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1、浅谈空调的节能减排随着空调应用的日益普及,空调领域作为耗能大户应从设计、运行等方面特别注意节能的问题,不断提高空调系统的节能设计水平、节能运行管理水平,采用各种节能措施降低空调系统的运行能耗和费用,改善空调系统的节能效果,并且要大力开发可再生能源在暖通空调系统中的应用,这对于节约能源、保护环境、促进国民经济的可持续发展都具有十分重要的意义。主要介绍暖通空调目的、影响、节能设计,并推广可再生能源在暖通空调系统中的应用。摘 关键词：节能环保；暖通空调；目的；影响；设计；可再生能源 随着经济的迅速发展,人居环境和能源问题日益严峻,据统计,建筑能耗在我国能源总消费中所占的比例已经达到27.6%,而建筑
2、能耗又尤其以建筑空调能耗较大,在我国一般宾馆、写字楼空调能耗约占建筑总能耗的40%,大中型商场空调能耗则高达50%,有的空调系统能耗占建筑总能耗的60%或更多。 一、暖通空调领域节能的重要性和可行性 能源为经济的发展提供了动力,但是由于各种原因,能源的发展往往滞后于经济的发展。现有的暖通空调系统所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源,其中电能占了绝对比例。对这些能源的大量使用,使得地球资源日益匮乏,同时也带来严重的环境问题,如在我国的一些地区酸雨、飘尘问题呈日益严重之势,对生态环境和可持续发展来了很大影响。 二、暖通空调能耗的影响因素及节能的途径与方法 虽然说暖通空调能耗的影响因素众多,但随
3、着科学技术的不断进步,使暖通空调领域新的技术不断出现,我们可以通过多种方法实现暖通空调系统的节能。 1、影响空调能耗的因素 暖通空调系统特别是中央空调系统庞大复杂,而且影响空调能耗的因素众多,例如,室内温湿度设定值、室外空气量、空调方式、空调系统的控制运行和维护管理等。建筑物的朝向和平面布置、建筑维护结构的保温性能、窗户隔热和建筑遮阳等也对空调能耗产生很大影响,因此,在空调设计运行时应综合考虑各个因素的影响,力求在最大程度上降低空调能耗。 2、建筑物及其围护结构对节能的影响主要有如下方面: (1)我们知道同样形状的建筑物,南北朝向比东西朝向冷负荷小,因此,合理的建筑物朝向的选择是一项重要的节能
4、措施。 (2)对于相同体积的建筑物,建筑物体形系数(S=F/V)越大,则其外表面积越大,通过围护结构的传热越多,空调冷负荷也越大。为节能起见,在建筑设计时应尽量控制S,如果出于造型和美观的要求需要采用较大S时,应尽量增加围护结构的热阻。 (3)从建筑物的围护结构(窗、墙、楼板、屋盖、地板等)传入室内的热量中,外窗的传热量和太阳辐射占围护结构的总传热量比例很大。因而要尽量减少外窗面积,并采取有效的遮阳措施,如选用特种玻璃、双层玻璃和窗帘或遮阳板等。 (4)对于暖通空调系统而言,通过维护结构的空调负荷占有很大比例,而维护结构的保温性能决定维护结构综合传热系数的大小,亦即决定通过维护结构的空调负荷的
5、大小。因此,提高建筑物保温性能是减少空调系统能耗的重要措施之一。以下措施可有效降低围护结构的传热系数,从而降低能耗。 3、减少输送系统的动力能耗 动力能耗主要是指空调系统运行中风机和水泵所消耗的电能,采用科学的方法使之降低对整个空调系统的节能有十分重要的意义。在工程设计与实践中常采用以下方法减少动力能耗: (1)水系统采用大温差。加大空调冷冻水系统及冷却塔水系统的工作温差,可以减少水量,以降低其输送能耗,同时可以减小管径,节约初投资。但要注意影响冷冻机换热面积的大小,冷冻机COP的高低,冷却塔造价的变化以及AHU(空气处理机组)内盘管排数的变化。提高送风系统的温差。与水系统一样,当采用冰蓄冷技
6、术时,由于供水温度低,送风温度也下降,使送风的温差增加,即低温送风方式。通过专门的诱导型风口直接送风或利用末端装置内风机混合,以满足入室送风温 度。国内已有很多实践经验,低温送风可以减小风管及输送动力,但风的保温应予加强,末端送风装置亦应防止结露。 (2)低流速。水泵和风机的功耗与管路系统中流速的平方成正比,采用低流速能取得较好的节能效果,且有利于提高水力工程的稳定性。 (3)采用输送效率高的载能介质。一般情况下,用水输送冷(热)量的耗能量比空气输送要小,且输送相同的冷(热)量所用水管管径要小于风管,所占空间相应也小得多。 4、通过新型节能舒适健康的空调方式,调整室内热湿环境参数空调系统特别是
7、舒适性空调系统对人体的作用是通过空气温度、湿度、风速、环境平均辐射温度进行的,人体对环境的冷热感觉是这些环境因素综合作用的结果。以往的空调控制方式仅仅是测控空气的温度湿度,甚至仅空气温度。显然是不全面的,势必带来许多问题,如空调系统对人体的作用不直接、当环境变化时对环境的调控不迅速、人体感到不舒适、空调系统的这种调控方式不节能。热湿环境研究成果的应用,为我们采用新的控制方式方法提供了理论基础。因为影响人体热舒适性的环境参数众多,不同的环境参数组合可以得到相同的热舒适性效果,但不同的热湿环境参数组合空调系统的能耗是不相同的。例如在冬季,如果我们采用传统的空调方式,把整个室内的空气加热,通过空气实
8、现人体与环境的热湿交换,就需要较高的空气温度,此时可利用辐射方式供热。辐射方式与人体的热交换较易满足舒适感而且利用辐射方式可以降低对室温的要求,当采用辐射供冷时,应防止板面的结露,同时利用新风去湿(负担室内湿负荷)的容量亦应正确把握。1暖通空调目的及其影响 1)暖通空调的目的。暖通空调的目标是为人们提供舒适的生活和生产室内热环境,主要包括:室内空气温度、空气湿度、气流速度以及人体与周围环境之间的辐射换热等。在一般的舒适性空调中,以能够使人体保持热平衡而满足人们的舒适感觉为目的;在恒温恒湿或有洁净要求的工艺性空调中,一切以满足生产工艺为目标。 2)暖通空调对人体健康的影响。据国外的一份调查报告显
9、示,居民平均88%的时间在室内,7%的时间花费在交通上,5%的时间是在室外。就是说几乎每天在室内的时间13h。从这方面来说住宅的空气质量品质对人体的健康更加具有积极的意义。然而,由于建筑物的密闭性逐渐增加,建筑物装饰越来越多样化,从而导致室内污染物的滞留和增加,加上新风量的明显不足,空气重复循环,会造成室内空气质量品质严重下降,空调房间的空气污染物指标会远远超过国家安全标准。 2暖通空调的节能设计 空调系统的节能设计,应根据工程具体情况对空调运行季节进行全工况、全过程的分析,寻找出一个合理的方案,使空调系统在不同的室外气象参数或室内状况下都能经济合理的运行,并在运行过程中创造良好条件。 1)选
10、择合适的冷热源。在系统设计中对设备进行合理选配已成为空调节能的关键,合理配置中央空调系统的冷热源对节能与能源合理利用的意义非常重大。中央空调常见的冷热源配置方式有水冷冷水机组十锅炉、热泵型机组和溴化锂吸收式机组。第一种冷热源在设计工况下的能效比较高, 一般为 3.75;第二种冷热源即热泵型机组,夏季制冷,冬季制热.在设计工况下,其能效比较水冷机组要低,仅达到3 左右,但其具有良好的节能和环保效果;中央空调的另一种冷热源为溴化锂吸收式机组,这类机组的能效比比较低,节电不节能,适用于有废热和余热的地方。 2)采用蓄冷系统。各国用电状况都不同程度的存在着电负荷峰谷差较大的情况,在用电高峰时电力供应不
11、足,而在低峰时电力供应过剩。在实施电力峰谷电价的地区,就可利用低电价时段采用冰蓄冷系统将水制成冰来储存冷量,高电价时段再将冷量释放出来,这将对整个电力负荷的移峰填谷工作起很大作用。采用冰蓄冷系统能够产生良好的经济效益和社会效益。 3)采用变频系统。变频技术在现代空调中的使用已成为必然趋势,它不仅能有效改良空调系统的工艺不足,还能大幅降低能耗,节省运行成本。采用变频技术的原因有:设计者在选择设备时,通常留有一定的设计余量(20%25%),实际上设备也极少在全负荷工况下运行,甚至从未全负荷运行过;建筑物由于使用情况的变化,负荷也会发生相应变化;建筑物的实际负荷会随着室外气候的变化而波动。 3可再生
12、能源在暖通空调系统中的应用 当前,为了使空调系统向节能环保方面发展,科技工作者做了大量科研工作,采取了更加有效地措施和方法,例如:“太阳能技术”、“地源泵技术”、“蓄冷技术”、“热泵水源技术”等等。可再生能源具有资源丰富、不污染环境、清洁安全和资源可再生的优点。因此,在能源状况日益紧张的今天,大力推广可再生能源的应用具有十分重大的意义。 1)太阳能采暖。主动式太阳能采暖用电作为辅助能源,驱动用太阳能加热的水在管道中循环流动向房间供热。随着太阳能集热器的研制开发,具有工作温度高、承受压力大、耐冷热冲击和抗冰雹等优点的热管式真空管太阳能集热器使主动式太阳能采暖系统的应用成为可能。 2)太阳能制冷。
13、太阳能制冷主要包括太阳能压缩式制冷、太阳能吸收式制冷和太阳能吸附式制冷。太阳能压缩式制冷研究的重点是如何将太阳能有效地转换成电能,再用电能去驱动压缩式制冷系统。以太阳能作为热源的吸收式制冷是利用太阳辐射热能驱动溴化锂水溶液或氨水溶液的吸收式制冷系统。太阳能吸附式制冷是将系统中的加热器和冷却器去掉,将太阳能集热器与吸附床合二为一,冷却功能则利用夜间室外空气的自然冷却来完成。 3)自然风的应用。自然风的供冷是可再生能源在暖通空调应用中的重要组成部分。当室外空气的焓值和温度低于室内时,在供冷期内就可以利用室外风所带有的自然冷量来全部或部分满足室内冷负荷的需要。通常,这种情况出现在供冷期的过渡季和夜间
14、,可采用的方法为新风直接供冷和夜间通风蓄冷。由于利用了自然风提供建筑所需要的冷量,与常规空调系统相比,在运行中不用电或少用电,既节约能源,又减少对环境的污染,同时也改善了室内空气品质。 4)地下水的应用。地下水由于地层的隔热作用,其温度受气温影响很小。在暖通空调中,有些地下水可以直接作为冷源,更是热泵良好的低位热源。所以水源热泵有着良好的节能前景。水源热泵技术是利用地球表面浅层水源(如地下水、河流、湖泊)中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源,并利用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热能向高位热能转移的一种技术。但是在利用地下水的过程中,需要注意的问题:要有可靠的回灌技术利;用
15、地下水时应注意水质,水质不合格会使井老化。 5)土壤能的应用。地源热泵是利用地下浅层地热资源作为冷热源,进行能量转换,提供供暖制冷的空调系统。地源热泵系统通过输入少量的高品位能源,实现低温热源向高温热源的转移,地能分别在冬季和夏季作为低温热源和高温热源。夏季,大地作为排热场所,把室内热量以及压缩机的散热通过埋地盘管排入土壤中,再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去。在地源热泵系统中,由于冬季从大地中取出的热量在夏季得到补偿,因而使大地热量基本平衡。 6)海洋能的应用。海洋能利用的主体是利用海洋能发电,其技术已日趋成熟。海洋是地球气候和淡水循环的天然调节源,其容量巨大,与大气、陆地间通过水汽等方式不断进行能量和物质循环, 是一个天然容量巨大的低位冷热源,为人类制冷供热提供了良好的条件,海水热泵是一个很好的选择。 4结束语 暖通空调系统节能的指导思想是在减少能源浪费的同时,有效合理地利用能源,提高能源的利用率,并尽可能的开发和利用可再生能源及新能源。但在具体选择节能措施时,应根据实际情况,全面分析协调各种方法,以获得最优的节能效果。 参考文献 1陆亚俊,马最良,邹平华.暖通空调M.北京:中国建筑工业出版社,2002. 2赵朝晖,吴会军,朱冬生.可再生能源在空调制冷中的应用J.制冷,2003,4:44-46.
