提高室内空调温度的节能计算方法与节能效果分析

1、建筑节能技术与实践专题报告建筑节能技术与实践专题报告题 目：提高室内空调温度的节能计算方法与节能效果分析班 级： 建筑设备z1211 姓 名： 段泽平 胡海旭 学 号： 12200138108 12200138107 指导老师： 刘成刚 1.引言 随着我国国民经济的迅速发展和人民生活水平的快速提高，越来越多的建筑物采用了集中空调系统。空调在给人们带来舒适的生活、工作环境的同时，也带来了建筑能耗大幅度上升等一系列问题。 据统计数据显示，暖通空调的能耗占到建筑总能耗的3050左右，而且，目前呈逐年递增的趋势。因此，随着暖通空调系统的在建筑中的广泛应用，其节能问题也越来越为人们所重视。如何降低空调能

2、耗已经成为设计集中空调系统的一个重要问题。暖通空调系统节能技术的开发 、 设计以及应用逐步成为建筑系统节能的基础。 现在，空调已普遍应用于公共建筑和居民住宅。如果空调温度设置不尽合理，就会导致能效不高，造成能源资源浪费，增加了环境压力。现在缺电仍是我国大部分地区所要面对的大问题，尤其是迎峰度夏期间，大量使用空调形成用电负荷高峰，使这一矛盾更加突出。在电力供应紧张的情况下，节电显得尤为重要。控制空调温度，节电效果显著。 2004年6月26日，北京地球村、世界自然基金会、中国国际民问组织促进会、自然之友、环境与发展研究所、绿家园志愿者等6家民间环保组织在北京发起了“26空调节能行动”，倡导公共场所

3、夏季空调温度不低于26。 2006年，各级政府部门也开始加入“26空调节能行动”的行列。2007年6月1日，国务院办公厅下发了关于严格执行公共建筑空调温度控制标准的通知。要求所有公共建筑内的单位，包括国家机关、社会团体、企事业组织和个体工商户，除医院等特殊单位以及在生产工艺上对温度有特定要求并经批准的用户之外，夏季室内空调温度设置不得低于26，冬季室内空调温度设置不得高于20：一般情况下，空调运行期间禁止开窗。 合理设置空调温度，科学管理空调的运行，既能节约能源，保护生态环境，又能提供比较健康、舒适的室内环境，满足正常的工作、生活和学习需要，是一件利国利民的好事。至此，“26空调节能行动”从民

4、间行为上升为国家规定。1.空调设定参数对空调系统能耗的影响 夏季，对于办公类建筑，提高空调设定温度可使建筑能耗下降原因有： (1)室内外温差减小，通过围护结构的传热量减少； (2)室外新风与室内空气的烩差变小；(3)全年可以利用自然通风的时间变长，从而减少了开启空调的时间及输配设备的运行时间；(4)可提高冷水供水温度，使得制冷机COP提高。 但是，仅仅从调整空调设定温度来进行节能是远远不够的，假设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。只有合理组合室内空气设计参数才能在不降低室内舒适度标准的前提下收到明显的节能效果。 温度、湿度的不

5、同组合不仅直接决定着窜内人员的热舒适状况，也影响着整个空调系统的节能状况。不同室内干球温度和相对湿度下的空调系统的能耗是不同的，其关系见表l。表1不同室内干球温度和相对湿度下的空调能耗 由表知，室内干球温度愈高，室内相对湿度愈低，空调系统的总能耗低，反之亦然。由该表知，最低能耗和最高能耗相差达到70。如果只考虑干球温度，不考虑相对湿度，当室内相对湿度为常见的60，其能耗比265、40时提高了16。 上表给出的空调系统总能耗是一个相对值，即使合理的采用室内空调设计参数，并不表明该空调系统是一个节能系统。通过对国内城市公共建筑空调能耗的大规模调查表明，同样功能的公共建筑全年空调系统最高能耗和最低能

6、耗相比超过7倍。而对全年空调系统最低能耗的公共建筑空调系统进行分析，这些系统依然存在很大的节能潜力。2.空调设定参数对热舒适度的影响人的生理基础 控制空调温度，有利于身体健康。实践证明，人体感觉舒适的室内温度夏季在24一28，冬季在18一22。 温度是影响人体热舒适的最重要因素。气温升高时，人体的散热中枢发出指令，汗腺分泌、血管扩张使皮肤温度升高以增强散热，从而使机体达到热平衡。当气温降低时，皮肤也变冷，近表皮的毛细血管收缩(血管缩小)，使血液流量受到限制而人体的热损耗减少。据有关医学保健方面的测试资料表明，当人的正常体温为37时，人体皮肤表面的温度约为33左右，当室内温度高于33时就会有热的

7、感觉，而低于33时则会有凉的感觉。 如果单纯追求室内温度过低，不仅多消耗电能，还有可能会引起“空调病”。得空调病的人表现为：长期生活和工作在较低的室温中(尤其是夏季)，感到头痛、头昏、胸闷、心慌、失眠、疲乏，工作效率和健康状况明显下降等。 当人们一旦脱离这个环境，症状就会很快消失。主要是由于空调机处理后的空气负氧离子是人们必不可少的。医学实验表明，负氧离子被人吸人肺泡后，能刺激神经末梢感受器，不仅对中枢神经系统产生良好的作用，而且随着血液循环，把负离子输送至全身的组织细胞，促使细胞代谢活跃，免疫力增强，使呼吸道不易受感染，并产生镇静作用。有些人在炎热的夏季，喜欢将空调调至最低的温度，以为这样很

8、凉快。但当室内温度过低，使室内外温差偏大时，身体对环境温差变化就很难适应，这样就容易忠感冒、皮肤病、关节炎和肠胃病等。从医学角度来说，夏季一般将室内温度控制在25一27为宜。数据分析假定人所从事的是极轻劳动（例如宾馆中），穿着一般的夏季服装，空气流动速度取0.25m/s，壁面温度和空气温度相同。在相对湿度为50的条件下，仅使室内温度变化时，相应的PPD值见表2.表2 不同温度下的PPD值当室内空气温度为25，仅使相对湿度变化时，相应的PPD值见表3。表3 不同相对湿度下的PPD值由表中数据可以看出，室内空气温度改变对室内热舒适度的影响非常大，而相对湿度的变化对室内热舒适度的影响很小。在一定范围

9、内，相对湿度的变化对人的热舒适感几乎没有影响。3.控制合理的运行参数 室内温、湿度 从节能角度出发来确定室内温、湿度标准是节能的重要因素。在保证生产工艺与人体健康的条件下，夏季室温每提高1，约可减少热负荷11.2%。在夏季如将室内空气湿度由60%提高到70%，则可节约能量17%左右。据资料测算，仅仅将夏季室温提高1，就可使空调工程投资总额降低约6%，运行费用减小8%左右。美国国家标准局认为将夏季室温从24提高26.7，可节能15%。新风量新风负荷占空调总负荷的20%40%，对其标准值高低的取舍，与节能关系重大，不可忽视。引进新风主要是为了满足人员的卫生需求及部分工艺空调所需维持的室内外压差。而

10、新风量的多少直接影响空调的负载，从而影响空调系统的风机、冷水泵、压缩机、冷却水泵、冷却塔风扇的耗电。4.相关的节能措施 在满足人体舒适度条件下使空调能耗下降的因素主要是使室内外温差减小，通过围护结构的传热量减少室外新风与幸内空气的熔差变小，新风负荷降低全年可以利用自然通风的时间变长，从而大大减少了需要使用空调系统的时间。针对以上影响因素，相应的节能措施为在过渡季、夏季夜间和早晨等窜外温度适宜时，多开窗加强通风冷却，减少使用空调系统的时间，在使用空调时，适当提高空调的设定温度值。非过渡季要真正实现降低空调系统的能耗，应该探讨如何最大限度地减少能量浪费。5. 节能实例5.1实例1但由于办公建筑个体

11、问的差异很大，不同办公建筑在提高空调设定温度时，影响其能耗的主要因素不尽相同，因此实现建筑节能降耗所采取的措施也各有侧重。为此，根据办公建筑的体量及空调方式，把办公建筑划分为三类：小型办公建筑，中型办公建筑，大型办公建筑。各类办公建筑的特点见表1。针对这三种类型的办公建筑，通过模拟软件DeST计算建筑全年逐时空调耗冷量，并根据前面提出的影响建筑能耗的各个因素进行详细分析，提出应如何改善空调系统的运行调节手段，以通过空调设定温度的提高，真正实现建筑节能降耗的目标。表4 各类办公建筑的特点 建立模型 选择如图1所示的3个建筑结构及空调系统类型不同的建筑，并以空调设定温度26的情况作为参考进行分析。

12、图1 建筑模型计算工况(夏季工况)a.气象数据：采用北京地区标准年的逐时气象数据。b.内部热扰：由于办公建筑中主要房间功能为办公室、会议室，分别给出其逐时人数；灯光、设备也按照办公建筑特点给出其逐时单位面积产热量指标。c.空调控制温度(即开启空调后房间的控制温度)设定：1824，1826，1828。d.通风模式：对于小型办公建筑，换气次数为0.510/h。当过渡季、夏季的夜间和早晨室外温度低于室内温度时，通过增加通风量而非开启空调来达到降温目的，即根据室外温度情况通过人为开窗来自主调节自然通风量，此时换气次数定为10/ h；当过渡季和夏季室外温度高于室内温度，或虽然室外温度低于室内温度但即使开

13、窗通风也不能消除房间负荷时，需要开启空调，此时换气次数定为0.5/h。对于中型办公建筑，由于其建筑层数较小型办公建筑多，且带有小部分内区，对于其较高楼层应考虑到外窗需密闭，对于内区房间应考虑到不能与外界自然通风。因此简化处理后，对于外区房间，可以自然通风，换气次数为0.55 /h；对于内区房间，人均最小新风量为30 m3/(人·h)。对于大型办公建筑，外窗均密闭，无自然通风，人均最小新风量为30 m3(人·h)。e.空调模式：对于小型办公建筑，采用分体空调器，综合COP为25；对于中型办公建筑，采用风机盘管加新风的集中空调系统，具体性能参数根据DesT模拟结果结合空调设计手

14、册选择；对于大型办公建筑，采用全空气集中空调系统，具体性能参数根据DesT模拟结果结合空调设计手册选择。计算结果分析 空调设定温度对冷负荷的影响通过对建筑物的全年逐时负荷进行模拟计算，3种不同空调设定温度下的建筑全年累计冷负荷如图2所示。从图2可以看出，随着空调设定温度的提高，各类型办公建筑的全年累计冷负荷都大幅度降低。其中中型办公建筑和小型办公建筑的降幅都接近50，大型办公建筑的降幅稍小，约为20，但由于其总负荷很大，节能潜力也是很可观图2 3种不同空调设定温度下的建筑全年累计冷负荷为了进一步分析空调设定温度提高对哪部分冷负荷造成了较大影响，下面以小型办公建筑的单个房间为例，对夏季典型日冷负

15、荷进行拆分，作进一步分析。a.选取7月30日10：00的冷负荷进行拆分，分析其对应的室内显热、室内潜热、新风显热、新风潜热，结果见图3。图3 小型办公建筑单个房间夏季典型日冷负荷拆分结果从图3可看出，当空调设定温度提高时，房间的冷负荷下降，其中室内显热负荷、新风显热负荷、新风潜热负荷呈递减趋势，特别是室内显热负荷和新风显热负荷递减幅度较大，但室内潜热负荷稍有增加。这是因为室内潜热负荷主要由人员产湿形成，当温度升高时，人员产湿量增大，因此相应的室内潜热负荷也略有增大。由于此时室外温度为28.29，高于空调设定温度（24,26,28），因此当空调设定温度提高时，室内外空气的温差和焓差减小，通过围护

16、结构的传热量减少，新风显热负荷和潜热负荷也相应减小，从而降低能耗。 b.夏季典型日全天的冷负荷曲线分析 图4是7月30日该房间的负荷变化情况，3条曲线分别代表空调设定温度为24,26,28时的房间冷负荷。图4 夏季典型日房间冷负荷变化情况从图4可看出，在夏季典型日，空调设定温度从26上升2，冷负荷降低为原来的120。对于中型办公建筑及大型办公建筑，各部分负荷变化趋势与小型办公建筑类似，只是随空调设定温度提高其冷负荷下降幅度不同。空调系统耗电量a.小型办公建筑采用分体机，以综合COP为2。5估算其累计耗电量，结果如图8所示。图8 小型办公建筑空调系统耗电量b.中型办公建筑采用风机盘管加新风的集中

17、空调系统，制冷机采用电制冷机组，根据建筑物全年逐时冷负荷并结合空调设计手册选取合适的空调设备，计算冷源和输配系统的逐时电耗。全年耗电量结果如图9所示。图9 中型办公建筑空调系统耗电量c.大型办公建筑采用全空气集中空调系统，制冷机采用电制冷机组，根据建筑物全年逐时冷负荷并结合空调设计手册选取合适的空调设备，计算逐时的冷源和输配系统的电耗。全年耗电量结果如图10所示。图10 大型办公建筑空调系统耗电量图11是以空调设定温度26为基准，提高2和降低2后的空调系统耗电量与原空调系统耗电量的比较。从图11可以看出，提高空调设定温度对办公建筑的空调系统耗电量有很大影响，特别是对中、小型办公类建筑的电耗影响

18、很大。图11 以空调设定温度26为基准，提高2和降低2后的空调系统耗电量与原空调耗电量的比较引起空调能耗降低的主要因素及相应节能措施根据对以上计算结果的分析，空调设定温度能够显著影响建筑的空调能耗，将空调设定温度提高2将大大降低空调用电。a.对于小型办公建筑，造成空调能耗下降的因素主要是：室内外温差减小，通过围护结构的传热量减少；室外新风与室内空气的焓差变小，新风负荷降低；全年可以利用自然通风的时间变长，从而大大减少了需要使用空调系统的时间。针对以上影响因素，相应的节能措施为：在过渡季、夏季夜间和早晨等室外温度适宜时，多开窗加强通风冷却，减少使用空调系统的时间；在使用空调时，适当提高空调的设定

19、温度值。b.对于中型办公建筑，引起空调能耗降低的因素除了上面提到的几点外，还包括由于空调的设定温度提高，建筑冷负荷减小，集中空调系统需要处理的负荷减小，从而所需的冷水供水温度上升，制冷机COP提高，整个空调系统的电耗降低。针对这一影响因素，相应的节能措施为：在适当提高空调设定温度的基础上，结合该建筑空调系统的实际情况适当提高冷水供水温度和系统的送风温度；此外，由于采用了风机盘管加新风系统，风机盘管风速尽量调节为低挡风速；同时在室外温度适宜时多开窗加强通风冷却也是必要的。c.对于大型办公建筑，由于没有自然通风的影响，不存在通风带来的负荷减小，因此空调能耗降低的主要影响因素是：由于空调设定温度提高

20、，室内外空气的温差和焓差减小，造成负荷减小，空调系统运行时间缩短；同时，所需冷水供水温度上升，制冷机COP提高，空调系统的电耗降低。实例2节能案例：以北京的一栋4层办公楼为例室内设计温度改变对空调能耗的影响 此4层办公楼全楼共有360人工作，每层平均有90人。窗户均为单层玻璃木框窗，有内遮阳及浅色布帘，南窗面积170m2，东窗40m2，西窗40m2，北窗120m2。窗的总面积为370m2。屋面为70mm混凝土面板加120mm加气混凝土保温层，面积为464.7m2。外墙为内抹灰的490砖墙。南墙面积为391.56m2，东西均为134m2，北墙286m2，地面面积为464.7m2。新风量按30m3

21、/（h·人）计算，室内设计相对湿度55，送风温差取6，采用一次回风式空调系统。采用冷负荷系数法计算出在不同的室内设计温度tn下的设计空调冷负荷、湿负荷、制冷量以及室内设计温度25为基准的技能率。计算结果列于表4。表5 不同室内设计温度下的节能率 为了确定空调能耗随室内空气温度的变化规律，将表4中的节能率绘于图1。由图1可以看出，随室内设计温度的变化，节能呈线性规律改变，室内设计温度每提高1，空调系统将减少能耗约6。图12 室内设计温度与节能率的关系室内相对湿度的改变对空调能耗的影响 当室内设计温度取26时，房间冷负荷为98.2kw，湿负荷为10.467g/s，热湿比为9400kJ/kg。送风温差取5，新风量3.6kg/s。相对湿度从35升至70时的制冷量以及以相对湿度50为基准的节能率列于表5中。表6 不同相对湿度下的节能率为了确定空调能耗随相对湿度的变化规律，将表5中的节能率绘于图2.由图2可以看到，相对湿度大于50时，节能率随相对湿度呈线性规律变化。由于夏季室内相对湿度一般不会低于50，所以以50为基准，相对湿度每增加5，节能10。图13 室内相对湿度与