比差不多，但与国外先进水平比较，主要差距是耗电量、盘管重量和噪声方面。因此设计中一定注意选用重量轻、单位风机功率供冷(热)量大的机组。空调机组应该选用机组风机风量、风压匹配合理，漏风量少，空气输送系数大的机组。3.冷冻水泵在一般公共和民用建筑中空调水系统的能耗约占空调总能耗的15 20 。因此，空调水系统的节能也具有十分重要的意义。水系统节能除了重视水系统设计，认真进行水系统各环路的设计计算，并采取相应措施保证各环路水力平衡外，采用变频调速水泵进行变流量运行，或采用冬、夏两用双速水泵是两种较为有效的节能措施。有资料表明，空调水系统采用变流量运行具有很大的节能潜力，变频器投资在12年内即可收回。冷却水泵变速驱动和风机起停控制是两种较为有效的节能运行方式。u 中央空调系统运行过程中的节能1. 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 l5 。2. 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小，从而影响初期投资。特别是对于大空间的体育场馆等蓄热量较大的建筑，如何做到既不影响正常使用，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。u 中央空调系统节能实例方案指标非电空调上海世博选用非电空调与选用电空调方案的对比电空调总制冷量 KW232600232600主机平均COP1.364.0(3.05.0)主机配电量 KW130058150(7753346520)输配系统配电 KW8100（一体化泵组）20000（传统输配方案）2010年上海世界博览会（Expo2010），于2010年5月1日至10月31日期间在中国上海市举行。上海世博会以“城市，让生活更美好”为主题，对节能减排，能源的充分利用提出了更高的要求，呼吁人们“低碳，环保”。世博园采用的非电空调与传统空调的区别在于制冷环节。传统空调是靠电力来制冷，加上电力的生产过程，空调制冷必须经过热能到机械能、由机械能到电能、再由电能到机械能，最后才到冷能，这其中5次能量转换，都会排出许多二氧化碳。而非电空调主要是通过天然气、发电废热等作为能量来源，用热能来制冷。这种空调除了用天然气做能源，冷却物质没有用传统的氟利昂，而是选用了溴化锂。溴化锂是一种从海水中提取的盐类物质，吸水性极强，当溴化锂溶液被加热后，释放出水蒸气，水蒸气被冷却成水，喷洒到制冷的铜管上，就实现了制冷。水带走热量以后变成水蒸气，被溴化锂吸收，稀释的溴化锂再一次被加热，再一次产生水蒸气。非电空调并非新技术，早在20世纪80年代末就已研发成功，它比用电空调节能50%。目前，这种非电中央空调已在70多个国家畅销，上海世博局最终选用非电中央空调作为本届世博会唯一指定空调。世博园采用远大非电中央空调，为200多个场馆提供制冷服务，稳定运行120多天，大约节约电能达1.8亿千瓦时，相当于10万户家庭一年用电量的总和,折合减排二氧化碳7.3万吨，真正实现了低碳世博的目标。u 中央空调的发展趋势随着社会的不断进步与科学技术的不断发展，现在人们越来越关心我们赖以生存的地球，世界上大多数国家也充分认识到了环境对我们人类发展的重要性。各国都在采取积极有效的措施改善环境，减少污染。这其中最为重要也是最为紧迫的问题就是能源问题，要从根本上解决能源问题，除了寻找新的能源，节能是关键的也是目前最直接有效的重要措施 ，在最近几年,通过努力，人们在节能技术的研究和产品开发上都取得了巨大的成果。1. VAV空调系统中变频技术和控制技术的结合 变频调速控制原理VAV空调系统也是在自动控制和变频技术大力发展的基础上产生的。风机功率与转速的三次方成正比关系，因此采用变频器控制其转速可实现节电目的。实际应用中是通过调节供电频率改变送风风机和回风风机转速，从而调整送风量，改变风机功率。变频后的风机转速可在很大范围内变化，实现无级变速，风机运行根据不同时刻所需不同风量而适时改变其转速，最大限度工作在所需功率上；同时可降低空调机组噪声，变频器的软启动和平稳调速减少了对电网的冲击。变频技术和控制技术的结合是VAV空调系统运行稳定的关键，变频技术的不断发展成熟以及控制技术的进步解决了空调控制领域的大部分问题。节能送风控制系统控制算法设计模糊控制是模拟人脑思维决策方式进行控制，依赖专家控制经验，总结模糊控制算法中的模糊控制规则。以制冷为例，如果风机出口温度高于设定温度，且温度还在不断升高时，根据专家经验，就应多增加风量，也就是要提高电源频率的控制信号，变频器根据该信号提高风机内电动机转速，增加风量，使风机出口温度不断接近设定温度值。而当出口温度低于设定值，且还在持续下降时，就要多降低风机转速。这里的“多增加”“多降低”就是模糊概念。以风机出口温度与设定温度之间的偏差和偏差变化量作为输入量，输出控制量为电源频率F，从而控制风机转速，改变风量，稳定风机出口温度。模糊控制近年在空调领域得到越来越多的应用，模糊控制鲁棒性好，且无需知道被控制对象的数学模型。但模糊控制从本质上讲是PD控制，不具有积分环节控制，因此单独使用模糊控制不可避免地要产生稳态误差。目前应用成功的数字PID控制具有简单、稳定性好、可靠性高的优点。但对于空调这样的非线性、时变系统，显然得不到很好的控制效果。因此，将两者结合使用可发挥各自优点，当系统处于过渡阶段时采用模糊控制；进入稳态过程，如有稳态误差就切换到数字PID控制，消除稳态误差后再切换到模糊控制。2.软件设计 中央空调一般采用直接数字控制(Direct Digital Control，DDC)技术，通过检测输入设备采集各种信号送入微机，按照事先一定程序进行运算处理，然后得到输出信号，进行处理后控