第8章制冷节能原理剖析课件

第8章

制冷节能原理

第8章制冷节能原理增加内容：制冷原理简介8.1常规空调的节能途径8.2分散空调方式的节能技术8.3户式中央空调节能

8.4中央空调系统节能8.5高大空间建筑物空调节能技术8.6蓄冷空调系统增加内容：制冷原理简介1.定义制冷：从低于环境的物体中吸取热量，并将其连续不断的转移给环境介质的过程。制冷剂：除半导体制冷以外，制冷机都是依靠内部循环流动的工作介质来实现制冷过程，完成这种功能的工作介质，称为制冷剂，也称制冷工质。

2、制冷方法为了实现能量转移，首先必须有使制冷剂能达到比低温环境介质更低的温度的过程，并连续不断地从被冷却物体吸取热量，在制冷技术的范围内，实现这一过程有下述几种基本方法：相变制冷：利用液体在低温下的蒸发过程或固体在低温下的熔化或升华过程向被冷却物体吸取热量。普通空调器都是这种制冷方法。气体膨胀制冷：膨胀机对外输出功造成气体的压力、温度降低，焓值减小。气体减少了能量，使它增加的吸热能力，称为膨胀制冷。

气体涡流制冷：高压气体经过涡流管膨胀后即可分离为热、冷两股气流，利用冷气流的复热过程即可制冷。热电制冷：令直流电通过半导体热电堆，即可在一端产生冷效应，在另一端产生热效应。不同制冷方法的主要应用方法1.压缩式制冷2.吸收式制冷3.喷射式制冷

4.吸附式制冷

5.热电制冷家用空调公共中央空调汽车、船舶军事、航天便携冰箱

3、相变制冷的制冷剂

制冷剂又称制冷工质，是制冷循环的工作介质，利用制冷剂的相变来传递热量，即制冷剂在蒸发器中汽化时吸热，在冷凝器中凝结时放热。当前能用作制冷剂的物质有80多种，最常用的是氨、氟里昂类、水和少数碳氢化合物等。

卤代烃（氟里昂Freon）是链状饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总称。可以分为三类：全卤代烃，分子中只含有氯、氟、碳原子，称为氯氟烃，简称CFCs；如R11，R12，R13等；

氢氯氟烃，分子中除氯、氟、碳原子外，还有氢原子，简称HCFCs，如R22；

氢氟烃，分子中没有氯原子，而有氢、氟、碳原子，简称HFCs，如R134a。

4、相变制冷的几种主要形式(1)蒸汽压缩式制冷

(2)吸收式制冷

(3)蒸汽喷射式制冷（1）蒸汽压缩式制冷

观看动画制冷必须元件制冷机必须器件制冷四大件蒸发器压缩机膨胀阀冷凝器管道1）蒸发器汽车空调蒸发器立式空调蒸发器壁挂式空调器2）压缩机涡旋压缩机螺杆压缩机离心式压缩机3）冷凝器4）节流装置节流机构：随着科学技术的发展，节流装置从最初出现的手动粗调节逐渐发展到现在的能够对制冷剂流量进行精确控制的电子调节。按照供液量调节方式可分五类:毛细管：用于家用冰箱系统手动节流阀：用于工业制冷系统热力膨胀阀：工业、商用和空气调节电子膨胀阀：工业、商用和空气调节浮球调节阀：工业商用和生活制冷家庭制冷系统调节装置冷柜空调附加净化贮集分离设备5）其他附属装置：

(2)吸收式制冷

问题：制冷剂和吸收剂的区别？

观看动画溴化锂吸收式制冷机以水为制冷剂，溴化锂水溶液为吸收剂，制取0℃以上的低温水，多用于空调系统。

(3)蒸汽喷射式制冷

制冷与空调的关系空气调节的最终目的是什么？—室内环境的控制要求都包括哪几方面？—

室内空气参数：温度、湿度、洁净度、噪声控制我国空调能耗的形势及面临的节能任务现代化建筑（办公楼、商业建筑）造成的空调普及我国的气候特点与空调能耗建筑能耗与能源形势空调分类

空调系统一般可概括为两大类：

集中式

半集中式

分散式8.1常规空调的节能途径8.1.1概

述类

别空调系统形式空调输送方式集中空调方

式全空调系统定风量方式变风量方式(即VAV系统)分区、分层空调方式冰蓄冷低温送风方式空气-水系统新风系统加风机盘管机组诱导机组系统全水系统水源热泵系统冷热水机组加末端装置分散空调方

式直接蒸发式单元式空调机加未端设备(如风口)分体式空调器即VRV系统窗式空调器辐射板式辐射板供冷加新风系统辐射板供冷或供暖主要空调方式（本教材分类）空调分类（有关专著）空调节能主要集中在几个方面（1）空调设备的低能耗和高效率的研究（2）蓄冷空调系统研究（3）空调方式综合研究（4）空调系统运行的节能组成：

集中冷热源

+空气处理机组

+末端设备+输送管道节能重点：

风量、风压、供冷量和供热量8.1.2集中式空调节能途径

1）空调设备节能措施（1）机组风量风压匹配（2）机组整机漏风要少（3）空气热回收设备的利用（4）尽量利用可再生热源如太阳能、地热、空气自身供冷能力等。(1)体育馆、影剧院、博物馆、商场等，人员多,空间高大,空调负荷较大如何考虑节能措施？A.

高速喷口诱导送风方式

风速↑——射程长——送风温差大——减少送风量,因而节能。B.

分层空调技术

自然分层的现象，“空调区”和“非空调区”

能保持下部工作所要求的环境条件,又能有效地减少空调负荷,从而节省初投资和运行费用。C.

下送风方式或座椅送风方式

由房间下部或座椅风口向上送风，只考虑工作区或人员所在处的负荷,直接送入需要空调部位。2）空调系统和室内送风方式1)新风机组加末端风机盘管

风机盘管优缺点：

a.全水系统投资小

b.灵活性，不使用时可关闭，利于节能

c.在春秋季无法全新风运行来节约能源

d.不能对室内湿度进行精确控制。2)变风量空调方式是一种节能空调方式

它是按各个空调房间的负荷大小和相应室内温度变化，自动调节各自送风量，达到所要求的空气参数。它可以避免任何冷热抵消的情况，可以利用室外空气冷却(在春秋过渡季节)节约制冷量。(2)办公和商业建筑常用空调方式

空调器的容量大小要依据承担的负荷大小来选择,如果选择的空调器容量大,会造成使用中频繁启停,室内温场波动大,电能浪费和初投资过大；选得太小,又达不到使用要求。

房间空调负荷受很多因素影响,计算比较复杂,这里介绍一种简易的计算方法。见下表：8.2分散空调方式的节能技术

制冷技术的发展使得目前分散空调方式中使用的空调器具有优良的节能特性,但在使用中空调器是否能耗很低,还要依赖于用户是否能"节能地"使用。这主要包括以下几个方面:8.2.1正确选用空调器的容量大小项目耗冷量(W)室温要求24℃室温要求26℃室温要求28℃一、围护结构负荷Q11.门的面积(m2)(

)m2

×4OW(

)m2

×36W(

)m2

×20W2.窗的面积(d)太阳直射元窗帘(

)m2

×

38OW(

)m2

×

37OW(

)m2

×

36OW太阳直射有窗帘(

)m2

×260w(

)m2

×250w(

)m2

×240w非太阳直射(

)m2

×

18OW(

)m2

×

17OW(

)m2

×

16OW3.外墙面积(d)太阳直射(

)m2

×36W(

)m2

×33W(

)m2

×30W非太阳直射(

)m2

×24W(

)m2

×21W(

)m2

×18W4.内墙面积(m2)(邻室无空调)(

)m2×16W(

)m2×13W(

)m2×10W5.楼层地板面积(m2)(上下元空调)(

)m2

×16W(

)m2

×13W(

)m2

×10W6.屋顶面积(m2)(

)m2×43W(

)m2×40W(

)m2×37W7底层地板面积(m2)(

)m2×8W(

)m2×6.5W(

)m2×5W二、人员负荷Q21.静坐(室内常有人数)(

)人×115W(

)人×115W(

)人X115W2.轻微劳动(室内常有人数)(

)人×125W(

)人×125W(

)人×125W三、室内照明负荷Q31白炽灯功率(W)(

)W(

)W(

)W2.日光灯功率(W)(

)×1.2W(

)×12W(

)×12W四、电器设备负荷Q4室内电器总功率(W)(

)x0.7W(

)×1.2W(

)×1.2W五、空调制冷总量=Q1+Q2+Q3+Q4

正确安装的意义

正确安装的方法三、合理使用(1)设定适宜的温度

夏季,为22~28℃※

，相对湿度40%~70%※

冬季，16~22℃※,相对湿度高于30%※(2)加强通风

通风的目的——保持室内空气质量。

不通风的危害：易得建筑综合症和传染疾病流行。通风与空调负荷的矛盾如何解决8.2.2正确安装8.3户式中央空调节能

一、户式空调形式户式中央空调指：制冷量在8～4Okw(100～400

m2)的小型集中空调系统1.小型风冷热泵冷热水机组1.小型风冷热泵冷热水机组

工作原理：室外机组是靠空气进行热交换室内机组→冷热水→末端装置→与空气热量交换→产生冷热风优点：体积小、安放方便。未端多为风机盘管，※

它的主要缺点是：性能系数不高，特别是部分负荷性能较差;运行能耗及费用高；噪声较大；初投资大8.3户式中央空调节能

一、户式空调形式

2.

风冷热泵式分体空调全空气系统工作原理：

室外机产生的冷热量→室内机组冷却或加热回风→送入空调房间优点：室内空气品质高，过渡季节可全新风运行。缺点是：能效比不高，调节性能差，运行费用高，

风管要占用空间，对层高有要求；噪声大3.多联变频变制冷剂流量热泵空调系统(VRV)

室外机（压缩机+换热器+其它）室外机→管路→多个房间→制冷剂→表冷器→冷风适用性：独立住宅，集合式住宅优点：效能较高，运行成本低；缺点：初投资高组成：水源热泵机组+水环路a.直接加热或冷却空气的

水—空气热泵系统；b.机组室内侧产生冷热水，然后对末端装置空气进行处理的水一水热泵系统。4.水源热泵系统蒸发器供暖房间_冬冷凝器节流阀压缩机12452q1q自然水源空调房间_夏冷凝器蒸发器

可利用江河湖水、地下水或与土壤换热的循环水。特点是能效比高，节省运行费用。

解决了风冷式机组的结霜问题，和供需矛盾问题。

主要问题是:要有适宜的水源;有些系统冬季需要另设辅助热源;土壤源热泵系统的造价较高。概述——户式中央空调-最大的能耗产品，能耗费用

是初投资的5～10倍。机组-能量调节措施的意义：

提高部分负荷效率、节约电能，延长机组的寿命具体的能量调节方法有：(1)开关控制。目前的机组90%以上都是采用这种控制方法，压缩机频繁启停，增加了能耗，且降低了压缩机的使用寿命。(2)2O

KW以上的热泵机组有的采用双压缩机、双制冷剂回路，能够实现0、50%、100%能量调节，两套系统可以互为备用。二、户式中央空调能耗分析(3)有的管道机采用

多台并联压缩机

及制冷剂回路，

压缩机与室内机

一一对应。(4)管道机的室内机有高、中、低三挡风量可调。另外，户式中央空调还须注意选择空气侧换热器的形状与风量,以及水侧换热器的制作与安装,以期达到最佳的节能效果。户式中央空调能耗分析中央空调系统描述

※应用：候机大厅、火车站、商场、宾馆、写字楼等构成：主机（制冷机）+空气（水）输送系统

+末端装置（风机盘管或散流器）节能思路：

①

系统的设计、安装水平—即装备水平

②

运行管理——科学、合理地运行8.4中央空调系统节能1.

问题：以往的设计中，冷热源—空气输送系统—末端装置之间不匹配，设计容量>>实际需求-大马拉小车8.4.1准确进行系统负荷设计2.

空调投资、能耗与室内参数设定的关系

投资约增加6%

（一次性）夏季室内温度低1℃（深、广、沪）

能耗将增加8%（长期）参照《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》节能潜力-？

民用建筑：（夏季取上限，冬季取下限）

夏季室内取26～28℃，冬季取16～18℃3.湿度与能耗

除湿→消耗能耗（空调原理※）取湿度上限65%4.新风负荷①为何加新风？②新风量↑空调负荷↑③节能措施▼中央空调系统节能

冷热源—主机，关键部位

全部冷源、热源出自主机，且为冷量、热量输送源头

能耗—冷热源形式主要有：

⑴电动冷水机组供冷、燃油锅炉供热，能源电和油

⑵电动冷水机组供冷和电热锅炉供热，能源为电

⑶风冷热泵冷热水机组供冷、供热，能源为电

⑷蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组供冷、热网供热，能源为热网蒸汽和少量的电。

⑸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。

⑹水环热泵系统，供应能源为电、轻油或燃气8.4.2冷热源节能上述机组中，消耗的能源形式：

有电能、燃气、轻油、煤等问题：

能源形式不一样，如何衡量它们的节能性呢？解决方案：

把这些能源形式全部折算成同一种一次能源，

并用一次能源效率OEER来进行比较。

各类冷热机组的OEER值见表7-3。8.4.2冷热源节能各种形式冷热源的

OEER值工况冷热源型式输入能源额定工况时能耗指标季节平均EER或εhζOEEREERζOEER夏季制冷活塞式冷水机组电3.91.193.41.034螺杆式冷水机组电4.11.253.601.094离心式冷水机组电4.41.343.901.186活塞式风冷热泵冷热水机组电3.651.113.201034螺杆式风冷热泵冷热水电机组电3.801.163.400.969蒸汽双效溴化锂吸收式冷水机组煤1.150.711.050."8蒸汽双效溴化锂吸收式冷水机组油/气1.150.931.050.875直燃型双效溴化锂吸收式冷热水机组电1.091.090.950.95工况冷热源型式输入能源额定工况时能耗指标季节平均EER或εhζOEEREERζOEER冬季制热活塞式风冷热泵冷热水机组电3.851.193.41.049螺杆式风冷热泵冷热水机组电3.931.203.601.104直燃型双效溴化锂吸收式冷热水机组油/气0.900.90O750.75电锅炉电1.00.3040.90.274燃油锅炉油0.85O85O750.75采暖锅炉煤0.65O650.600.60各种形式冷热源的

OEER值

续供热锅炉容量一大一小配置，原因？季节变-负荷变照此原理，空调机组配置，该原理适用否？—适用。因为：仲夏，高负荷；初夏和夏末低负荷；设计上取值通常偏大，有一定富余容量。如一台配置，则：机组满负荷时，频繁启动→浪费能源如采用两台机组，一大一小，则：负荷小时运行：30%那一台负荷可变未满负荷试运行：70%那一台高负荷时联合运行100%运行8.4.3冷热源的部分负荷性能及台数配置空调中水系统的用电：

在冬季：占动力用电的20%～25%

在夏季：占动力用电的12%～24%

问题：大流量、小温差问题解决方案：

1.各分支环路的水力平衡

供冷、供暖水系统，内、外网-设计计算、施工调试

2.设置二次泵

a.为何设置二次泵？b.二次泵如何实现节能？

3.变流量水系统

供回水温差维持设计值

冷冻水→二通阀→用户变化总循环水与末端水量一致

冷水机组蒸发器水量一致8.4.4水系统节能1.风系统节能思路——当然不是冷热源制冷能耗风系统—输送空气，主要指：供风风机回风风机有时还有风机盘管

2.节能措施（从降低运行负荷着手）⑴正确选用空气处理设备

空调风量、风压的匹配，最佳运行点；不加大风机风压⑵注意选用节能性好的风机盘管⑶设计选用变风量系统

a.什么是变风量系统？

b.变风量系统为何节能？优点？

c.

变风量系统的缺点8.4.5风系统节能1.“大温差”技术

“大温差”是指什么？—空调送风或送水的温差常规参数：

送风温差：比室内设计温度低6～8℃

送水温差：送水：7℃左右，回水12℃左右

大温差技术：送风温差达到14～20℃

送水温差达到

8℃

左右“大温差”技术为何节能？

当媒介携带的冷量加大后循环流量将减小，可以节约一定的输送能耗并降低输送管网的初投资。8.4.6中央空调系统节能新技术

冷却塔供冷技术内涵

室外空气湿球温度较低时，关闭制冷机组，利用流经冷却塔的循环水直接或间接地向空调系统供冷，提供建筑物所需要的冷量，从而节约冷水机组的能耗。

“免费供冷”的

运行原理——运行流程

※※

间接供冷解决了哪些问题？有哪些不足？※※2.冷却塔供冷技术

高大空间建筑——

影剧院、体育馆展览馆、大车间等建筑特点——

高度>10m面积数千平米容积>10000立米8.5高大空间建筑物空调节能技术8.5.1概述问题——空调负荷↑↑

若设计全室空调，技术上难度↑，能耗↑节能着眼点——

设工作区和非工作区---称为分层空调

可节省冷负荷30%左右。

①外维护结构传热负荷⑴空调本身

②人体、照明、电器散热

的冷负荷③室外新风和漏风①对流热转移负荷⑵热转移负荷

②辐射热转移负荷热转移负荷——对流热转移负荷

+辐射热转移负荷对流热转移负荷是如何形成的？▼辐射热转移是是如何形成的？▼8.5.2分层空调区冷负荷的组成②回风口的作用？

a.促使环流形成及维持；

b.避免室内正压过高空调区上移

跨度大的车间则采用双侧对送、双侧下部回风较好冷风—送风口喷入—空间→射流—温度和速度衰减

→气流就折回。

在射流作用→形成大的回旋循环，使下部工作区处于回流区，温度场和速度场达到均匀。而非空调区？1.气流流型讨论：①如图示的双环流能实现吗？射程；射流落差，方向回流

送风口的安装高度和送风

角度对气流组织的影响较大，

送风口的高度决定了分层高度，

hl

=

h

+Y

送风口高

工作区高射流落差

送风口高度与节能

在满足工作区空调要求的前提下，分层高度越低,即空调区越小，则传入空调区的热量相应也小。

根据试验，当射流的最大落差为射程的1/4和最小落程为射程的1/6时，均能满足分层空调的要求。因此在确定分层高度时要综合考虑以上因素。2.送风口的安装高度(hl)

什么是阿基米德准数Ar

？是表征非等温射流特性的重要参数。

Ar=送风射流的浮力

/惯性力计算表达式

一般送风速度多少为合适？

送风速度一般4~1Om/s

最大不超过12m/s4.其他

a.射流路程——不要有阻挡；

b.大门频繁开启——就会有气流干扰，影响分层；

c.换气次数不宜过大。3.送风参数蓄冷概念——空调系统在不需要冷量或需冷量少的时间(如夜间)，利用制冷设备将蓄冷介质中的热量移出，进行冷量储存，并将此冷量用在空调用冷或工艺用冷高峰期。（蓄冷介质——可以是水、冰或共晶盐）

“削峰填谷”的意义

城市的用电状况：白天存在用电高峰—新建电厂；

夜间的低谷时又有电送不出去，电厂运行效率低。

特点：

a.转移制冷设备的运行时间，利用夜间的廉价电

b.减少了白天的峰值电负荷,达到移峰填谷的目的8.6蓄冷空调系统8.6.1概

述a.全负荷蓄冷

图7-6A区：8～18时逐时冷负荷；15时最高B区+C区：空调负荷小或无设想：白天不开制冷机，全部冷量面积A由B+C来负担→全负荷蓄冷b.部分负荷蓄冷

原理同上

B+C=A18.6.2全负荷蓄冷与部分负荷蓄冷的概念A.什么是显热式？什么是潜热式？显热式——升温或降温吸放热潜热式——利用物质的相变潜热B.蓄冷设备是怎样蓄冷的？制冷机→制冷剂→蓄冷或取冷流体→蓄冷介质储存→白天空调工作时冷却空气—夜间→制冷机…

例如：压缩机→制冷剂→蒸发吸热→制冷乙烯乙二醇（s）→制冷水成冰（或冷冻水）储存→白天冷却空气8.6.3蓄冷设备分类类

型蓄冷介质蓄冷流体取冷流体显热式水蓄冷水水水潜热式冰盘管(外融冰)冰或其他共晶盐制冷剂水或载冷剂载冷剂冰盘管(内融冰)冰或其他共晶盐载冷剂载冷剂制冷剂制冷剂封装式冰或其他共晶盐水水载冷剂载冷剂片冰滑落式冰制冷剂水冰晶式冰制冷剂载冷剂载冷剂湿热式蓄冷和潜热式蓄冷分类情况

8.6.4蓄冷空调技术

该装置是由沉浸在水槽中的盘管构成换热表面的一种蓄冰设备。在蓄冷过程中,载冷剂(一般为质量百分比为25%毛的乙烯乙二醇水溶液)或制冷