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1、第5章 空调系统的节能,5.1 空调节能评价 5.1.1 相关的空调节能法规与标准 5.1.2 节能评价水准 5.1.3 节能评价指数 5.2 空调系统耗能的特点与节能途径 5.2.1 建筑空调负荷的概念 5.2.2 减少空调负荷的原理 5.2.3 空调系统耗能的主要影响因素 5.2.4 空调系统耗能的特点 5.2.5 空气调节的节能途径 5.3 空调系统的节能分析,5.3.1 合理确定设计与运行参数 5.3.2 空气处理设备的节能 5.3.3 输配系统的节能 5.3.4 空调系统的运行调节与节能控制 5.4 空调系统的热回收节能技术 5.4.1 空调系统中的能量循环利用 5.4.2 热回收换
2、热装置 5.4.3 喷淋式全热新风换气机 5.4.4 回风循环利用与排风能量回收 5.4.5 冷却塔的冷能利用 5.5 空调系统总耗能量计算,5.5.1 当量满负荷运行时间法 5.5.2 负荷频率表法 5.5.3 度日法 5.5.4 计算机模拟计算法,5.1.1 相关的空调节能法规与标准,1.节能法规与标准 2.常见不同标准代号的意义,2.常见不同标准代号的意义,1)若遇到特殊情况不能按规定条例执行时，应在把握规范有关条文精神实质的基础上，与有关主管部门协商解决。 2)当上述规范、标准已经修订，或者有新的规范、标准颁布时，上述相关文件相应作废，应按新的文件执行。,5.1.2 节能评价水准,1)
3、为创造某一环境条件，排除内扰、外扰所需要的能量称为负荷水准。 2)为满足负荷所需的能量，通常要由设备对某种形式的能量进行转化或转移，输入设备的能量就是二次能水准。 3)为供应某种形式的二次能，生产厂所消耗的能量是一次能水准。 4)为提供一次能，开采、输送所消耗的能量即为资源能水准。 1)功能不变，能耗降低，称为纯节能型。 2)功能提高，能耗不变，称为增值节能。 3)功能提高，能耗降低，称为理想节能。 4)功能大量提高，能耗略有提高，称为相对节能。,5)功能略有降低，能耗大量降低，称为简单节能。 6)功能提高、不变或降低，但能耗为零，称为零点节能或超理想节能。,5.1.3 节能评价指数,1.周边
4、全年负荷系数(Perimeter 2.空调能量消耗系数(Coefficient 3.气流组织的能量利用系数 4.空气输送系数(Air 5.水输送系数(Water 6.设备能量利用系数Y 7.空调机组的能效比(Energy 8.制冷机的性能系数(Coefficient 9.制冷机的矿物能源能效比(Mineral 2.表中的值可作参考，不是定值。,图5-1 规模修正系数,图5-2 建筑节能流程图,图5-3 不同送风方式的、值 a)地板送风 b)置换式下送 c)散流器上送 d)侧送,表5-1 冷水机组的性能参数及其MEER值,表5-1 冷水机组的性能参数及其MEER值,表5-1 冷水机组的性能参数及
5、其MEER值, 0.1MPa蒸汽，2700kg/h。 0.6MPa蒸汽，1550kg/h。 轻油，92kg/h。,5.2 空调系统耗能的特点与节能途径,图5-4 空调负荷的构成,5.2.1 建筑空调负荷的概念,1.建筑空调负荷 2.建筑的得热 3.建筑的得湿,2.建筑的得热,(1)来自室外的建筑得热 这部分建筑得热，主要是室外空气通过围护结构的传热量和太阳辐射得热。 (2)来自室内的得热 来自室内的得热主要包括室内使用的设备、照明灯具、食品等散热量，以及室内人员散热、伴随某种散湿过程产生的潜热散发。,图5-5 建筑得热的途径,1)太阳辐射可以通过建筑围护结构中的透明部分，以辐射传热的方式直接将
6、热量散发到室内。 2)太阳辐射可以加热建筑围护结构的外表面，使围护结构的内外表面之间产生温差，促使热量从外部向内部传递。,5.2.2 减少空调负荷的原理,1)建筑物应选在绿化条件好、噪声小、空气洁净的环境。 2)建筑物外形以立方体为好，其在相同的空间条件下外表面积最小。 3)建筑物的主立面以南北向为好。 4)建筑物的颜色。 5)重视门窗构造，如采用双层玻璃窗或吸热玻璃以及适当的遮阳措施等。 6)采用蓄能结构或蓄热系数大的建筑材料改造房屋。 7)辐射制冷屋顶的应用。,表5-2 围护结构的传热系数K值单位：W/(),图5-6 建筑负荷变化曲线的对比,5.2.3 空调系统耗能的主要影响因素,图5-7
7、 空调系统原理图,图5-8 热力系统,5.2.4 空调系统耗能的特点,1.空调系统用能的周期性与季节性 2.空调系统所需能源品位低 3.系统同时存在需要冷(热、湿)量和放出冷(热、湿)量的过程 4.设计和运行方案的不合理会给系统带来多种无效能耗 5.对运行管理与优化控制要求高,5.2.5 空气调节的节能途径,1.建筑节能设计的主要途径和内容 2.空调系统节能的主要途径和内容,1.建筑节能设计的主要途径和内容,1)改善建筑环境。 2)建筑体形、平面布置、遮阳与朝向。 3)外窗和玻璃。 4)外墙和屋顶。,2.空调系统节能的主要途径和内容,1)室内空调参数的设定。 2)室外新风量的确定。 3)空调方
8、式的选择。 4)可再生能源的利用。 5)防止过冷、过热。 6)合理起停和控制空调设备及空调系统运行时间。 7)维护、保养和管理。,5.3.1 合理确定设计与运行参数,1.热环境参数的确定与节能分析 2.新风量确定与节能分析 3.合理确定供、回水温度及送风温差,1.热环境参数的确定与节能分析,(1)干球温度对冷热负荷的影响 对于舒适性空调，人的舒适感有一个较宽的范围，这样在运行过程中，室内空气的参数标准就不必定得过高。 (2)夏季湿球温度(空气湿度)对系统冷负荷的影响 (3)风速对系统冷(热)负荷的影响 空调环境下，风速带给人以冷感。,表5-3 室内空调温度改动时的节能率,1)工艺性空调室内温湿
9、度基数及其允许波动范围，应根据工艺需要和卫生要求确定。 2)对舒适性空调，室内设计参数见表5-4。,表5-4 舒适性空调室内设计参数,2.新风量确定与节能分析,(1)新风量对冷热负荷的影响 (2)合理确定新风量 合理确定新风量包括两个方面：新风量的确定方法和新风量确定标准。,图5-9 新风+回风系统,表5-5 公共建筑主要空间人员所需的最小新风量单位：/(hp),表5-5 公共建筑主要空间人员所需的最小新风量单位：/(hp),图5-10 全新风系统,3.合理确定供、回水温度及送风温差,1)当夏季室外气温不是太高时，房间的空调冷负荷减小，空调末端装置的负荷也减小，为此在满足室内舒适性要求的基础上
10、，可以适当提高供水温度。 2)设计规范规定，空气调节冷热水参数，应通过技术经济比较后确定。 3)空调系统上送风方式的夏季送风温差，应根据送风口类型、安装高度、气流射程长度以及是否贴附等因素确定。,表5-6 工艺性空调的送风温差(单位：),5.3.2 空气处理设备的节能,1.风机盘管机组(FCU) 2.组合式空调机组(AHU),1.风机盘管机组(FCU),(1)FCU的节能运行调节 为了适应空调房间冷(热)负荷的变化，需要对FCU进行调节。 (2)FCU的安装,1)风量调节。 2)水量调节。,图5-11 FCU水量调节原理 a)电动三通阀进行机组能量调节 b)电动二通阀进行机组能量调节,图5-1
11、2 卧式暗装机组出风口采用柔性连接 1卧式暗装风机盘管机组 2柔性风管接头 3送风口,(2)FCU的安装,1)卧式机组上平面保持水平或使凝水盘接管侧稍低于另一侧，以利冷凝水排除。 2)在卧式暗装机组安装时，与机组连接的风管和水管的重量不得由机组来承受。 3)如图5-13所示，供、回水管与卧式暗装机组应采用柔性连接，在供水支管上最好设水过滤器和泄水阀，以便在清洗管道时不会将脏东西带入盘管。,图5-13 卧式暗装机组与管道的连接 1水过滤器 2泄水阀 3黄铜截止阀 4放空气阀 5风机盘管专用柔性接头 6电动二通阀 7橡胶管 8镀锌钢管(或聚氯乙烯塑料管),2.组合式空调机组(AHU),(1)带能量
12、回收的AHU 在AHU中设置能量回收段，能起到明显的节能效果。 (2)带二次回风的AHU 图5-15所示为二次回风组合式空调机组，其充分利用二次回风，减少再热量，实现节能。 (3)带预冷器的复合式蒸发冷却AHU 对气候干燥的低湿地区，也可以将冷却塔(特别是闭式冷却塔)制备的循环冷却水送入表冷器内，作为空气的预冷器，节省能耗。,图5-14 能量回收组合式空调机组,1)夏季空气处理流程。 2)冬季空气处理流程。,图5-15 二次回风组合式空调机组,1)夏季空气处理流程。 2)冬季空气处理流程。,图5-16 复合式蒸发冷却空调机组,5.3.3 输配系统的节能,1.管道的保温(保冷) 2.空调系统的漏
13、风 3.泵与风机的节能 4.VAV和VWV空调系统 5.输送系统的节能配置,4.VAV和VWV空调系统,(1)变风量系统(VAV) 通过改变送风量而不是送风温度来控制和调节某一空调区域的温度，从而与室内空调负荷的变化相适应的系统是变风量系统。 (2)变水量系统(VWV)空调水系统主要包括冷冻水系统和冷却水系统。,1)旁通型变风量系统。 2)诱导型变风量系统。 3)节流型变风量系统。 1)用改变送风量的方法来适应空调负荷的变化，能实现空调房间或局部区域的灵活控制。 2)考虑同时使用率，空调设备的容量和风管尺寸可以减少。 3)在部分负荷运转时，风机在低速下运行，可减少送风动力消耗。 4)当被调试间
14、重新分隔或者房间分隔尚未确定及负荷在一定范围内增加时，易于处理，无须进行重大变动。 5)变风量末端装置有自平衡功能，配置有定风量装置，不需要进行详细的风管压力平衡，大大减少系统测试的工作量。,图5-17 风口节流后对系统压力的影响 a)工作点的变化 b)管路压力分布变化情况 1风口节流前的工作点和压力分布 2风口节流后的工作点和压力分布 3节流前后风管内压力的增加 4节流型风口,图5-18 节流型变风量系统的控制,表5-7 变水量的节能效果,图5-19 单式泵变流量水系统,图5-20 水泵互相备用与机组的连接 a)冷水机组在水泵吸入侧 b)冷水机组在水泵压出侧,图5-21 二次泵的分区供水系统
15、,5.输送系统的节能配置,(1)空调负荷特征分析 空调负荷季节性变化很大，在计算额定负荷状况下运行的时间极短，绝大多数时间空调设备是在远低于额定值情况下运行的。 (2)输送流体的流量与负荷变化的关系 (3)负荷变化时进行水泵分设的节能分析 取夏季循环水量是冬季的2.5倍，即取冬季循环水流量为夏季的40%，这样冬季水泵的扬程约为夏季的16%，功率相应减小。,表5-8 某建筑空调负荷全年分布的不均衡性,表5-9 采用不同方案时循环水泵的型号及参数,5.3.4 空调系统的运行调节与节能控制,1.半集中式空调系统的运行调节与节能控制 2.集中式空调系统的运行调节与节能控制,1.半集中式空调系统的运行调
16、节与节能控制,1)表冷器供水量依靠阀门手动调节，阀门一次性调节后固定不变，水常流通，为定水量系统。 2)表冷器供水量依靠阀门手动调节，阀门一次性调节后固定不变，水常流通，室内温度控制器控制风机的起停。 3)手动三挡开关控制风机转速，回水管上设电动二通阀，风机与电动二通阀联锁。,图5-22 风机盘管加独立新风系统示意图,图5-23 手动选择风机三挡变速开关,图5-24 温度控制器控制风机起停，三挡 变速开关控制风机转速,图5-25 手动三挡开关，温控器， 风机和电动二通阀联锁,图5-26 新风机组的控制,2.集中式空调系统的运行调节与节能控制,1)第一阶段(第区)。 2)第二阶段(第区)。 3)第三阶段(第区)。 4)第四阶段(第区)。,图5-27 一次回风系统的全年运行调节 冬季室外空气预热前，室内、外空气混合状态点 冬季室外空气预热后，室内、外空气混合状态点 夏季室内、外空气混合状态点 L喷水室处理之后的空气状态点，即“机器露点” N夏季室内空气状态点 冬季空调送风状态点 夏季空
