建筑节能与环保-第四章采暖、通风与空气调节节能技术

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1、第四章 采暖、通风 与空气调节节能技术, 主讲：郑则炯,4.1采暖节能技术 4.2通风系统节能技术 4.3空调系统节能技术,主要内容,4.1采暖节能技术,4.1.1供热热源节能技术 4.1.2室外管网节能技术 4.1.3分户计量节能技术 4.1.4辐射供暖技术,采暖系统的形式及能源消耗的环节,概 述,采暖节能的意义和分类：,采暖能耗是我国城镇建筑能耗比例最大的一类建筑能耗，节能潜力大采暖系统形式是影响采暖能耗的主要因素之一采暖的分类,集中供热约占三分之二,4.1.1供热热源节能技术,热源的基本形式：,大型热源 热电联产、区域锅炉房、低温核能供热厂小型区域热源 地热、工业余热、太阳能、地源（水源

2、）热泵、直燃机,1.热源选型,在城市集中供热范围内，应优先采用城市热网提供的热源 优先使用热电联产供热 采用大型燃煤锅炉时，并坚持“宜集中不宜分散，宜大不宜小”的原则 采用燃气锅炉时，应坚持“宜小不宜大”的原则 严格禁止集中电热锅炉的供热方式 在工厂区附近时，应优先利用工业余热和废热 有条件时应积极利用可再生能源，如太阳能、地热能,2.锅炉供热节能措施,采用先进的自动控制技术是供热锅炉节能实现的重要措施之一供热锅炉的控制调节中与节能关系最为密切的是锅炉燃烧控制 锅炉燃烧自动控制的主要任务:使锅炉出力与热负荷变化相适应，维持蒸汽压力稳定保证燃烧过程的经济性，即要保持燃料量和送风量之间有合适的比例

3、 维持炉膛负压等于设定值或在规定值范围内,锅炉燃烧自动控制系统,图4.2 燃烧自动控制系统的组合示意图,锅炉燃烧自动控制系统,图4.3 燃烧自动控制系统框图,图4.4 供热锅炉计算机控制系统结构图,3.热电联产技术,热电联产（Combined Heating and Power)是指电能和热能联合生产的方式，简称CHP。是将燃料的化学能转化为高品位的热能用以发电后，将其低品位热能供热（利用汽轮机中做过功的蒸汽供热）的综合利用能源的技术。 基本形式：蒸汽轮机热电联产、燃气轮机热电联产、核电热电联产、内燃机热电联产 。,热电联产的技术特点 产热效率高，最节能的热力生产方式 小容量机组夏季发电效率低

4、,表4-1 不同容量热电机组热电联产模式时的发电效率与产热效率,4.冷热电三联产 是指热、电、冷三种不同形式能量的联合生产，简称CCHP 与吸收式制冷结合，将用户夏季对冷负荷的需求转化为对热负荷的需求，是热电联产进一步发展,夏季工况可以实现冷、电联合生产和供应，节能性比热电联产好 向小型化方面发展,冷热电三联产的特点及发展趋势,分布式冷热电联产供应系统：,系统构成：以小型燃气轮机、内燃机、燃料电池和微型燃气轮机为动力机械，配以余热利用锅炉、吸收式制冷机实现冷热电联供,图4-5 以燃气轮机为原动机的冷热电三联产系统,楼宇冷热电联产系统,基本概念 为建筑物提供电、冷、热的小型冷热电联产 特点 无输

5、电损耗，能源利用效率高 输配电系统和供热管网的初投资减少,图4.6 Maryland 大学微型燃气轮机冷热电联产系统原理图,图4-7 日本芝蒲区域冷热电联供系统示意图,5.气候补偿器技术,应用： 解决集中采暖 系统中存在的过 量供热问题,图4-8 气候补偿器工作原理图,气候补偿器的连接形式：,图4-9 直供系统气候补偿器工作原理图,通过调节系统混水量来控制供水温度,通过控制进入换热器一次侧的供水流量来控制用户侧供水温度,图4-10 间供系统气候补偿器工作原理图,气候补偿器应用的核心问题：,恰当的控制策略是气候补偿器应用的核心。设计一个具有系统参数辨识功能的有效策略，以使系统自身能够根据历史数据

6、自动辨识出室外温度和供水温度的对应关系是该技术目前需要解决的问题 。实时测量一定比例的采暖房间温度，有效的地掌握系统采暖的综合水平，更精确有效地实时确定供水温度，是气候补偿器避免控制策略不当的有效途径。,4.1.2室外管网系统节能,1.室外管网系统节能措施：管网的优化设计 采用间接连接方式；采用环状管网，各热源点联网；严格水力计算。管网运行的水力平衡 在各环路的建筑入口处设置手动(或自动)调节装置或孔板调压装置，以消除环路余压。 管网保温 推广热水管道直埋技术 直埋管道热损失小于地沟敷设， DN500以下管道应推广直埋敷设。,2.分布式变频泵供热输配系统,解决传统管网设计中采用 调节阀消耗用户

7、多余的资用压头造成的能源浪费问题,基本原理：利用分布在用户端的循环泵取代传统管网中用户端的调节阀，通过调节水泵转速来匹配用户对流量的要求,图4-11 分布式变频泵供热系统流程,4.1.3分户计量节能技术,分户计量的特点：能够分户热计量和调节供热量 可分室改变供热量，满足不同的室温要求,分户计量实现的途径：安装热计量装置安装室温调控装置,1.分户计量的方式,分户热量表法分户热水表法 分配表法温度法,图4-12 温度法热量表系统原理图,2.分室温控方式,分室温控的目的 对室温进行调节，充分发挥行为节能的作用分室温控的方式 在散热器支管上安装温控阀，通过控制进入散热器的水流量来维持室内设定温度 温控

8、阀的分类 手动温控阀、自力式温控阀、电动式温控阀,1）以压差为基础的控制,图4-13 压差控制示意图,图4-14 压力控制示意图,3.分户计量供热系统的运行调节与控制方式,2）以温度为基础的控制 原理：保证管网供水温度只与室外温度有关；对于直供系统，是通过调节系统混水流量来控制供水温度；对于间接连接系统来说，是通过调节一次管网的流量来控制二次管网的供水温度。3）以温度和压差为基础的串级控制 主控制器：水温-压差控制器副控制器：压差-频率控制器,4.1.4辐射供暖技术,辐射供暖是利用建筑物内部的顶棚、墙、地面或其它表面进行的以辐射换热为主的供暖方式。,图4-15 湿式地板供暖,图4-16 干式地

9、板采暖,1.辐射供暖分类及系统形式,2.辐射供暖系统的节能特性,地板辐射采暖的室内设计温度可比对流采暖降低 23度，使得设计负荷减少。 便于实现热量的“分户计量” ，有利于实现行为节能。低温度供水为低品位能源的使用创造了条件。 良好的蓄热能力降低系统能耗。,3.低温热水地板辐射供暖系统的控制,模式 房间温度控制器（有线）+电热（热敏）执行机构+带内置阀芯的分水器,模式 “房间温度控制器（有线）+分配器+电热（热敏）执行机构+带内置阀芯的分水器”,模式：“带无线发射器的房间温度控制器+无线电接收器+电热（热敏）执行机构+带内置阀芯的分水器”,模式：“自力式温度控制阀组”,模式：“房间温度控制器（

10、有线）+电热（热敏）执行机构+带内置阀芯的分水器”,模式控制示意图,模式控制示意图,4.2通风系统节能技术,4.2.1自然通风节能技术4.2.2置换通风节能技术4.2.3排风热回收节能技术,4.2.1自然通风节能技术,作用原理 利用室内外温度差所造成的热压或室外风力所造成的风压来实现通风换气。 特点 利用自然能源免费供冷,适合于全国大部分地区的气候条件，常用于夏季和过渡(春、秋)季建筑物室内通风、换气以及降温，通常也作为机械通风时的季节性、时段性的补充通风方式。 对于夏季室外气温低于30摄氏度、高于15摄氏度的累计时间大于1500h的地区应考虑采用自然通风。,1.自然通风在空气调节领域的应用,

11、2.自然通风与建筑的系统协调性,建筑物开口的优化配置 是指开口的尺寸、窗户的型式和开启方式以及窗墙比的合理设计。 穿堂风 是指风从建筑迎风面的进风口吹入室内，穿过房间，从背风面的出风口流出。 竖井通风 中庭、烟囱空间通风隔热屋面玻璃幕墙 冬季：阳光温室 夏季：烟囱效应,4.2.2置换通风节能技术,图4-27 置换通风的原理及热力分层图,低风速、低紊流度、小温差送风,1.置换通风系统的节能特性,置换通风与混合通风方式比较,控制目标是工作区的热舒适度，相比混合通风，所需供冷量少。 通风效率高，空气龄短，与混合通风相比，在工作区达到同样空气品质的条件下，所需新风量小，新风负荷减少。 送风温度较高，为

12、利用低品位能源以及在一年中更长时间地利用自然通风冷却提供了可能性 。,2.置换通风的应用,从最早用于工业厂房解决室内的污染控制问题，然后转向民用。,图4-28 置换通风系统的布置及室内气流分布,图4-29 会议室气流分布,图4-30 座椅通风置换空调系统及室内气流分布,4.2.3排风热回收节能技术,采用热回收装置，使新风与排风进行（冷）热量的交换，回收排风中的部分能量，减少新风负荷是空调系统节能的一项有力措施。,1.性能评价,2.排风热回收装置,转轮式热回收器,转轮在旋转过程中让以相逆方向流过转轮的排风与新风，相互间进行传热、传湿，完成能量的交换过程。,转轮式热回收器典型控制方式,图4-33

13、恒定露点温度,图4-34恒定送风温度,转轮式热回收器典型控制方式,图4-35通过焓值比较进行能量回收,图4-36通过温度比较进行能量回收,板式显热回收器,作用原理：当热回收器中隔板两侧气流之间存在温度差时，两者之间产生热传递过程，完成排风和新风之间的显热交换,图4-37板式显热回收器的工作流程,板翅式全热回收器,用多孔纤维性材料如经特殊加工的纸作为基材隔板两侧气流之间存在温度差和水蒸气分压力差时，两者之间产生热质传递，从而完成排风和新风之间全热交换,图4-38 板翅式全热回收器的工作流程,液体循环式热回收器,图4-39 液体循环式热回收装置溶液系统流程,由装置在排风管和新风管内的两组“水-空气

14、”热交换器通过管道的连接而组成,热管热回收器,利用工质（如氨）的相变进行热交换,图4-40 热管元件的结构示意图,溶液吸收式全热回收器,通过溶液的吸湿和蓄热作用在新风和排风之间传递能量和水蒸气，实现全热交换,图4-40 溶液吸收式全热回收器工作原理,3.排风热回收装置的安装形式,图4-42 不设旁通的热回收系统,图4-43 设置旁通的热回收系统,投资少、安装简便，但在不需要回收热量的过渡季节增加了风机能耗。,过渡季节新、排风经旁通管绕过热回收装置,不增加风机能耗,但系统复杂,机房面积增大, 初投资增加。,4.3空调系统节能技术,4.3.1空气处理与风系统的节能4.3.2空调水系统的节能4.3.

15、3空调蓄冷技术4.3.4热泵技术4.3.5冷水机组热回收技术4.3.6免费供冷技术,4.3.1空气处理系统与风系统的节能,变风量空调技术分层空调技术低温送风空调技术 多联机 温湿度独立控制系统 蒸发冷却空调,1.变风量空调技术,定义 变风量空调系统是通过改变送入室内的送风量来实现对室内温度调节的全空气系统。应用 建筑物内区需常年供冷；或在同一个空调系统中，各空调区的冷、热负荷差异和变化大、低负荷运行时间较长，且需要分别控制各空调区参数时，宜采用变风量空调系统。,4.3.1空气处理系统与风系统的节能,1）变风量空调系统的基本构成,图4-44 变风量空调系统的基本构成,2）变风量空调系统的控制,分类（按照控制原理来分）压力相关型控制压力无关型控制变风量系统的控制方式定静压控制法变静压控制法总风量法TRAV（Terminal Regulated Air Volume）控制法,定静压控制法,基本原理： 在送风系统管网的适当位置(常在离风机2/3处)设置静压传感器，在保持该点静压一定值的前提下，通过调节风机受电频率来改变空调系统的送风量。,图4-45 定静压控制法运行工况,变静压控制法,基本原理： 在保持每个VAV末端的阀门开度在85100之间，在使阀门尽可能全开和风管中静压尽可能减小的前提下，通过调节风机受电频率来改变空调系统的送风量,