99空调系统节能技术

第五章空调系统节能技术背景•人们有超过90％的时间是在室内度过的室内环境比室外还要重要室内,92%室外,3%交通工具内,5%背景空调系统极大地改善了人们的生活、工作和居住条件。但很多建筑物由于本身结构设计不合理而业主往往只重视短期内的空调系统的性能标准和投资费用，且物业设施管理人员也往往只考虑设备完好和运转正常，都忽视了室内空气品质、通风、湿度及温度等室内环境因素对人员的身心健康及生产率的影响。背景世界卫生组织(WHO)曾警告，随着发展中国家经济的发展，摩天高楼的建造与空调设备的普遍应用，增加了某些疾病的传播机会，必须引起严重的关注。根据调查，由于建筑物及其内部设备造成的对人体健康的危害或疾病，种类达几十种。头痛、恶心、疲乏、失眠、记忆力衰退空调环境引起的人体三大类疾病急性传染病过敏性疾病病态建筑综合症如SARS过敏性肺炎等室内环境的基本要求就是保证人体的健康与舒适。•一、人体热舒适性1、热舒适的概念美国供暖制冷空调工程师学会标准ASHRAE55—1992中的叙述：“热舒适是人对热环境感到满意的意识状态”。这一定义认为热舒适是人体对周围环境在主观心理上的一个感知过程。•热舒适的研究涉及建筑热物理、人体热调节机理的生理学和人的心理学等学科。人体对热湿环境的反应人体的基本生理要求：维持体温基本恒定人体体温的生理特征人体体温特征人体的温度感受系统人的皮肤上存在对冷敏感的区域“冷点”和对热敏感的区域“热点”人体各部位的冷点数目明显多于热点，人体对冷对热更敏感。人体冷热感受系统热感觉•借助心理学的研究方法，我们把人体对热环境“冷”、“热”的主观心理描述定义为热感觉。5℃变热感觉热感觉冷人体与外界的热交换对流散热辐射散热皮肤散湿出汗蒸发皮肤湿扩散呼吸散湿2、人体热平衡方程3、人体热舒适的影响因素影响热舒适的因素有哪些呢？•二十世纪60年代,美国堪萨斯州立大学、丹麦哥本哈根工业大学相继建立了人体热感觉专用实验室,开始研究空气温度对热舒适的影响,以及周围物体温度、空气相对湿度和空气流动情况等因素对人体热舒适的影响。影响热舒适的因素主要分为三大类：环境因素、个体因素及其他影响因素。环境因素包括空气温度、空气相对湿度、空气流速、平均辐射温度。个体因素包括人的服装热阻、人能量代谢率和心理因素。其他因素包括人的背景因素，如性别、年龄、热瞬变等等。•1）环境因素•（1）空气温度空气温度在25℃左右时，脑力劳动的工作效率最高;低于18℃或高于28℃，工作效率急剧下降。（2）相对湿度一般认为最适宜的相对湿度为50%~60%。在大多数情况下，即气温16~25℃时，相对湿度在30%~70%范围内变化，对人体的热感觉影响不大。（3）空气风速人体各部分对周围空气流速分布的感觉是不同的，人的前额和踝部是人体最敏感的部位，对于坐姿的人，为高于地板以上0.lm和1.1m处。热环境怎么影响热舒适呢？•热环境空气温度：影响人体与外界对流换热即使受试者处于热中性状态，热环境中的垂直温差仍然使人感到不舒适。•热环境表面温度：影响人体与外界辐射换热•热环境空气温度：影响人体与外界对流质交换–高温环境：增加热感–低温环境：增加冷感•风速：影响人体与外界的对流热交换和对流质交换–吹风感：Draught，冷感和对皮肤的压力冲击。服装热阻：服装的作用是保温和阻碍湿扩散，因此服装影响人体与外界所有的换热形式。不同的服装，其热阻也不同。其中1clo=0.155m2K/W类类型型IIccll((cclloo))短短袖袖衬衬衣衣，，短短裤裤00..3366长长裤裤，，短短袖袖衬衬衫衫00..5577长长裤裤，，长长袖袖衬衬衫衫00..6611长长裤裤，，长长袖袖衬衬衫衫加加短短外外衣衣00..9966厚厚大大衣衣，，长长袖袖衬衬衫衫，，保保暖暖内内衣衣，，长长内内裤裤11..3344厚厚三三件件套套西西衣衣服服,,长长内内衣衣裤裤11..55厚厚毛毛衣衣00..3377厚厚长长大大衣衣00..6633厚厚裤裤子子00..3322工工作作服服00..22夹夹克克00..44舒适服装热阻与环境温度、相对风速、活动强度的关系00.511.52-25-20-15-10-50510152025环境温度(℃)服装热阻(clo)步行6.4km/hv=7.1m/sv=5.1m/sv=3.6m/sv=2.5m/s步行3.2km/hv=5.1m/sv=3.6m/sv=2.5m/s站立v=2.5m/sv=1.5m/sv=1.0m/sv=0.5m/sv=0.25m/s•人体的能量代谢率人体的能量代谢率直接影响人体与周围环境的热交换。人体的能量代谢率受多种因素的影响，如肌肉活动强度、环境温度高低、神经紧张强度、性别和年龄等。肌肉活动与代谢率•肌肉活动强度对代谢率起决定性的影响•一般室内运动代谢率多在5met以下代谢率单位met：1met=58.2W/m24、热舒适主要评价指标•在搜集了1396名美国与丹麦受测对象的热感觉表决票的基础上,Fanger提出了一个较为客观的度量热感觉的尺度指标——预期平均评价指标PMV(PredictedMeanVote),以反映对同一环境绝大多数人的冷热感觉。•但由于人与人之间的生理、心理及行为特点的差别,即使在PMV=0处,即大多数人认为室内环境为最佳热舒适状态,仍会有少数人对该热环境不满意,故用PPD(PredictedPercentageofDissatisfied)指标来表示对热环境不满意的百分数。1）预测平均投票值PMVPMV指标是以ASHRAE热感觉7分级法确定的人群对热环境的平均投票值。将人体蓄热率客观物理量与人体热感觉有机地建立了量化关系。2）预测不满意百分比PPD预测不满意百分比PPD来表示人群对热环境不满意的百分数，定义为在某一热环境中，热感觉投票值为-3、-2、+2、+3的投票数占所有投票数的百分率。5、我国的热舒适标准根据Fanger教授的热舒适理论，将PMV与PPD联系起来，形成热环境质量评价体系。ISO7730推荐，当-0.5≤PMV≤0.5，PPD≤10％，即认为环境是舒适的。通过研究热环境下人体热舒适感，而得到当人体感到热舒适时，环境参数组合的最佳范围和允许范围（即室内温度、湿度、风速的舒适区域）。ASHRAE舒适区确定室内空调温度•如：根据我国国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》规定，对舒适性空调和采暖，室内计算参数如下：夏季：温度24～28℃；相对湿度40%～65%；风速不大于0.3m/s冬季：温度18～22℃；相对湿度40%～60%（采暖不要求）；风速不大于0.2m/s。•（参考欧美热舒适区而设定的）SET*=24℃22.5℃，100％24℃，50%SET*＝20℃热舒适与建筑节能建筑热环境温度标准的高低，对能耗和投资都有显著影响，在相同的技术水平下，室温夏季每升高1℃，冬季每降低1℃，投资，冷负荷以及能耗可降低10％左右。因此，找符合我国实际的，既能保障人体热舒适又能达到节能效果的热环境温度标准是当前热舒适和节能研究的重点。空调•按对建筑环境控制功能分类1）控制热湿环境：空调、采暖2）控制污染物：通风、建筑防排烟控制对象和功能是互有交叉：空调也可稀释污染物，通风也可除去余热余湿。•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,范围：住宅、办公楼、商店、旅馆、餐馆（茶室、酒吧）、医院、客用火车、汽车、飞机等等特点：控制精度不高•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。范围：车间、特定用途的空间（货用的运输工具、核研究和实验、军事等）•特点：控制精度一般比较高，严格按照工艺要求020406080100120199119921993199419951996199719981999200020012002北京每百户居民空调器拥有量为什么要提倡空调节能•对国家：节约能源，保护环境，促进可持续发展–节能–减排–削减电力高峰负荷•对用户：节约空调运行费用空调节能，利国利民！各种形式的送风口背景•人们有超过90％的时间是在室内度过的室内环境比室外还要重要室内,92%室外,3%交通工具内,5%体育馆内的送风口体育馆内的排风口5.1空调系统节能的途径类别空调系统型式空调输送方式集中空调方式全空气系统定风量方式变风量方式(即VAV系统)分区、分层空调方式空气诱导方式冰蓄冷低温送风方式空气-水系统新风系统加风机盘管机组诱导机组系统全水系统水源热泵系统冷热水机组加末端装置分散空调方式直接蒸发式单元式空调机加末端设备(如风口)分体式空调器即VRV系统窗式空调器辐射板式辐射板供冷加新风系统辐射板供冷或供热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。低温送风空调方式项目低温送风方式常规空调方式送风温差(℃)10～208～10送风温度(℃)3～1110～15空调机组尺寸减少比例(％)20～300风管尺寸减少比例(％)30O风机功率减小(％)30～50O表低温送风与常规空调方式比较方案12345项目系统型式全空气全空气全空气空气—水空气—水无蓄冰部分蓄冰全蓄冰部分蓄冰全蓄冰送风温度（℃）12.84.44.44.44.4一次风风量(m3／h)14746084100841003168031680蓄冰量（%）—4610046100用电时间昼夜昼夜昼夜昼夜昼夜高峰制冷量(kW)930490390890450390840高峰空调用电量(kW)制冷／水系统284/115/10717/292102/10725/292空气分布系统1371011015959白天总耗电量(kW)42121611816184年空调电费相对值10.70.690.490.53系统初投资相对值10.971.180.891.06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。电网负荷白天与深夜有很大的峰谷差调节发电能力调节用户负荷一次性投资高蓄能成本高效率低蓄冷空调技术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。•至2000年，我国转移1～1.2×104MW峰负荷到低谷使用，其中3～5×103MW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