建筑节能原理与技术(4)—冷热源ppt课件

.,建筑节能原理与技术（4）安徽工业大学建筑工程学院建筑环境与能源应用工程系张治,.,3.1建筑冷、热源的选择,建筑冷热源主要指供暖、空调和生活热水用冷源和热源。空调一直是建筑能耗中的大户，约占建筑能耗的50%-60%，约占总能耗的15%-25%。空调能耗中冷热源设备能耗约占空调能耗的50%-60%。可见，空调冷、热源的能源形式、利用方式和冷、热源设备的运行调节对建筑能耗有着举足轻重的影响。,第三章建筑冷、热源系统节能技术,.,3.1.1冷、热源系统选择的原则,建筑冷、热源系统的选择需遵循能源的终端用户利益与社会和国家利益之间的协调统一；能源形式的选择和能源利用方式（即设备类型）的选择要遵循合理利用能源资源的原则、减少对环境影响的原则和技术经济合理可行的原则。,冷、热源选择中必须综合考虑和运用诸多方面的技术知识国家的能源资源状况,国家的能源政策、法规和能源建设方针；相关设计标准、规范;提高能源利用率、节约能源的技术措施；各种冷、热源形式，各种能源转换设备的种类、工作原理、性能特点及其适用场合；,.,冷、热源设计方案比较中采用的评价准则和指标；能源利用及冷热源设备的运行与环境的关系、保护环境的设计措施；冷、热源系统设计和冷、热源设备开发的新思路、新成果等。,3.1.2建筑冷热源形式随着科学技术的进步和人们节能意识的增强，新的空调系统冷、热源能源形式和设备层出不穷，如燃油（气）锅炉、蒸汽压缩式冷水机组、溴化锂吸收式冷水机组、空气源热泵、水源热泵等等。电动冷水机组供冷、燃油锅炉供热，供应能源为电和轻油；电动冷水机组供冷和电热锅炉供热，供应能源为电；风冷热泵冷热水机组供冷、供热，供应能源为电；,.,蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组供冷、热网蒸汽供热，供应能源为热网蒸汽、少量的电；,直燃型溴化锂吸收式冷热水机组供冷供热，供应能源为轻油或燃气、少量的电；水环热泵系统供冷供热，辅助热源为燃油、燃气锅炉等，供应能源为电、轻油或燃气。,冷热源系统的选择需遵循能源终端用户利益与社会和国家利益之间的协调统一，体现节能与环保的原则，以及技术经济可行的原则。,.,3.1.3各种冷、热源系统的能效评价,人们已经普遍意识到能量的评价和分析不但要注意量的多少，还要注意到质的差别。为此在原有的空调系统能源利用评价方法上又进一步提出了火用效率评价方法和一次能源利用效率的评价方法。而明确不同形式能量之间的差别和折算关系，确定正确的空调系统能源利用效率评价方法，对于指导合理用能，避免走入理论误区，实现真正意义上的节能是非常重要的。,.,1.性能系数：反映冷热源系统产出与投入之间的比例关系，常见的如：COP、IPLV（综合部分负荷性能系数）、SEER（季节能效比）。缺陷：只能用来对消耗相同形式能量的设备进行性能评价，不能反映能量利用过程中系统内部损失和能量品质的差别。2.一次能源利用效率（PER）：为了对消耗不同形式能量的能量利用过程进行评价，并且反映能量利用的全过程，人们提出了将不同形式的能量折合成消耗的一次能量进行比较，这就是一次能源效率（PER）。,.,机组一次能源效率：,(1)电动压缩式制冷剂或热泵式中，Q0制冷机的制冷量或热泵的制热量，KW；W制冷机或热泵的耗功量，KW；f电厂的发电效率；w电网的输送效率；y压缩机的电机效率，一般取0.9。,.,(2)蒸汽溴化锂吸收式制冷机式中，Q0蒸汽溴化锂吸收式制冷机的制冷量，KW；Qg蒸汽溴化锂吸收式制冷机所消耗的热量，KW；g锅炉效率，一般取0.60.75；sg室内外输送管道的热效率，一般取0.930.94；gd锅炉房内管道的热效率，一般取0.90.95；Wrb蒸汽溴化锂吸收式制冷机的容液泵、冷剂泵、真空泵等耗电量，KW；,.,系统一次能源效率：机组加上风机和水泵的能耗，如水冷电动压缩式冷水机组冷源系统，如下：式中，Wlb冷却泵的耗电量，KW；Wlf冷却塔风机的耗电量，KW。,.,.,.,一次能源效率实际分析：从一次能源利用效率看，电制冷要优于热制冷，且其中电制冷中，离心式冷水机组最节能。因此，只有夏季有余热资源时，热制冷才有优越性；从供热工况看，只要风冷热泵机组的制热性能系数大于3，则其一次能源能效比就优于热效率为90%的燃气/燃油锅炉。,3.火用效率基于热力学第二定律的火用效率指标是将不同形式的能量折合成功量火用值后所建立的评价指标。火用效率是既能反映能量的数量又能反映能量的质量的唯一的评价指标。,.,锅炉与直燃机火用效率：式中，Q机组提供的热量，KW；TH供热热媒温度，K；T0环境温度，K；EXf输入燃料的值，KW。,.,蒸汽压缩式制冷的火用效率：式中，Te机组提供的冷水温度，K。总结：火用效率将不同形式的能量折合成相同形式能量进行比较，可以反映不同形式能量的差别和用能过程的内部损失，用火用效率来反映冷水机组的性能好坏比性能系数更客观，更公正。,.,以上是从能源利用角度来评价空调系统用能过程的性能好坏，但是“节能不一定省钱”，为了反映用能过程的经济性，随之又产生了“热经济学”分析评价方法。总之，由于影响空调系统的经济性的因素很多，在实际工程中一定要结合工程所在地能源供应的具体情况，进行综合的技术经济分析，确定合理的空调系统冷热源能源形式和方案。,.,当前建筑能源形式选择存在的问题：1.与当地实际情况相脱节，盲目追求最新技术和新产品。2.片面追求投资最低的方案，可能带来运行能耗高，环境行为恶化的后果；3.采用先进昂贵的设备，而忽视人为节能管理，造成建筑能耗依然会很大；4.较少考虑总能消耗系统与各专业设备内部的优化合理组合；5.在进行经济比较时，盲目引用产品样本数据或没有权威性的数据，往往发生谬误。,3.1.4冷热源设计选型存在的问题原则：我国分5个不同气候区，不同气候地区应选择不同且适合本地区的冷热源系统方案，即合适的地方要采用合适的能量。,.,3.2吸收式制冷技术3.2.1工作原理属于液体气化制冷方法：气化吸热达到对外制冷的目的；制冷剂在吸收剂中不同温度下具有不同溶解度；工作过程：,.,3.2.2工质对,工质对（二元溶液）：两种可以相互吸收的液体形成的溶液。吸收式制冷常用工质对：溴化锂水溶液；氨水溶液工质对的要求：两种液体互溶性好，且具有不同的沸点低沸点液体：制冷剂水、氨高沸点液体：吸收剂溴化锂、水,.,3.2.3吸收式与压缩式的比较,3.2.4经济技术分析,优点：1.工质环保；2.以热能为动力，节电效果明显；3.可以利用余热废热。缺点：1.价格无优势；2.耗能大，机组笨重；3.利用热能促进全球变暖。,.,3.2.5溴化锂吸收式制冷机工作原理,单效溴化锂吸收式制冷机,.,双效溴化锂吸收式制冷机,.,工作蒸汽型溴化锂吸收式制冷机,.,24,直燃型溴化锂吸收式制冷机(制冷过程）,.,25,直燃型溴化锂吸收式制冷机(供暖过程）,.,溴化锂吸收式制冷机外形：,.,直燃双效溴化锂吸收式制冷机远大,.,.,29,3.2.6吸收式制冷机的热力系数,吸收式制冷机的最大热力系数,.,30,由热力学第二定律可知，系统引起外界总熵的变化应大于或等于零：,忽略泵的功率，则吸收式制冷机的热力系数：,.,31,热力系数与最大热力系数之比称为热力完善度。,吸收式制冷机的最大热力系数,.,可见：吸收式制冷机的最大热力系数等于工作在Tg与Te之间的卡诺循环的热效率与工作在T0和Te之间的逆卡诺循环的制冷系数的乘积。最大热力系数随热源温度的升高、环境温度的降低以及被冷却介质温度的升高而增大。,因此，可逆吸收式制冷循环可看成卡诺循环与逆卡诺循环构成的联合循环，如右图所示。故吸收式制冷与由热机驱动的压缩式制冷机相比，只要外界的温度条件相同，二者的理想的最大热力系数是相同的。,可逆吸收式制冷循环,压缩式制冷机的制冷系数应乘以驱动压缩机的动力装置的热效率后，才能与吸收式制冷机的热力系数相比。,.,3.3冰蓄冷空调技术冰蓄冷技术原理：,在夜间用电低谷期，采用电制冷机制冷，将冷量以冰的形式储存起来，而在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰期，将冰融化释放冷量，用以部分或全部满足建筑物空调负荷的需要。,3.3.1冰蓄冷技术发展历史背景3060年代，减少冷机容量，降低初投资，主要用于影剧院、教堂、乳品加工厂等短时间降温、周期性使用的场所。随着制冷机制作成本的降低，逐渐失去吸引力。7080年代，随着世界范围内的能源危机加剧，促使冰蓄冷技术迅速发展。主要在一些只在用电高峰时段使用空调的建筑物，如办公楼、大型商场内推广使用。,.,8090年代，除了转移尖峰用电时段的空调负荷目标外，又增加了利用冰蓄冷的“高品位冷能”，以提高空调制冷系统整体能效和降低制冷系统整体投资及建筑造价、改善室内空气品质和热舒适性的目标。,冰蓄冷技术适应条件：在执行峰谷电价且峰谷电价差较大的地区，具有下列条件之一，经经济技术比较合理时，宜采用蓄冷空调系统：建筑物的冷负荷具有显著的不均衡性，低谷电期间有条件利用闲置设备进行制冷时；逐时负荷的峰谷差悬殊，使用常规空调系统会导致装机容量过大，且经常处于部分负荷下运行时；,.,空调负荷高峰与电网高峰时段重合，且在电网低谷时段空调负荷较小；有避峰限电要求或必须设置应急冷源的场所；采用大温差低温供水或低温送风的空调工程；采用区域集中供冷的空调工程。在新建或改建项目中，需具有放置蓄冰装置的空间。冰蓄冷技术特点：平衡电网峰谷荷，减缓电厂和输配电设施的建设和投资。空调用户制冷主机容量减少，空调系统电力增容费和供配电设施费减少。利用电网峰谷电力差价，降低空调运行费用。,.,冷冻水温度可降到14，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。空气相对湿度较低，空调品质提高。具有应急冷源，空调使用可靠性提高。冷量对全年负荷的适应性好，能量利用率高。通常在不计电力增容费的前提下，一次性投资较大。蓄冷时由于制冷主机的蒸发温度较低，效率有所下降。尽管由于制冷设备的减少可以减少空调机房面积，但要增加放置蓄冰设备的地方。,.,蓄冰方式,动态蓄冰,静态蓄冰,冰晶式,冰片滑落式,冰盘管式,封装冰,内融冰,外融冰,冰球,冰板,3.3.2冰蓄冷系统分类,.,静态蓄冰,静态蓄冰是由常规空调系统发展而来的，主要原因是人们不想作太多的变化而借用原来习惯的空调主机来做为蓄冰主机。但这样做的结果给蓄冰和融冰释冷带来很多弊端。静态蓄冰时冰的导热系数很小，冰层冻结的越厚，冰层的热阻越大，制冷机的蒸发温度越低，性能系数也越低。同时融冰时为非接触式换热，融冰释冷速度初期快，中后期慢。,蓄冰装置和储冰装置为一体，蓄冰过程中冰一直附着在蓄冰装置内，蓄冰过程一次冻结完成，故称为静态蓄冰。,.,冰盘管式1、将冰直接结在蒸发器的盘管上，蒸发器盘管伸入蓄冰槽内构成结冰时的主干管，融冰时则将空调回水直接冲蚀槽内的冰而释放出冷量，因此为外融冰方式。,.,2、将冰盘管改为PVC塑胶管伸入蓄冰槽内，管内充以低温盐水(二次冷剂)使蓄冰桶内的水结冰，融冰释冷时，让空调回水(盐水)通过冰管内部，使最接近管壁的冰层先行融化释冷，此为内融冰方式。,圆形盘管：盘管为聚乙烯材料，盘管组装在架构上，整体放置在蓄冰槽内。蓄冰桶采用外径为16mm（也有13mm）的聚乙烯管绕成螺旋形盘管热交换器。盘管冰层厚度为12mm，盘管换热表面积12ft2/RTH(0.317m2/KWH)。,.,U形盘管：,蓄冰槽由外径为6.35mm的耐高低温石腊脂塑料管制成平行流换热盘管垂直放入保温槽内构成，平均冰层厚度为10mm，盘管换热表面积为13ft2/RTH(0.345m2/KWH)。盘管管径小，易堵塞。载冷剂必须经过过滤，或者过滤器没有很好的清洗，管道就会堵塞。,.,冰盘管式,.,冰球式将水注入外径76.2mm的硬质塑胶球或外径101.6mm的软质塑胶球内，并预留一个凹陷的膨胀空间，由球内的水结冰蓄冷和化冰释冷，冰球式系统的工作原理类似内融冰方式，即将球塞在蓄冰槽内，以低温盐水(乙烯乙二醇)作为二次冷剂通入蓄冰槽与球内的冰或水进行热交换。,.,圆形冰球,冰球表面存在多处凹涡，当结冰体积膨胀时凹处外凸成平滑园球型，使用时自然堆垒方式安装于一园桶型密闭式压力钢桶槽内，以避免结冰后体积膨胀，比重降低而漂浮，以防止二次冷媒形成短路。因冰球表面有凹涡，在蓄冰膨胀时，应力在凹涡处比较集中，可靠性和稳定性不高。,.,蕊心冰球：,蕊心褶囊由高弹性高强度聚乙烯制成，褶皱利于冻结和融冰时内部水体积变化而产生的膨胀和收缩，同时两侧设有中空金属蕊心。一方面增强热交换，另一方面起配重作用，在槽体内结冰后不会浮起。但金属和塑料的导热系数，膨胀系数不同，金属蕊心易脱落，可靠性和稳定性较差。有不少工程因此失败。,.,冰板,将蓄冷介质封装在板型容器中，常见蓄冷介质有水或其他相变材料。,静态蓄冰有两大最突出的缺点：1.制冰效率低2.融冰释冷速度不稳给用户造成的麻烦：初投资增加、运行费用和维护费用居高不下,.,动态蓄冰,动态蓄冰克服了静态蓄冰形式存在的两大弊端。动态蓄冰控制冰层冻结的厚度，将冰层的热阻控制在一定范围内，提高了制冷机的蒸发温度，也相应地提高了机组的性能系数。同时融冰时为接触式换热，融冰释冷可达很高的速度，更便于控制使用。,制冰装置和蓄冰装置分离，制冰过程中冰冻结到设定的厚度时通过不同的方法使冰与制冰装置分离，输送到蓄冰装置中。蓄冰过程由多次冻结完成，故称为动态蓄冰。,.,冰片滑落式是一种动态制冷，空调回水自上方以一薄水膜的方式喷洒而下，遇到冰冷的裸板状冷媒蒸发器开始结成薄冰层，经由制冷四通阀的切换，此时蒸发器变成冷凝器，由压缩机送来的高温制冷剂进入其中，使冰融化，36mm的薄片冰由于自身重力向下滑落至下方蓄冰槽内，原理如一般常用的除霜原理。,蓄冰槽的蓄冰率为40-50%。不适合于大、中型系统。因为“结冰”，“取冰”反复进行，四通换向阀连续工作，因为加工工艺等原因，导致设备的可靠性、稳定性不高，使用寿命不长。,.,冰晶或冰泥式盐水泵从蓄冰槽底部将6%浓度的盐水洒到蒸发器，当盐水被冷却到凝固点温度以下时，即产生冰晶于管壁，搅拌机将冰晶刮下与盐水混合成冰泥送至蓄冰槽，释冷时盐水从蓄冰槽被送至热交换器，升温至1012再送至蒸发器降至5再送回蓄冰槽。,.,冰片滑落式、冰晶式,.,动态蓄冰有两大突出的优点：1.制冰效率高2.融冰释冷速度控制便利给用户带来了极大的利益：初投资降低、运行费用和维护费用减少。,蓄冰空调与普通空调相比所具有的优势,常规空调系统,.,1.节省电费。2.节省电力设备费用与用电困扰。3.蓄冷空调效率高。4.节省冷水设备费用。5.节省空调箱倒设备费用。6.除湿效果良好。7.断电时利用一般功率发电机仍可保持室内空调运行。8.可快速达到冷却效果。9.节省空调及电力设备的保养成本。10.降低噪乱冷水流量与循环风上减少，即水泵与空调机组运转振动及噪音降低。11.使用寿命长。,.,运行策略所谓运行策略是指蓄冷系统以设计循环周期（如设计日或周等）的负荷及其特点为基础，按电费结构等条件对系统以蓄冷容量、释冷供冷或以释冷连同制冷机组共同供冷作出最优的运行安排考虑。一般可归纳为全部蓄冷策略和部分蓄冷策略。,工作模式蓄冷系统工作模式是指系统在充冷还是供冷，供冷时蓄冷装置及制冷机组是各自单独工作还是共同工作。蓄冷系统需在规定的几种方式下运行，以满足供冷负荷的要求常用的工作模式有如下几种：1.机组制冰模式；2.制冰同时供冷模式；3.单制冷机供冷模式；4.单融冰供冷模式；5.制冷机与融冰同时供冷。,.,制冷机与融冰同时供冷在此工作模式下制冷机和蓄冰装置同时运行满足供冷需求。按部分蓄冷运行策略，在较热季节都需要采用这种工作模式，才能满足供冷要求。该工作模式又分成了两种情况，即机组优先和融冰优先。1.机组优先回流的热乙二醇溶液，先经制冷机预冷，而后流经蓄冰装置而被融冰冷却至设定温度。2.融冰优先从空调负荷端流回的热乙二醇溶液先经蓄冰装置冷却到某一中间温度，而后经制冷机冷却至设定温度。,.,1.制冷机组（双工况机组）运行，将载冷剂（20%浓度的乙二醇液）流经主机降温，再输送至蓄冰罐对蓄冰罐中的水降温，降温一般降至-3左右，于此同时蓄冰罐的另一侧管道把乙二醇输送出，经过冷冻泵回流主机中，就这样低温的乙二醇对蓄冰罐的水进行循环降温。,.,2.另一方面，经过主机降温的乙二醇液流经融冰式换热板，向风机盘管输送冷量，进入换热板前3.5，通过换热板后载冷剂温度上升到10.5，载冷剂通过冷冻泵回流制冷机组。,冰蓄冷空调系统设备构成：,1、中央空调主机2、蓄冰桶3、板式换热器4、乙二醇泵5、控制系统（含电动阀门）6、冷冻循环泵7、冷却塔8、冷却循环泵9、配电设施,比常规空调系统多出的设备,.,夜间蓄冰夜间，用户风机盘管系统停止运行，前段只运行工况机组，打开V3、V1节流阀，关闭V2、V4、V5节流阀，让-3-3.5低温20%浓度的乙二醇溶液被主机运送到蓄冰罐，在蓄冰罐中吸收热量，然后通过冷冻泵回流工况机组，一直循环，让蓄冰罐中的水冰化90%以上。,.,白天融冰白天高峰负荷时，储冰罐中0的水被输送到融冰板式换热器，换热后的高温水回流到储冰罐，被洒在冰上直接进行融冰，只要罐中有冰就可以一直保持出水温度在3.5左右，为融冰板式换热器的另一侧提供3.5-10.5的标准回流液用于供冷。,.,B.冰桶单独融冰供冷模式,7,12,3.5,水,乙二醇溶液,10.5,双工况机组关闭状态,.,C.蓄冰冷机单独供冷模式,7,12,3.5,10.5,水,乙二醇溶液,双工况机组,.,在蓄冰工况时，经制冷机冷却的低温乙二醇溶液进入蓄冰槽的蓄冰换热器内，将蓄冰槽内静止的水冷却并冻结成冰，当蓄冰过程完成时，整个蓄冰设备的水将基本完全冻结。融冰时，经板式换热器换热后的系统回流温热乙二醇溶液进入蓄冰换热器，将乙二醇溶液温度降低，再送回负荷端满足空调冷负荷的需要。乙二醇溶液系统的流程有两种：并联流程和串联流程。,.,并联流程：这种流程中制冷机与蓄冰罐在系统中处于并联位置，当最大负荷时，可以联合供冷。同时该流程可以蓄冷、蓄冷并供冷、单独溶冰供冷、冷机直接供冷等。并联流程在发挥制冷机与蓄冰罐的放冷能力方面均衡性较好，夜间蓄冷时只需开启功率较小的初级泵运行，蓄冷时更节能，运行灵活。串联流程系统较简单，放冷恒定，适合于较小的工程和大温差供冷系统。,.,并联系统图,制冷机运行制冷,在储冰槽内制冰储存,即初级乙二醇泵运行,V1门打开,V2、V3门关闭;在融冰供冷时,过渡季节或空调供冷量小的情况下,停开制冷主机,将储冰槽冷量供空调系统使用,即次级乙二醇泵运行,V1、V3门打开,V2门关闭;在制冷机与融冰联合供冷时,白天空调高峰冷量由制冷主机制冷和储冰槽融冰冷量一起供板式换热器联合循环供空调系统使用,即制冷主机次级乙二醇泵运行,V2门关闭。,.,串联流程：即制冷机与蓄冰罐在流程中处于串联位置，以一套循环泵维持系统内的流量与压力，供应空调所需的基本负荷。串联流程配置适当自控，也可实现各种工况的切换。,.,.,合理确定最佳蓄冷比例的方法：对空调负荷按科学比例分配给制冷机和蓄冷装置是可取的方法，但对这个比例值的取定应做经济优化分析，不能拼命追求为了最大电价差的使用，而取很大的蓄冰比例，以免蓄冷器容积过大，这样变压器配电容量也将增大，从而使运行费用增加。但如若蓄冷比例取值过小，就不能突出蓄冷的优越性，蓄冷设备固然减小了，但制冷机却增大了，在这当中存在着一个最佳配比例设计时应认真对待进行优化设计比较，一般最佳蓄冷比例以3070%之间为宜。,冰蓄冷空调系统的优化设计方法,.,3.3.3运行策略,蓄冰时间与空调时间完全分开，夜间用电谷值期间，制冷机用于制冰，一般采用静止型制冰，当冰层厚度达到设定值时便停机，设定厚度值由电脑预测第二天负荷用冷量来控制，在白天空调开始运行后的用电高峰值期间，水与冰换热，冰水用于空调，制冷机不运行。这种系统制冰器要承担全部负荷。多数用于间歇性的空调场合，如体育馆、影剧院、写字楼、商业建筑等。但制冰器要求容量大。投资费用高。,全蓄冷式,.,全蓄冷式模式,.,在用谷值期间，制冷机用于蓄冰制冰运行，在白天里，一部分负荷由蓄冰器承担，另一部分则由制冷机直接负担，这种方式可由下面三种方法运行：,部分蓄冰式,.,部分蓄冷策略根据电费结构情况通常可分为以下两种典型情况,按负荷均衡蓄冷,.,按电力需求限制蓄冷,.,其它运行策略,夜间有少量供冷负荷,.,夜间有一定量的供冷负荷单独制冷机供应基本负荷量的运行安排,.,空调淡季放冷,.,分时蓄冷,.,应急冷源,3.3.4冰蓄冷系统分类,冰水并联系统系统中空调器只需一个盘管，空调期间，冷媒不直接送入空调器而是在另一组蒸发器中蒸发，制成冰水送入制冰器中与冰换热，进一步冷却成低温冷水，再送入空调器盘管使用，蓄冰器与制冰水蒸发器回路是并联的。,.,冰媒并联系统系统的空调器中有两个盘管，用电“谷值”期间，制冷机冷媒送入蓄冰器制冰。空调期间，制冷机冷媒送入空调器一个盘管直接蒸发，而蓄冰器中的冰水则送入另一个盘管，蓄冰器与空调器中的冷媒回路是并联的。,压缩机辅助系统系统全部冷媒均进入蓄冰器，这种系统不仅夜间制冰，在空调高峰期间也是一边融冰，一边继续制冰，这种系统初投资最省，但因昼夜制冰，始终维持较低的蒸发温度，故耗电量较大，与以上两种方法相比，因其系统简单，初投资省而得到最普遍的青睐与应用。,.,直接蒸发冰蓄冷系统氟里昂直接蒸发式蓄冷是由冷媒管道直接制造冰,盘管外表形成5075厚的冰层,日间供冷时,冰的熔解是由外至内,在夜间制冷时这种溶解法内部的冰水很快结冰,或因上次未全部溶解而使冰附在管外壁,这种蓄冰通过管道外表上的冰使冻水结成冰。这一制冷方式需要控制冰的厚度不超过50左右,否则因冰层热阻大,冷媒的传热受到影响,导致机组自动停止或爆裂。另外对直接蒸发系统,当蒸发器结冰时,压缩机吸气温度较低,单位制冷量的耗电量增加。,盐水间接冷却蓄冰系统盐水不冻液蓄冰则是将冰桶与蒸发器分开，因此制冷时的运作不会影响蒸发器。盐水不冻液间接冷却虽增加盐水输送部分费用，但系统整个COP较高，长期运转费用会降低。因此,笔者建议，在条件具备时，应优先采用间接冷却制冰。,.,3.3.5融冰方式,完全冻结式融冰示意图,不完全冻结式融冰示意图,.,3.3.6冰蓄冷在高层空调建筑特点,冰蓄冷设备体形小，一般比水蓄冷节约建筑面积和空间7080%左右。制冷设备规模大大缩小，蓄冰槽容积仅为蓄冷水池的1030%左右。,由于冰蓄冷空调系统中冷水水温特别低(约2左右),可采用低温送风大温差送风。因而使送风温差为=27-19=8时，冰蓄冷空调系统的送风温差可达=27-14=13以上，送风量可减小40%左右。,.,对于冰蓄冷空调系统，由于冷水水温特别低(约2左右)，可以通过热交换器，形成闭路空调水系统，避免了开式水系统由于水的高度提升而损失的能量，从而大大节约能量。,采用低温送风时,还可降低空调房间的相对湿度，在相对湿度3545%的典型情况下，干球温度可在一般室内舒适温度的设定点上提高12，而居住者同样会感觉舒服。这种效果可在制冷的能量上减少510%。,.,3.3.7评价蓄冰系统的几个指标,1、制冷系统的蒸发温度蓄冷空调系统特别是冰蓄冷式空调系统在蓄冷过程中，一般会造成制冷机组的蒸发温度的降低。理论上说蒸发温度每降低1，制冷机组的平均耗电率增加3。因此在配置系统，选择蓄冷设备时应尽可能地提高制冷机组的蒸发温度。对于冰蓄冷系统，影响制冷机组的蒸发温度的主要因素是结冰厚度，制冰厚度越薄，蓄冷时所需制冷机组的蒸发温度较高，耗电量较少；但是制冰厚度太薄，则蓄冰设备盘管换热面积增加，槽体体积加大，因此一般应考虑经济厚度来控制制冷系统的蒸发温度。,.,.,2、名义蓄冷量与净可利用蓄冷量,名义蓄冷量是指由蓄冷设备生产厂商所定义的蓄冷设备的理论蓄冷量（一般比净可用蓄冷量大）。净可利用蓄冷量是指在一给定的蓄冷和释冷循环过程中，蓄冷设备在等于或小于可用供冷温度时所能提供的最大实际蓄冷量。净可利用蓄冷量占名义蓄冷量的百分比例值是衡量蓄冷设备的一个重要指标，此比例值越大，则蓄冷设备的使用率越高，当然此数值受蓄冷系统很多因素的影响，如蓄冷系统的配置，设备的进出口温度等。对于冰蓄冷系统此数值可近似为融冰率。,.,3、制冰率与融冰率,目前制冰率（IPF）有两种定义，一是指对于冰蓄冷式系统中，当完成一个蓄冷循环时，蓄冰容器内水量中冰所占的比例。另一个是指蓄冰槽内制冰容积与蓄冰槽容积之比。而融冰率是指在完成一个融冰释冷循环后，蓄冰容器内融化的冰占总结冰量的百分比。制冰率与融冰率这两个概念是冰蓄冷式系统中评价蓄冰设备的两个非常重要数值融冰率与系统的配置有关，对于串联式制冷机组下游的系统，蓄冷设备的融冰率较高；反之，则较低。而并联系统的融冰率界于两者之间。,.,4、冷特性与释冷特性,通常蓄冷系统的蓄冷温度取决于蓄冷速率和这一时间蓄冷槽体的状态特性，对于外融冰式系统是指内管壁的结冰量。对于蓄冷时间短的蓄冰系统，一般需要较高的蓄冷速率，即指较低的（平均）蓄冷温度蓄冷；反之，蓄冷速率慢，蓄冷温度较高。一般情况下蓄冷设备生产厂商都可以提供各种蓄冷速率下最低蓄冷温度值。,.,对于蓄冷设备如容器式、优态盐式，在蓄冷过程的初期会产生过冷现象，过冷现象仅发生在蓄冷设备已完成释冷，内无一点余冰时，其结果是降低了蓄冷开始阶段的换热速率。过冷现象可以通过添加起成核作用的试剂来削减其过冷度值。据国外资料介绍，某种专利成核剂可限制过冷度在-3-2之间。对于蓄冰式系统，在释冷循环过程中，若释冷温度保持不变，则释冷量会逐渐减少；或当释冷速率保持恒定时，释冷温度会逐渐上升。这对于完全冻结式，容器式蓄冷设备表现特别明显，这是由于盘管外和冰球内的冰在大部分是隔着一层水进行热交换融冰，同时换热面积是在动态变化；而对于制冰滑落式，冷媒盘管式蓄冷设备，温水与冰直接接触融冰，释冷温度相对保持稳定。,.,实际上，蓄冷设备很少保持释冷速率恒定不变，实际释冷速率取决于空调负荷曲线图，特别是最后几个小时的空调负荷值最为重要，这决定了释冷循最高释冷温度值。因此，对于同种类型的蓄冷设备，哪一种在实际释冷速率条件下，保持恒定释冷温度的时间越长，哪一种设备的性能越好。,.,5、占用空间小，安装灵活,蓄冷设备的占用空间是业主与设计者应重点考虑的项目，特别是高楼林立的都市地区，寸士即寸金，有时为增加停车位，而放弃采用蓄冷空调系统，因此蓄冷设备的单位可利用蓄冷量所占用体积或面积是衡量蓄冷设备的一项重要指标，应优先考虑占用空间少，布置位置灵活的蓄冷设备。,.,6、热损失,在设计蓄冷槽体时应注意：槽体必须有足够的强度克服水，冰水混合物或其它冷媒体的静压，槽体应作防腐防水处理，同时应防止水的蒸发。对于埋地式蓄冷槽，槽体还须承受泥土和地表水对槽体四周的压力。蓄冷槽体一般每天有15的能量损失，其数值大小取决于槽体的面积、传热系数和槽体内外温差。对于埋地式蓄冷槽设计时必须考虑其冷损失，通常换热系数取0.581.9WM2.K。槽体材料可选用钢结构、混凝土、玻璃钢或塑料。,.,7、安全性，可靠性,蓄冷空调系统，主要应用于商用大楼，特别是都市人口稠密的地区，其系统首先应考虑安全性。通常蓄冷设备的维修量很小，如内融冰式、容器式、优态盐式等但对于冷媒盘管式系统，由于制冷剂在蓄冷设备内直接蒸发，蒸发面积很大，制冷剂需求量也很多，蓄冷设备的安全性与可靠性是十分重要的。而对于制冰滑落式，冰晶式蓄冷设备的机构维修问题应予以重视。,.,8、使用寿命,通常常规空调系统的使用寿命1525年，同样对于蓄冷设备的使用寿命也应加以限制，一般最少应有15年以上的使用寿命，以保证设备的可靠性。例如，对于优态盐式系统，其使用寿命周期应在相变次数3000次以上仍保持系统原有的名义蓄冷量和净可利用蓄冷量。,.,9、经济性,蓄冷空调系统无论是采用部分蓄冷还是全部蓄冷，其初期投资通常均比常规空调系统高，这就要求设计者应正确掌握建筑物空调负荷的时间变化特性，确定合理的蓄冷设备及其系统配置，制定系统的运转策略，准确地作出经济分析，以便投资者可以在短时间里以节省电费的形式收回多出的投资一般情况下，在一个已设计好的蓄冷系统中可以以单位可利用蓄冷量所需的费用来衡量蓄冷设备。另外，蓄冷系统的配置也影响蓄冷设备的大小。,.,3.3.8与冰蓄冷相结合的低温送风空调系统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，即构成了低温送风系统。近些年来，一些国家的电力行业通过电费体制的调整，鼓励和促进蓄冷技术的发展和使用，但采用蓄冷技术就需要增设蓄冷装置及相应设备，增加空调系统的初投资，这在一定程度上削弱了蓄冷空调系统的竞争力，因此，发掘蓄冷系统的潜力，降低蓄冷空调系统的初投资成为人们关注的焦点。与常规空调系统相比，低温送风系统降低了送风温度，减少了一次风量，也减少了一次风处理设备、送风机及相应送风管道，使得送风系统的初投资降低。而冰蓄冷系统又能提供低温冷冻水，这样低温送风空调系统引起了我国制冷空调行业及有关部门的重视。,.,（1）冰蓄冷与低温送风空调的结合形式低温送风空调系统按送风温度的高低通常可分为3类:1)送风温度为46的超低温送风。2)送风温度为68的低温送风。3)送风温度为912的低温送风。实践表明，温度为68的低温送风与冰蓄冷技术相结合可获得较好的空调效果及较好的经济效益，是各空调送风方式中最优的选择。,.,一次冷源加低温送风散流器,1.一次冷源,2.二次冷源,3.热回收装置,4.回风机,5.一次回风装置,6.末端送风装置,s.空调房间送风,y.诱导的空调房间空气,h.回风,p.排风,x.新风。,图中末端为低温送风散流器；低温冷源采用冰蓄冷系统或部分冰蓄冷系统，并以低温制冷机为辅助冷源，所用冷源均是一次冷源。,.,图中，可采用两个冷源，也可采用冰蓄冷系统。供冷时融冰水(一次冷源)供低温盘管,部分冰水与回水混合(二次冷源)后供高温盘管。还可采用双工况制冷机组，白天以常规空调工况运行，夜晚用盘管制冰。该系统采用串联式混合箱，也可以采用低温送风散流器。,.,图中,空调系统末端送风装置为诱导式风机盘管机组,在保证新风要求的前提下,一次风可以采用适当比例的新、回风混合;冰蓄冷冷源供冷时,融冰水作为一次冷源供空调箱中的低温盘管,部分冰水与回水混合后的二次冷源供室内诱导器,以充分利用冷源的冷量。,.,在常规空调中,送风温差一般控制在810,送风温度在1518之间,系统有再热则盘管出风温度为12左右,而冰蓄冷盘管出风温度可降至68,送风温差可达20左右。上述运行方式中,送到空调器的大都是04的低温水,只要充分利用低温水的优势,便可弥补因设置冰蓄冷而增加的初始投资,进而提高整个空调系统的COP值。所以推广低温送风系统是发展冰蓄冷空调的关键,而冰蓄冷又促进了低温送风系统的发展。,.,（2）低温送风空调系统的特点初投资低：常规全空气系统中，送风温差一般在810之间，而低温送风系统中，送风温差为1320，减少了送风系统的设备和风管尺寸。因此,也降低了送风系统的初投资。与冰蓄冷相结合的低温送风系统，其初投资低于与冰蓄冷相结合的常规送风系统。因此，具有一定的竞争力。减少峰值电力需求，降低运行费用：电力上的“移峰填谷”是采用蓄冷系统的主要目的。采用低温送风系统可以进一步减少蓄冷空调系统的峰值电力需求。空调系统的风机大多在电力峰值时间运行，低温送风系统减少了送风量，因此，也相应减少了峰值功率需求。对低温送风系统来说，送风温度越低，建筑规模越大时，低温送风系统消耗的功率相对越小。低温送风系统电力需求的减少，使送风系统的全年运行电耗减少，从而降低了电力增容费及运行费。,.,节省空间，降低建筑造价：低温送风系统中，由于送风量的减少，空气处理设备及风道尺寸的相应减少，所占空间减少。对于新建建筑物，由于风管尺寸减少，使建筑物层高降低76152mm，从而降低了建筑物的造价。适应于改建工程,可提高现有系统供冷能力：与冰蓄冷相结合的低温送风系统适合于既需增加冷负荷，又受电网增容及空间限制的改扩建工程。在这类工程中，用冰蓄冷系统来满足增加的冷源需求，用原有风道及风机满足增加的空调负荷。这样既节省空间，又可降低改建扩建费用。,.,用较低的房间相对湿度提高热舒适：低温送风空调系统具有较强的除湿能力，降低了室内空气的露点温度。在获得相同热舒适感的情况下，低温送风系统与常规空调系统相比，增加了空气的新鲜感，使人感到更舒适。,（3）设计中应注意的几个问题末端装置的选用：低温送风系统送风温度低，一次风量小,在选用末端装置时，要避免以下问题：空气量不足，导致工作区空气流速过低,影响室内空气质量；防止低温空气直接进入工作区，使工作区内人员产生吹冷风感；由于送风温度通常低于周围空气的露点温度，要防止送风装置表面结露。,.,送风温度的确定：低温送风系统的送风温度一旦确定，即可算出所需送风量，选择送风系统盘管、隔热及末端装置。送风温度的确定与以下几个因素有关：初投资和运行费：根据初投资及运行费用的经济分析作设计选择；电价结构：采用蓄冷低温送风系统即使总能耗有所增加，运行费用也可能减少；电力增容费对其也会产生影响；蓄冷系统的型式：一般地说,当供水温度一定时,不同的蓄冷系统在释放冷量时其出水温度是不同的。,.,冰蓄冷系统在释冷过程中流量保持不变，则从蓄冷系统中释放的冷冻水温度逐渐上升；如果出水温度保持不变，则流量会逐渐下降。不同蓄冷系统的释冷温度如表3-8所示。,表3-8不同蓄冷方式时系统的释冷温度,.,表3-9不同管段及设备中流体温升的估计值,系统中流体的温升：从制冷机房到送风末端装置之间流体的温升，对确定低温送风系统的送风温度也有影响。不同管段及设备中流体温升的估计值如表3-9所示。,.,空气处理机组：风机位置：为了获得尽可能低的送风温度，在工程实践中多将风机放在盘管的上游。这样虽然压头损失较大，但能满足设计温度要求；冷却盘管及迎面风速：低温送风系统中盘管排数一般为810排，冷冻水通过盘管的温升为1116（常规空调系统为68）。常规系统中冷却盘的设计迎面风速为23m/s。低温送风系统的除湿量远大于常规系统,盘管排数多、阻力大，因此迎面风速低于常规系统。推荐的迎面设计风速为1.82.3m/s,最大不超过2.8m/s。,.,保温和防凝结水：保温：为防止湿空气渗入隔热层引起管道锈蚀，要特别注意严格密封所有的接头处及可能渗漏的部位。还要注意压力表接管、温度测孔及阀杆的隔热，以防止这些地方产生的凝结水流入隔热层；防止凝结水：为防止凝结水，要注意保护空调房间保温管道的隔汽层。当系统开启时，为防止凝结水，使空调房间的湿度逐渐降低，应采用“软启动”。,.,低温送风空调系统是随着蓄冷技术的发展而发展起来的，是常规空调系统的重大变革。实践表明，温度为68的低温送风与冰蓄冷技术相结合可提高整个系统的COP值，获得较好的空调效果及较好的经济效益，是各空调送风方式中最优的选择。随着经济建设的发展，冰蓄冷低温送风系统具有广阔的推广应用前景，是21世纪中央空调的发展方向之一。,3.4供热技术节能,3.4.1国内外供热技术现状与发展趋势（1）国外供热技术发展状况美国、日本、俄罗斯、德国等国集中供热系统都已实现了系统的自动监测和控制。自动化监测和控制是集中供热系统供热可靠、节能运行、提高运行效率和降低运行成本的重要手段。,.,实时监测系统可以把热源厂和热网关键点、热力站的温度、压力、流量、补水量等参数实时传输至中央调度室，调度人员可随时观察各点参数，了解当前和历史的参数，实现全网的统一调配，协调工作的状态，及时调整运行工况达到最合理的水平。在收费方式方面，美国和北欧诸国从按面积收费开始，发展到现在，其技术与设备水平已十分先进。欧美等国最初根据热分配表所记录的数据来计算热量，由于误差较大，后来又安装机械式热量表并按热量收取采暖费，误差较小。,.,(2)我国供热技术发展状况据不完全统计，我国供热产业热源总热量中，热电联产占62.9%、区域锅炉房占35.75%、其它占1.35%。我国城市供热绝大多数以保证城市冬季采暖为主，用于生活热水供应仅是很少一部分，用于夏季供冷就更少了。城市供热已从“三北”（东北、华北、西北）向山东、河南及长江中下游的江苏、浙江、安徽等省市发展。与国外相比，我国的集中供热系统还存在一定差距，具体表现在如下几个方面：供热质量差、冷热不均；,.,热用户大多无有效的调控设备，造成热力工况失调严重，各用户冷热不均；由于设计观念落后，又无合理可靠的调节手段，系统只能以“大流量、小温差”方式运行，致使系统漏损大，耗电量高；由于热用户缺少有效的调节设备，当居民外出或上班时，无法调节室内温度，使热能白白浪费；热量计量不合理，影响了热用户主动交费和主动节能的积极性，从而造成供热单位运营困难；规划设计水平低，未反映当今实际节能技术水平，形成先天不足的状况，使节能不能落到实处。,.,（3）供热技术的发展趋势从国家实施节能长远发展战略的角度来看，必须大力发展城市集中供热系统，尤其是加速发展计算机监控系统，使系统操作越来越趋向于简单化、智能化，能够提供非常简单直观的图形化界面，让用户只需通过按钮或图形便可以实现设备的参数设置、设备的启停和其他操作，使专业技术人员能远程地进行监控和指导，逐步推广计量收费方法和研究满足热量计计量收费需要的户内采暖系统。,.,图3-17各种形式的采暖供热系统,3.4.2供热方式的选择供热方式呈显多元化（见图3-17），正确选择和评价供热方式成为一个首要的重要问题。供热方式的选择应包括以下主要方面。,.,（1）能源供应的安全性和其它供热方式相比，燃煤热电联产具有燃料储存安全、方便，运输渠道多样，热能输送安全的优点，特别是多热源联网运行时具有很高的安全性，是首选的供热方式。,（2）能源的利用效率在选择供暖方式时，不仅要考虑二次能源的利用，更要考虑一次能源的利用效率。例如：电供暖方式，即使其二次能源利用效率可能会高达97%，但是折合成一次能源利用效率，因为电厂的发电效率只有33%，其一次能源效率也只有32%，是一种一般情况下不提倡采用的供热方式。,.,各种供暖方式的能源利用效率作一个排序，由高到低为热电联产、燃气锅炉房、燃气炉灶、燃煤锅炉房、电动热泵、燃煤炉灶、电暖气、电锅炉，热电联产最高，而电锅炉最低。,（3）能源利用对环境的影响煤炭在大型燃煤发电机组上使用，同时配套安装烟气脱硫装置等，一方面能够大幅度提高煤炭利用效率，减少原煤消耗，另一方面集中解决二氧化硫等污染问题，做到高效、清洁利用煤炭，是最经济有效解决能源问题的办法。,.,（4）能源的价格能源的价格是决定人们对某种能源使用的重要因素。从产热的成本来看，燃煤最低，燃气居中，电力最高。在环境条件许可时，优先采用燃煤。可以预期，随着中国大范围供热体制改革的实现，供热的价格将逐渐趋于合理，达到供热企业和用户都可接受的水平。,（5）能源的节约和可持续利用在能源利用上，我国的发展方针是：能源开发与节约并重，把节约放在首位。目前我国单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的23倍，在建筑物节能上我们工作的潜力很大。供热系统节能要鼓励采用蓄冷、蓄热空调冷热电联供技术，风机水泵变频调速技术等。加快太阳能、地热等可再生能源在建筑物中的利用。,.,集中供热在产热环节是节能的，但在热能的输配上，一次热网的效率在95，二次网的效率在90，因此提高热网效率是降低输送损耗的重要一面；另一方面，热网的不平衡损耗是不可忽视的，有时，不平衡损耗高达15，相当于效率损失，不平衡损耗和热网的合理调节有关。因此，热网的管理和供热的调节是非常重要的。,.,3.4.3供热方式的能耗与经济性评价（1）供热系统能耗的评价,图3-19各采暖系统的一次能耗率,.,可以看出，设置蓄热器的电锅炉采暖一次能耗最大，电锅炉由于没有蓄热损失而一次能耗次之，考虑到可调节系数，电暖器的一次能耗小于以上两种采暖系统。热电联产系统的能耗最小。家用燃气炉和家用热泵虽然能耗明显高于热电联产系统，但由于可调节系数的影响，其一次能耗率与热电联产系统相近。,.,（2）供热系统的经济性评价,表3-13不同供暖方式能耗投资比较,.,从表3-13中折合一次能源消耗量和燃料种类可看出各种方式COx排放量及对大气的污染程度。可以看出，如果电均为燃煤电厂供给的话，热电联产方式对大气污染最低而电热锅炉排放量最高。运行费也是热电联产方式最低，因此只要条件具备，就应大力发展热电联产集中供热方式，同时改革供热计量收费方式，增加末端调节手段，从而进一步降低集中供热单位能耗，增大现有的热电联产热源供热的面积。,在能源短缺、大气污染日益严重、电网峰谷不断拉大的形势下，供热系统应选择合理的形式和运行方式。综合以上所述，可以得到以下结论：,.,（1）大力发展热电联产集中供热方式，这是写入我国21世纪白皮书的基本国策，应从各方面支持和保证。只要有可能接入热电联产集中供热网的，就应要求接入，而不允许采用其它方式。,（2）不同的燃料对应于不同的最佳供热方式。燃煤对应的最佳方式为热电联产和集中供热，燃气锅炉虽然是解决环境污染问题的一种采暖途径，但运行成本高，燃气管道的建设会增加系统初投资。因此，燃气锅炉的使用应慎重进行。（3）不同的燃料对应于不同的最佳供热方式。燃煤对应的最佳方式为热电联产和集中供热，燃气锅炉虽然是解决环境污染问题的一种采暖途径，但运行成本高，燃气管道的建设会增加系统初投资。因此，燃气锅炉的使用应慎重进行。,.,（4）电炉采暖能源转换效率低，耗电量大，经济性最差。所以应严格控制使用。但是电暖器启停调节灵活，可减少最大采暖负荷小时数，在使用区对环境不产生污染，因而对于采暖需求时间短的用户，可以考虑选择采用电暖器。电锅炉系统能耗和经济性等方面都明显不如其他采暖系统，不宜鼓励使用。,（5）热泵应作为解决环境污染问题的有效途径，鼓励在气候条件或水源条件允许的地区加以使用。热泵的使用在多数地区刚刚起步，应在试点工程积累运行经验后再加以推广应用。（6）电动采暖装置增加蓄热装置后，可对电网起到削峰添谷的作用，但会导致采暖系统的初投资、能耗和占地面积增加等问题。在电力峰谷差不断拉大的今天，蓄热在电动采暖中的应用应该引起充分重视。,.,3.5热电（冷）联产技术,热电（冷）联产（CombinedCoolingHeatingandPower，CCHP）是将制冷、制热（包括供暖和供热水）及发电过程一体化的总能系统。热电（冷）联产是由热电联产发展而来，是热电联产技术与制冷技术的结合。热电（冷）联产技术的最大的特点就是对不同品质的能量进行梯级利用，温度比较高的、具有较大可用能的热能用来被发电，而温度比较低的低品位热能则被用来供热或是制冷。这样做不仅提高了能源的利用效率，而且减少了碳化物和有害气体的排放，具有良好的经济效益和社会效益。,.,.,.,发电设备,燃气轮机,燃气内燃机,燃气微燃机,.,3.5.1热电(冷)联产的主要形式及特点按照驱动方式分，热电(冷)联产的主要形式有蒸汽轮机驱动的外