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南京工业大学暖通空调系统节能暖通空调研究所张广丽内容•1.建筑节能概述•2.暖通空调系统节能基础•3.暖通空调系统节能技术•4.管理与行为节能1.建筑节能概述•1.1建筑的概念•建筑：用特定围护结构从自然环境中分隔出•来的功能空间整体•建筑功能分类建筑民用建筑工业建筑公共建筑居住建筑目前所讲的“建筑节能”主要针对民用建筑工业建筑的节能潜力也非常大1.2建筑与建筑设备的关系•建筑设备包括暖通空调、建筑电气（强弱电）、建筑给排水等专业•建筑是建筑设备依附的主体，建筑设计是建筑设备节能的重要基础•建筑设备是实现建筑功能的主要手段•建筑与设备专业密切结合才能真正实现建筑的功能和节能61.3建筑的能耗•建筑能耗的组成:•建筑材料的生产和运输能耗•建造过程能耗•运行过程能耗（建筑能耗的主要部分）•废弃拆卸处理能耗•——用“全生命周期”评价建筑能耗•目前所讲的建筑节能主要针对“运行”能耗：•维持室内环境能耗，包括建筑设备能耗、照明•能耗等•——因此才有所谓“零能耗”、“负能耗”建筑2019/8/6节能作为虚拟资源化石燃料能源化石燃料能源可再生能源利用能源效率提高被动式技术和行为节能虚拟能源无碳替代能源低品位热源利用2019/8/6节能是金字塔的塔基1.4建筑节能措施•1）建筑群规划••区域：自然环境（地形、地表、气候等）与社会环境（周边建筑、交通、能源、污染源等）••朝向：光照、空调辐射负荷、主导风向••高度与间距：光照、室外风环境••绿化：建筑群区域小气候••规模：根据使用功能及发展的适度规模••寿命：确保正常的使用寿命就是节能•2）建筑设计••体型系数：建筑物接触室外大气的外表面积•与其所包围的体积之比值——体形系数越•小，维持室内环境的能耗越低••窗墙比：建筑物外表面积中窗所占的面积•比——窗是外围护结构中的薄弱点••自然通风：不消耗动力的通风——需要建筑•设计密切配合••自然光照明：不消耗能源的室内照明——采•光和遮阳存在矛盾••绿化：改善外墙与屋顶热工性能——维护3）建筑设备民用：给排水、电气、暖通空调等工业：还要增加工艺、动力、原材料及成品建筑设备的运行能耗构成建筑“运行”能耗的主要内容，在民用建筑中需要建筑专业密切配合，在工业建筑中还需要工艺专业密切配合。•3）建筑材料及构件•材料：绿色、可持续建材•热工性能：传热系数、热惰性•墙体保温：外墙（外保温、内保温）、内墙（邻室传热）•窗：玻璃的热工性能、层数、气密性•双层幕墙：•遮阳：内、外遮阳2.暖通空调系统节能基础2.1暖通空调系统概述暖通空调包括供热、通风与空气调节2.1.1空气调节系统1）空气调节的概念•定义：用人工方法对受控区域内空气的温度、湿度、速度及清洁度（俗称“四度”）进行调节，以满足人员和工艺的要求•必须具备对空气冷却和减湿的能力——此特征将空气调节与制冷紧密联系起来降低空调负荷是空调节能的关键之一从负荷的构成分析节能的途径（3）空调负荷的构成外部热源：通过建筑围护结构的传热负荷（墙、顶、地、门、窗等）内部热源：人员、照明、设备等新风：设计新风及自然通风换气围护结构传热隔热：把热量挡在室外。传热的途径夏季热源：1太阳辐射；2室外高温空气；3室内散热（设备、人体）夏季问题：1如何减少进入室内的热量？2已进入的热量如何排除？围护结构各部分的传热比例围护结构各部分所产生的采暖空调负荷的比例-----以50%节能标准的居住建筑为例，夏热冬冷地区夏季、冬季典型日的负荷分布案例建筑0.060.140.300.300.190.000.050.100.150.200.250.300.35南墙传热西墙传热南窗辐射空气渗透窗户传热0.070.350.350.220.000.050.100.150.200.250.300.350.40南墙传热南窗辐射空气渗透窗户传热Room1-2夏季负荷比例Room1冬季负荷比例2468101214161820222400.10.20.30.40.50.60.70.80.9时刻/HOUR传热量比例南向重质内保温南窗太阳辐射得热冷风渗透冷负荷窗户传热得热夏季策略•外窗：太阳能辐射：遮阳温差传热：提高热阻。•外墙：提高热阻；一定的蓄热能力。•开窗通风：带走室内热量；改善室内空气品质（时段选择）19墙体节能2012.10绿色建筑评价标准20改善屋顶热工性能21屋面绿化效果26.4℃60.3℃30405060对环境的影响外窗遮阳与保温23西窗百叶遮阳百叶水平遮阳遮阳冬季传热的途径冷风下雪失热：室外低温空气；得热：太阳辐射；室内设备，人体。冬季问题:1如何减少室内热量的外泄？----保温2如何增加室内热量？冬季策略•外墙：提高热阻：抵抗热量流失•外窗：提高热阻：面积大小：接受太阳辐射；增加热损失提高气密性。水平遮阳格栅夏季冬季卷帘收起遮阳卷帘NN南向边庭室内卷帘遮阳严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和5个不同的建筑气候区，除温和地区外，建设部已经颁布实施了分别针对各个建筑气候区居住建筑的节能设计标准。建设部所颁布的居住建筑节能设计标准的节能率为50%。负荷与能耗——两个不同的概念•负荷的单位是W或者kW，它反映了建筑物的用能需求。负荷的大小，取决于当地气候条件和围护结构的热工性能。•能耗的单位是kWh。一定负荷的建筑，用能设备的使用时间越长，能耗量就越大。•负荷是基础，围护结构的隔热保温只是创造了节能的必要条件，而只有通过设备和系统才有实质性节能，才是节能的充分条件。•即使是能效最高的设备，使用时间越长，能耗越大。夏季能耗比例关系南窗,49.76%西窗,1.47%北窗,17.43%通风、渗透,21.63%北墙,2.22%西墙,1.44%东墙,0.86%东窗,1.12%屋顶,1.69%南墙,2.38%屋顶东墙南墙西墙北墙东窗南窗西窗北窗通风、渗透夏季总能耗比例外窗：68%通风：22%外墙：10%冬季能耗比例关系东墙,3.23%南墙,8.23%西墙,3.10%北墙,9.57%东窗,0.24%南窗,20.31%西窗,0.28%通风、渗透,45.74%北窗,7.37%屋顶,1.92%屋顶东墙南墙西墙北墙东窗南窗西窗北窗通风、渗透冬季总能耗比例外窗:28%冷风：46%外墙：26%室内自由温度测试案例50%节能房西堤2010.7.23室内自由温度25.027.029.031.033.035.00:001:202:404:005:206:408:009:2010:4012:0013:2014:4016:0017:2018:4020:0021:2022:40右卧室1右卧室2左卧室1室外气温左卧室2客厅2010.8.10室内自由温度283032343638400:001:002:003:004:005:006:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:00右卧室1右卧室2左卧室1室外气温左卧室2客厅左卧室窗户不遮阳左卧室窗户有遮阳特点•夏季：•太阳辐射是室内温度过热的主要因素；•房间无太阳辐射时，室内基础温度接近于室外空气平均温度；•墙体内表面温度对室内热舒适影响大。•冬季：•太阳辐射是室内补热的重要热源；•室内外最大温差在20-25℃以内。夏热冬冷地区住宅围护结构技术路线•坚持被动式技术优先的原则通过围护结构等改善室内环境，尽量压缩采暖空调的启用时间。•围护结构节能技术路线–重点控制窗户的太阳辐射，增加窗户的传热阻–基本维持外墙的现有热工水平–加强内墙和楼板保温–适度放宽体形系数–良好的自然通风与采光–保持1次换气次数2）空气调节系统的构成与分类（1）空气调节系统的构成•冷热源（主机）空气热湿处理设备（末端）流体动力设备（风机、水泵等）•管路（风管、水管、蒸汽管、冷媒管等）•调节控制部件（传感器、阀门等）2019/8/6b）按负担室内负荷的工作介质•全空气系统•全水系统•空气-水系统•冷剂系统（空气-冷剂系统）空调箱空调房间新风空调箱空调房间风机盘管空调房间室外机冷热源冷热水制冷剂室内机新风空调箱c）按送风空气来源•直流式（全新风）无交叉污染，能耗高•循环式（封闭式）能耗低，空气质量差•混合式兼顾空气质量与能耗d）按服务对象•工艺性以工艺过程与产品的质量为目的，兼顾人员•舒适性以室内人员的健康、舒适为目的2.1.2制冷系统1）制冷及制冷系统概念制冷：运用人工方法将受控区域内的热量转移到区域外部，实现热量由低温向高温处的传递需要外界作功利用制冷剂的相变来吸收（蒸发过程）和释放（冷凝过程）热量，实现冷量的定向迁移在向受控区域内“供冷”时，必须向区域外放热，而且放热量大于“制冷量”••制冷系统的构成及制冷剂的循环从制冷循环分析节能的途径制冷系统性能系数•各种表示方式性能系数COP（CoefficientofPerformance）能效比EER（EnergyEfficiencyRatio）季节能效比SEER综合部分负荷性能系数IPLV（IntegratedPartLoadValue）IPLV=A×COP100%+B×COP75%+C×COP50%+D×COP25%•工程应用关注系统总产出/系统总能耗，即系统能效比2）热泵的概念•热泵是可以通过转换冷凝器与蒸发器的功能来实现供热的制冷装置通过消耗少量能量获得较多的热量，所以得到广泛的应用，有很好的发展前途根据热源形式可分为空气源热泵地源热泵：包括土壤源（地埋管）、地下水、地表水（海、湖、江、河、污水等）••空气源热泵空调器工作原理2012.10绿色建筑评价标准42空气冷却或加热压缩机室内热量排出到室外（夏季）提取室外热量（冬季）室外机室内机冷媒带走室内热量（夏季）或对室内加热（冬季）冷热源末端热泵系统举例：传统的大型空调系统2.1.3供热系统1）供热的概念•定义：生产、输配和应用中、低品位热能以满足生产和生活的需要•分类：工质：蒸汽、水、制冷剂系统：区域、集中、分散2）热源的形式•一次能源化石能源：煤、油、气、（核）等可再生能源：生物质、太阳能、地热等二次能源：电加热、各类热泵•余热与废热利用能源利用的原则：能源梯级利用，不使用高品位能源生产低品位热能2019/8/62.1.4流体输送系统1）输送工质分类空气系统•水系统制冷剂系统2）输送系统能耗的构成冷热源能耗（主机）末端能耗（空调箱、风机盘管、各类风口）管路能耗（包括各类调节控制部件如阀门）开式系统提升能耗（进出口压差或位差）需要设计人员计算系统阻力3）流体动力机械（1）类别泵——输送液体风机——输送气体——有不同的工作原理及容量(2）主要性能指标•流量全压（扬程、压头）•转速•效率•功率•••输入功率计算式泵与风机的性能曲线例图（某转速时）2.2暖通空调系统与节能的关系•在大型公共建筑中，暖通空调能耗占建筑运行能耗的主要部分•住宅建筑的暖通空调能耗受居民的生活方式及经济条件影响很大，但总体处于较低水平•在工业建筑中，暖通空调能耗虽然不一定占总能耗的主要比例，但能耗量可超民用建筑•经济发达地区夏季用电负荷的高峰主要是由空调用电造成的•许多暖通空调系统有节能改造的潜力2.3暖通空调系统节能的理念节能的前提是保障必要的建筑环境质量;节能是提高能源利用效率，不是简单降低能耗总量暖通空调节能是一项跨专业、系统性工程跨专业：与规划、建筑、设备、材料、控制、管理等专业密切相关系统性：涉及设计、施工、调试、运行管理、维护保养全过程节能与环保、可持续、绿色、低碳等理念本质上是一致的：提高能源利用效率、合理利用资源、减少对生态环境的不利影响•••3.暖通空调系统节能技术3.1总体要求1）合理准确地计算暖通空调负荷要求逐时计算负荷（不能按指标估算）——负荷估算偏大是大多数工程的通病，导致系统、设备都选型偏大，造价和运行费用偏高，系统效率偏低根据功能、使用时间用“同时使用系数”修正——规模越大、功能越多，系数越小••2）合理选择与组合能源种类（电、油、天然气等）及冷热源设备•优选当地可用能源•使用不同能源的冷热源设备效率不同•不同能源的价格及稳定性不同•不同能源的配套费