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1、第四章 空调系统节能技术,5.1 空调系统节能的途径,表 主要空调方式,集中式空调节能途径,集中式空调是由集中冷热源、空气处理机组(又称组合式空调机组)、末端设备和输送管道所组成。 空调设备节能措施： 1.机组风量风压匹配，选择运行最佳经济点运行，要求生产厂生产风机噪声低、效率高。 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。,低温送风空调方式,表 低温送风与常规空调方式比较,表 几种低温送风方式方案比较,5.2建筑空调节能技术,一、空调设备系统的节能 空调系统的能耗区别与其他能耗的特点是： （1）空调系统所需能源品位低，且用能
2、有季节性； （2）系统同时存在需要冷（热、湿）量和放出冷（热、 湿）量的过程； （3）设计和运行方案的不合理会给系统带来多种无效 能耗。,主要从以下几个方面进行：,（一）空调系统节能方法 （二）空调设计中采用部分负荷分析 （三）建筑设备的自动化系统,能源,室内温湿度标准,室外空气量,空调方式,图 全年负荷的时间频率图,二、变风量空调节能技术 由集中式空调器提供某一设定温度的送风(根据最不利条件确定)给所有空调空间，而各自的送风量是按其负荷大小自动调节，来达到室温的平衡。 三、多分区空调节能技术 多分区空调方式属于空调设计合理化的一种节能措施 四、分层空调的节能技术,图 分层空调示意图,5.3
3、空调蓄冷技术,基础知识,蓄冷技术：低于环境温度热量的贮存和应用技术，是制冷技术的补充和调节。 内容：选择或配制合适的蓄冷材料；合理设计蓄冷装置；有效地实行冷量的贮存和释放。 方法：显热蓄冷和潜热蓄冷（相变蓄冷）。 显热蓄冷：水蓄冷；潜热蓄冷：冰蓄冷、共晶盐蓄冷。,应用前景,目的：平衡冷量的供应，提高制冷设备效率，降低供冷成本。 应用场合：用冷量波动、间歇供冷、制冷机与用冷量不匹配。商场、剧院、写字楼。,十三陵抽水蓄能电站，投资27亿元，填补高峰负荷时发电成本为1.3元/KWh，是常规电价的2.5倍。,至1998年，日本已有蓄冷空调系统5566个，其中水蓄冷系统2249个，冰蓄冷系统3317个。
4、 至2000年，我国转移11.2104MW峰负荷到低谷使用，其中35103MW要依靠蓄冷空调解决。,常规空调系统基本原理,负荷变化大，制冷主机需满足最大负荷，且留备用量。大多数时间不是满负荷工作，效率低。用电高峰期，电价贵。,蓄冷空调系统基本原理,常规空调供冷循环 蓄冷循环 联合供冷循环（部分负荷蓄冷） 单蓄冷供冷循环（全负荷蓄冷）,设计基本步骤,确定典型设计日的空调负荷 选择蓄冷方式 确定制冷主机和蓄冷装置的容量 确定运行策略和设计系统循环流程 选择配套设备：循环泵、换热器、阀门及膨胀水箱 计算蓄冷期和供冷期的制冷负荷(蓄冷负荷)与供冷负荷逐时运行图 经济分析,蓄冷剂选择原则,温度条件：蓄冷
5、空调相变材料最佳的融点和凝固点在56（共晶盐） 热物性条件 经济性条件：来源广泛，廉价。 环保条件：无毒、无腐蚀、无污染。,蓄冷设备,1冷吨3023大卡3.517KW,水的蓄冷温度为46,冰的蓄冷温度为0，制冷机应提供37的温度,融解或凝固温度58 融解潜热大，热导率大 密度大 无毒，无腐蚀,盘管式蓄冰装置,蓄冷过程,取冷过程：外融冰；内融冰。,外融冰： 空调回水与冰直接接触，换热效果好，取冷快，供水温度可低达1；IPF不大于50，故蓄冰槽容积较大。；,内融冰换热热阻大，影响取冷速率。多采用细管、薄冰层蓄冷。,蛇形,圆形,U形,封装式蓄冰装置,冰片滑落式蓄冰装置,冰晶式蓄冷装置,原理：通过冰晶
6、制冷机将低浓度的乙二醇水溶液冷却至低于0，然后，将此状态的过冷水溶液送入蓄冰水槽，溶液中即可分解出0的冰晶。,水蓄冷系统,优点： 投资低，运行可靠，运行效率高，可兼用作消防蓄水池。 缺点： 只利用显热，需水量大，开启式蓄水槽。 主要技术问题：保持热回水与蓄存的冷水处于分离状态，避免热回水与冷水相混合。 解决措施：分层技术，多池系统，隔膜或迷宫和折流板。,分层式,隔膜式,多池式,迷宫式,冰蓄冷系统基本系统,基本串联系统,外融冰系统,冰晶或冰浆系统,思考题,画图说明蓄冷空调系统的四种基本运行工况。 请写出常用的蓄冷设备？ 解决蓄水槽中热回水与冷水相混合的措施有哪些？,5.4 热泵节能技术 （Hea
7、t Pump）,一、概述,所谓热泵，就是靠高位能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置。 热泵可以把不能直接利用的低品位热能（如空气、土壤、水、太阳能、工业废热等）转换为可利用的高品位能，从而达到节约部分高位能（煤、石油、天然气、电能等）的目的。 矿物能源短缺，热泵技术是一条极重要的节能途径。,热泵始于1852年，威廉.汤姆逊提出所谓“热量放大器”装置，即为最早的热泵装置。 热泵技术经历了一段漫长而曲折的发展过程，目前已经得到突破，热泵技术在发达国家得到突飞猛进的发展，热泵装置已进入了家庭、公共建筑、厂房，得到了广泛的应用。 目前热泵主要用来解决100以下低温用能。 据估计，欧洲在100以
8、下低温用能方面的耗能量约占总耗能量的50左右。因此，用热泵为暖通空调提供100以下的低温用能具有重大的现实意义。 热泵在暖通空调中的应用不会对环境产生污染。,二、热泵的基本工作原理与评价,1. 工作原理 热泵的工作原理与制冷机相同，都是按热机的逆循环工作的，所不同的是工作温度范围不同，使用的目的也不同。 制冷机利用吸收热量而使对象变冷，达到制冷的目的； 而热泵则是利用排放热量，向对象供热，达到制热的目的。,制冷机与热泵的基本能量转换关系,热泵装置：从环境中吸取热量，传递给高温物体，实现供热目的； 制冷机：从低温物体吸取热量传递给环境中去，实现制冷目的； 联合循环机：从低温物体吸热，实现制冷，同
9、时又把热量传递给被加热的对象，实现供热目的。,压缩式制冷机工作原理图,在正常的大气压力下，水要达到100才能沸腾蒸发。而在低于大气压力（即真空）条件下，水可以在很低的温度沸腾。比如说在6mmHg的真空条件下，水的沸点只有4。 溴化锂溶液就可以创造这种真空条件，因为溴化锂(LiBr)是一种吸水性极强的盐类物质，可以连续不断地将周围的水蒸汽吸收过来，维持容器中的真空度。,热泵供热系统原理图,1-压缩机；2-冷凝器；3-节流机构；4-蒸发器；5-地板辐射供热；6-热网的循环水泵；7-热网；8-低温热源水的循环泵；9-河水,2. 热泵经济性的评价,问题复杂，影响因素很多。 包括：负荷特性、系统特性、地
10、区气候特性、低位热源特性、设备价格、设备使用寿命、燃料价格和电力价格等。 “节能效果”与“经济效益”,节能效果制热性能系数COP,一般34左右,经济效益评价投资回收年限法,：投资回收期（年）； I：热泵系统所需的投资（年）； A：燃料价格（元/J）； QE：热泵系统与传统系统相比，年节约能量（J/年）。,一般回收年限应在35年内,初始投资少 一机多用。一座建筑物要实现冬季采暖、夏季制冷和日常提供生活热水三项功能，如果采用传统方式，一般需要安装各自独立的供暖系统和制冷系统，有的还需再独立安装供热水系统。而如果采用热泵系统，安装一套就可以了。 投资项目少。安装热泵系统，不必再建燃料储存场地和运输燃
11、料的通道，不必配备特殊的消防装置，不必对配电系统做大规模的增容。 综合上述因素，热泵系统具备了优异的性能价格比，使用户用较少的初始投资，得到较多的实惠。,动态费用年值分析,将参与比较方案的系统造价按资金的时间价值折算为每年的费用，并与年运行费用相加得出费用年值，从若干方案中选取费用年值最小的作为最佳方案。,f费用年值，元/年； i利率或标准内部收益率，取0.08； m经济寿命，取15年； Csys造价（初投资），元； c年运行成本，元/年。,三、热泵 分类 空气源热泵 水源热泵 水环热泵 地源热泵 地表水热泵 地下水热泵 土壤源热泵 污水源热泵,1. 空气源热泵（Air-source）,以室外
12、空气为热源； 低温热源的温度随室外温度的变化而改变。其制热量随室外空气温度降低而减少，这与建筑热负荷需求趋势正好相反； 在夏季高温天气，由于其制冷量随室外空气温度升高而降低，同样可能导致系统不能正常工作； 当室外空气温度低于热泵工作的平衡点温度时，热泵就难以正常工作，减少了机组的换热能力，需要用电或其他辅助热源对空气进行加热；,空气源热泵供热量等于建筑耗热量时的室外计算温度,先进科学的化霜技术是机组冬季运行的可靠保障。机组冬季运行时，换热盘管温度低于露点温度时，表面产生冷凝水，冷凝水低于0就会结霜，严重时就会堵塞盘管，明显降低机组效率，为此必须除霜，这也消耗大量的能量； 在寒冷地区和高湿度地区
13、热泵蒸发器的结霜可成为较大的技术障碍； 空气源热泵不适用于寒冷地区，但在冬季气候较温和的地区，如我国长江中下游地区，己得到相当广泛的应用； 机组多数安装在屋面，应考虑机组噪声对周边建筑环境的影响。,水环热泵系统是用水环路将小型水/空气热泵机组和能量采集装置并联在一起，为建筑物供热、制冷。系统由室内热泵机组、水循环环路、其它设备（如浅层地能采集装置）等构成。一般用于全年都有制冷需要的建筑物中。 主要设备：小型水/空气热泵、循环水泵、水循环环路、能量采集装置等。,2水 环 热 泵,水环热泵系统夏季利用冷却塔或地能将系统内热负荷排放掉，冬季则将内区的热量转移到需要供热的外区，不足部分由辅助热源（电、
14、燃气、燃煤、热水、蒸汽、太阳能）供给。 该系统适用于大型建筑物，特别是内区冷负荷较大，而且冬季时内区仍然需要供冷，而外区需要供热的场合。 工况和性能： 水循环管路温度：1530C 供冷时COP可达3.54.3 供热时COP可达3.14.7,地源热泵的应用只有近二十年的历史。 速度稳步增长：如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装了45,000台，到目前为止已安装了400,000台，而且以每年10%的速度增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统己占空调总量的19%，其中在新建筑中占30%。 中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下埋管（
15、埋深400米深）的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。 据1999年的统计，在家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。,地源热泵,3. 地下水源热泵（Ground water-source）,地下水地源热泵系统可分为开式系统和闭式系统。 开式系统：将地下水直接供应到每台热泵机组，经换热后将井水回灌到地下或直接定点排放。由于可能导致管路阻塞，更重要的是可能导致腐蚀的发生，通常不建议在地源热泵系统中直接应用地下水。 闭式系统就是通过一个板式换热器将地下水与建筑物内的水系统分隔开，避免了建筑内热泵系统设备的腐蚀。,地下水源热泵系统又可分为两种，一种为
16、单井式系统，另一种为双井式系统。 单井式系统在取水井内设置潜水泵，抽取地下水与地上系统换热后直接排走，由于其不断地大量抽取地下水而不能进行及时的补充，长期运行会导致地下水位下降，地面基础降等一系列地质问题，所以已经很少采用。 双井式系统分别设置取水井和回灌井，能在取水的同时向地下含水层补水，运行稳定性和系统寿命大大提高。但由于含水层较深，颗粒细，渗透性能差，回灌水较困难。,生活热水系统,由井口换热器将地下水和热泵系统循环水隔开。一定深度的地下水经潜水泵注入井口换热器放（吸）热后，再返回同一口井中，形成循环。 地下水在返回地下时直接与土壤（砂石）进行换热，使地下水恢复至初始的温度； 由循环泵驱动二次循环水通过热泵蒸发器（冬季）或冷凝器（夏季）与其内部工质进行热交换， 外部输入电能对低位能量进行提升； 由循环泵驱动末端循环水通过热泵冷凝器（冬季）或蒸发器（夏季） 与其内部工质进行热交换，通过末端装置与室内环境进行热（冷）交换，满
