暖通空调系统的节能ppt课件

南京工业大学 暖通空调系统节能暖通空调研究所张广丽 内容 1 建筑节能概述2 暖通空调系统节能基础3 暖通空调系统节能技术4 管理与行为节能 1 建筑节能概述 1 1建筑的概念建筑 用特定围护结构从自然环境中分隔出来的功能空间整体建筑功能分类 建筑 民用建筑 工业建筑 公共建筑 居住建筑 目前所讲的 建筑节能 主要针对民用建筑工业建筑的节能潜力也非常大 1 2建筑与建筑设备的关系 建筑设备包括暖通空调 建筑电气 强弱电 建筑给排水等专业建筑是建筑设备依附的主体 建筑设计是建筑设备节能的重要基础建筑设备是实现建筑功能的主要手段建筑与设备专业密切结合才能真正实现建筑的功能和节能 6 1 3建筑的能耗 建筑能耗的组成 建筑材料的生产和运输能耗建造过程能耗运行过程能耗 建筑能耗的主要部分 废弃拆卸处理能耗 用 全生命周期 评价建筑能耗目前所讲的建筑节能主要针对 运行 能耗 维持室内环境能耗 包括建筑设备能耗 照明能耗等 因此才有所谓 零能耗 负能耗 建筑 2020 2 27 节能作为虚拟资源 2 建筑设计 体型系数 建筑物接触室外大气的外表面积与其所包围的体积之比值 体形系数越小 维持室内环境的能耗越低 窗墙比 建筑物外表面积中窗所占的面积比 窗是外围护结构中的薄弱点 自然通风 不消耗动力的通风 需要建筑设计密切配合 自然光照明 不消耗能源的室内照明 采光和遮阳存在矛盾 绿化 改善外墙与屋顶热工性能 维护 3 建筑设备民用 给排水 电气 暖通空调等工业 还要增加工艺 动力 原材料及成品建筑设备的运行能耗构成建筑 运行 能耗的主要内容 在民用建筑中需要建筑专业密切配合 在工业建筑中还需要工艺专业密切配合 3 建筑材料及构件 材料 绿色 可持续建材 热工性能 传热系数 热惰性 墙体保温 外墙 外保温 内保温 内墙 邻室传热 窗 玻璃的热工性能 层数 气密性 双层幕墙 遮阳 内 外遮阳 2 暖通空调系统节能基础2 1暖通空调系统概述暖通空调包括供热 通风与空气调节2 1 1空气调节系统1 空气调节的概念 定义 用人工方法对受控区域内空气的温度 湿度 速度及清洁度 俗称 四度 进行调节 以满足人员和工艺的要求 必须具备对空气冷却和减湿的能力 此特征将空气调节与制冷紧密联系起来 降低空调负荷是空调节能的关键之一从负荷的构成分析节能的途径 3 空调负荷的构成 外部热源 通过建筑围护结构的传热负荷 墙 顶 地 门 窗等 内部热源 人员 照明 设备等新风 设计新风及自然通风换气 围护结构传热 隔热 把热量挡在室外 传热的途径 夏季热源 1太阳辐射 2室外高温空气 3室内散热 设备 人体 夏季问题 1如何减少进入室内的热量 2已进入的热量如何排除 围护结构各部分的传热比例 围护结构各部分所产生的采暖空调负荷的比例 以50 节能标准的居住建筑为例 夏热冬冷地区 夏季 冬季典型日的负荷分布 案例建筑 Room1 2夏季负荷比例 Room1冬季负荷比例 夏季策略 外窗 太阳能辐射 遮阳温差传热 提高热阻 外墙 提高热阻 一定的蓄热能力 开窗通风 带走室内热量 改善室内空气品质 时段选择 19 墙体节能 2012 10 绿色建筑评价标准 20 改善屋顶热工性能 21 屋面绿化效果 对环境的影响 外窗遮阳与保温 23 西窗百叶遮阳 百叶水平遮阳 遮阳 冬季传热的途径 冷风下雪 失热 室外低温空气 得热 太阳辐射 室内设备 人体 冬季问题 1如何减少室内热量的外泄 保温2如何增加室内热量 冬季策略 外墙 提高热阻 抵抗热量流失外窗 提高热阻 面积大小 接受太阳辐射 增加热损失提高气密性 南向边庭室内卷帘遮阳 严寒 寒冷 夏热冬冷 夏热冬暖和温和5个不同的建筑气候区 除温和地区外 建设部已经颁布实施了分别针对各个建筑气候区居住建筑的节能设计标准 建设部所颁布的居住建筑节能设计标准的节能率为50 负荷与能耗 两个不同的概念 负荷的单位是W或者kW 它反映了建筑物的用能需求 负荷的大小 取决于当地气候条件和围护结构的热工性能 能耗的单位是kWh 一定负荷的建筑 用能设备的使用时间越长 能耗量就越大 负荷是基础 围护结构的隔热保温只是创造了节能的必要条件 而只有通过设备和系统才有实质性节能 才是节能的充分条件 即使是能效最高的设备 使用时间越长 能耗越大 夏季总能耗比例外窗 68 通风 22 外墙 10 冬季总能耗比例外窗 28 冷风 46 外墙 26 室内自由温度测试案例 50 节能房西堤 左卧室窗户不遮阳 左卧室窗户有遮阳 特点 夏季 太阳辐射是室内温度过热的主要因素 房间无太阳辐射时 室内基础温度接近于室外空气平均温度 墙体内表面温度对室内热舒适影响大 冬季 太阳辐射是室内补热的重要热源 室内外最大温差在20 25 以内 夏热冬冷地区住宅围护结构技术路线 坚持被动式技术优先的原则通过围护结构等改善室内环境 尽量压缩采暖空调的启用时间 围护结构节能技术路线重点控制窗户的太阳辐射 增加窗户的传热阻基本维持外墙的现有热工水平加强内墙和楼板保温适度放宽体形系数良好的自然通风与采光保持1次换气次数 2 空气调节系统的构成与分类 1 空气调节系统的构成 冷热源 主机 空气热湿处理设备 末端 流体动力设备 风机 水泵等 管路 风管 水管 蒸汽管 冷媒管等 调节控制部件 传感器 阀门等 2020 2 27 b 按负担室内负荷的工作介质 全空气系统 全水系统 空气 水系统 冷剂系统 空气 冷剂系统 空调箱 空调房间 新风空调箱 空调房间 风机盘管 空调房间 室外机 冷热源 冷热水 制冷剂 室内机新风空调箱 c 按送风空气来源 直流式 全新风 无交叉污染 能耗高 循环式 封闭式 能耗低 空气质量差 混合式兼顾空气质量与能耗d 按服务对象 工艺性以工艺过程与产品的质量为目的 兼顾人员 舒适性以室内人员的健康 舒适为目的 2 1 2制冷系统1 制冷及制冷系统概念制冷 运用人工方法将受控区域内的热量转移到区域外部 实现热量由低温向高温处的传递需要外界作功利用制冷剂的相变来吸收 蒸发过程 和释放 冷凝过程 热量 实现冷量的定向迁移在向受控区域内 供冷 时 必须向区域外放热 而且放热量大于 制冷量 制冷系统的构成及制冷剂的循环 从制冷循环分析节能的途径 制冷系统性能系数 各种表示方式性能系数COP CoefficientofPerformance 能效比EER EnergyEfficiencyRatio 季节能效比SEER综合部分负荷性能系数IPLV IntegratedPartLoadValue IPLV A COP100 B COP75 C COP50 D COP25 工程应用关注系统总产出 系统总能耗 即系统能效比 2 热泵的概念 热泵是可以通过转换冷凝器与蒸发器的功能来实现供热的制冷装置通过消耗少量能量获得较多的热量 所以得到广泛的应用 有很好的发展前途根据热源形式可分为空气源热泵地源热泵 包括土壤源 地埋管 地下水 地表水 海 湖 江 河 污水等 空气源热泵空调器工作原理 2012 10 绿色建筑评价标准 42 空气冷却或加热 压缩机 室内热量排出到室外 夏季 提取室外热量 冬季 室外机 室内机 冷媒带走室内热量 夏季 或对室内加热 冬季 冷热源 末端 热泵系统举例 传统的大型空调系统 2 1 3供热系统1 供热的概念 定义 生产 输配和应用中 低品位热能以满足生产和生活的需要 分类 工质 蒸汽 水 制冷剂系统 区域 集中 分散 2 热源的形式 一次能源化石能源 煤 油 气 核 等可再生能源 生物质 太阳能 地热等二次能源 电加热 各类热泵 余热与废热利用能源利用的原则 能源梯级利用 不使用高品位能源生产低品位热能 2020 2 27 2 1 4流体输送系统1 输送工质分类空气系统 水系统制冷剂系统2 输送系统能耗的构成冷热源能耗 主机 末端能耗 空调箱 风机盘管 各类风口 管路能耗 包括各类调节控制部件如阀门 开式系统提升能耗 进出口压差或位差 需要设计人员计算系统阻力 3 流体动力机械 1 类别泵 输送液体风机 输送气体 有不同的工作原理及容量 2 主要性能指标 流量全压 扬程 压头 转速 效率 功率 输入功率计算式 泵与风机的性能曲线例图 某转速时 2 2暖通空调系统与节能的关系 在大型公共建筑中 暖通空调能耗占建筑运行能耗的主要部分 住宅建筑的暖通空调能耗受居民的生活方式及经济条件影响很大 但总体处于较低水平 在工业建筑中 暖通空调能耗虽然不一定占总能耗的主要比例 但能耗量可超民用建筑 经济发达地区夏季用电负荷的高峰主要是由空调用电造成的 许多暖通空调系统有节能改造的潜力 2 3暖通空调系统节能的理念节能的前提是保障必要的建筑环境质量 节能是提高能源利用效率 不是简单降低能耗总量暖通空调节能是一项跨专业 系统性工程跨专业 与规划 建筑 设备 材料 控制 管理等专业密切相关系统性 涉及设计 施工 调试 运行管理 维护保养全过程节能与环保 可持续 绿色 低碳等理念本质上是一致的 提高能源利用效率 合理利用资源 减少对生态环境的不利影响 3 暖通空调系统节能技术3 1总体要求1 合理准确地计算暖通空调负荷要求逐时计算负荷 不能按指标估算 负荷估算偏大是大多数工程的通病 导致系统 设备都选型偏大 造价和运行费用偏高 系统效率偏低根据功能 使用时间用 同时使用系数 修正 规模越大 功能越多 系数越小 2 合理选择与组合能源种类 电 油 天然气等 及冷热源设备 优选当地可用能源 使用不同能源的冷热源设备效率不同 不同能源的价格及稳定性不同 不同能源的配套费用或奖励政策不同 大型工程采用复合能源的比较多 3 合理选用与组合暖通空调系统形式 根据使用功能采用合理的系统形式 根据使用功能和时间合理划分系统 系统规模适度 根据负荷分布特性选相应设备4 关注系统可调节性及部分负荷性能 系统全负荷运行的时间比例是很低的 主机 末端及输送设备的 出力 均应可调节 5 选用高效 节能 可靠 环保的设备与材料 增加的初投资可以通过降低运行维护费用而回收6 加强对设计 施工过程的质量管理 认真实施竣工调试验收 竣工文档交付与管理 目前许多工程存在的主要问题7 专业性运行管理与维护 薄弱环节 3 2暖通空调系统节能技术简介1 热泵系统热泵 消耗少量高品位能源从自然界低温热源 或余热 中取得热量用于供热优点 比直接用一次能源或高品位能源生产热量有更高的能效比 输出热量 输入能耗 形式 根据热源形式分空气源 地源 土壤源 水源 地下水 地表水 海水 污水 循环水 能源塔等 空气源热泵空调器工作原理 2012 10 绿色建筑评价标准 57 空气冷却或加热 压缩机 室内热量排出到室外 夏季 提取室外热量 冬季 室外机 室内机 冷媒带走室内热量 夏季 或对室内加热 冬季 冷热源 末端 热泵系统举例 传统的大型空调系统 大地是极好的冷热源 10 15米深的土壤 水 温度相当于该地区全年的平均气温 南方地区一般低于25 地下1 10米的土壤温度在随着深度的增加受气温变化影响递减 大地热容量极大 非常适合热泵使用 地源热泵能效比较高 2012 10 绿色建筑评价标准 59 水源热泵 2012 10 绿色建筑评价标准 60 地下水源热泵 利用抽水井群将地下水抽出 通过二次换热或直接送至热泵机组 经提取热量或释放热量后 由回灌井灌回地下 地表水源热泵 通过直接抽取或者间接换热的方式 利用江水 河水 湖水 水库水以及海水等 热 2012 10 绿色建筑评价标准 61 土壤源热泵示意图 夏季 2012 10 绿色建筑评价标准 62 土壤源热泵示意图 冬季 问题 空气源热泵的效果受室外环境空气参数影响大 应用区域有限制 注意可以运行与有效运行的区别 水地源热泵问题更为复杂 不仅同样存在 源 参数变化的问题 还与设计 施工及运行管理密切相关 2 蓄能技术蓄能 利用低谷电制冷 或热 并蓄存以供用电高峰时使用优点 提高电厂的发电效率和安全性 减小用户冷热源主机与配电容量 降低能源费用 工质大温差降低管路造价和输送能耗 有一定备用能力等 形式 冰蓄冷 水蓄冷 热 相变材料蓄冷 热 结构蓄冷 热 问题 对于用户而言 采用蓄能技术并不一定节能冰蓄冷的节能潜力 可采用大温差输送系统降低输送能耗 不利因素 蓄冰系统主机的制冷量及能效系数都会降低 蓄能与释能过程产生附加能耗 系统复杂增加能耗水蓄冷的节能性比冰蓄冷好 但要求蓄能空间大运行费用能否节省及投资回收期的长短取决于负荷特性 蓄能比例 系统类型 规模大小 当地的分时电价及政策等 3 热回收技术 热回收 回收并利用排放到系统或建筑环境外的废弃能量 包括热量或冷量 优点 降低暖通空调系统能耗 形式 制冷主机的冷凝热回收系统内冷热量回收 水环热泵 热回收型多联机 新风与排风热交换 全热 显热 其他工艺与设备的废热利用 问题 实际节能效果的评价增加系统的复杂性和能耗热回收装置的实际回收效率 价格与寿命非回收期的旁通措施 4 免费供冷 热免费 Free 不启动人工冷热源设备而利用自然冷热源 非真正免费 优点 降低暖通空调系统能耗 形式 过度季节增加新风量冬季利用新风供冷利用冷却塔供冷自然通风夜间通风冷却利用自然能源的蓄冷 热直接与间接蒸发冷却等 过渡季开启门窗使用拔风烟囱引入室外新风良好的自然通风效果 拔风烟囱 自然通风技术 5 大空间内的区域调节 分层空调仅对工作区 一般为离地高度2米以内 实行空调工位空调仅对人员活动区实行空调优点 降低负荷 提高效果 6 可再生能源利用 可再生能源 自然界可再生的非化石能源 包括风能 太阳能 水能 生物质能 地热能 海洋能等优点 可降低系统运行费用 减少CO2排放 形式 风力 水力 太阳能 生物质发电太阳能 地热供热等问题 能源强度低 稳定性差 初投资高 回收期长 与建筑配合要求高 可能的负面效应等 3 3关于节能技术的应用 1 不能一味最求所谓的 新 技术 更重要的 是对现有技术的运用和提高 2 任何技术都有优缺点 对于具体工程而言应科学 实事求是地考虑具体技术的适用与合理性 不追求形式与包装 3 要精心设计 施工 调试和运行管理 社 会各界要给予工程技术人员充分的理解 4 要重视设备 部件节能与系统节能的关系 更加关注系统节能 5 要认真探索 及时发现问题 总结经验 提高技术应用水平和效果6 要尊重科学 尊重事实 识别和抵制 伪科学 伪节能 技术7 节能改造一定要首先进行系统诊断 2020 2 27 3 4关于节能效果的评价节能建筑 建筑通过合理的节能建筑设计 采取增强建筑围护结构隔热 保温性能和提高空调 采暖设备能效比 和照明 的节能措施 在保证相同的室内热环境的前提下 与未采取节能措施前相比 建筑全年空调采暖 和照明 总能耗减少50 或50 以上 这样的建筑称为节能建筑 绿色建筑首先是节能的建筑 但绿色建筑要求范围更广 1 节能率 的含义 对于新建建筑所谓的节能率是对于 20世纪80年代 的 基准建筑 而言的 是一个假想的预期节能率 事实上是增加社会总能耗的 零能耗 负能耗 建筑至少目前还不可能推广 对于既有建筑通过合理改造 可能降低能耗 但也可能增加能耗 提高了室内