采暖空調節(jié)能技術

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,采暖空調和通風節(jié)能技術,重慶大學 肖益民,,2003/11/02,,,內容提要：,,一、房間空調器節(jié)能,,二、戶式中央空調節(jié)能,,三、利用良好的通風實現住宅節(jié)能,,四、中央空調系統(tǒng)節(jié)能,,五、熱泵節(jié)能技術,,六、熱電冷聯供的節(jié)能作用,,一、房間空調器節(jié)能,引言,,,房間空調器也就是人們常說的家用空調器。廣泛用于住宅、小型旅館飯店、辦公室等場所。據估計，到1998年，全國城鎮(zhèn)居民家庭空調器總擁有量2561萬臺。其中，中、南部地區(qū)（包括華中、華東、華南、西南地區(qū)）總擁有量為2258萬臺，占全國總

2、擁有量的88%。（集中在夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)）,,,調查對象：沙坪壩區(qū)沙北街259戶家庭,,,對象職業(yè)：,,公務員、職員、教師、工人、干部、私人醫(yī)生、下崗職工及待業(yè)人員等,,A、夏季使用空調情況,,安裝空調198戶，占76.45%,,未安裝空調61戶，占23.55%,,戶安空調臺數情況,,裝1臺空調器126戶，占空調安裝戶63.64%,,裝2臺空調器48戶，占空調安裝戶24.24%,,裝3臺空調器17戶，占空調安裝戶8.59%,,裝4臺空調器1戶，占空調安裝戶0.5%,,總計278臺，平均107.3臺/100戶,,B、冬季采暖情況,,未采暖用戶58戶，占22.39%,,采暖用戶201戶，

3、占77.61%,,采暖用戶采暖方式,,電暖器采暖145戶，占采暖用戶72.14%,,熱泵+電暖器采暖14戶，占采暖用戶6.97%,,熱泵采暖19戶，占采暖用戶9.45%,,燃氣及其他方式采暖23戶，占采暖用戶11.44%,,重慶市259戶居民的建筑空調采暖情況調查（2000年6月,）,,居民住宅空調采暖用能量巨大,,,調查結果表明，每百戶居民擁有空調器達107臺以上（按1匹/臺計）。據此估算，,重慶主城區(qū)夏季耗電5.96億kwh；冬季耗電4.17億kwh，合計10.13億kwh/年。,重慶市全年總用電量為300~350億kwh，則住宅空調采暖用電占3~4%左右，所占比例不大。但,最熱月可能占到

4、全市總用電的10~20%，比例相當大，而且最熱時間的用電，一般屬于高峰電，加大了峰谷差。,所以，房間空調器節(jié)能是很重要的。,,,房間空調器的節(jié)能技術,,,1、性能指標,,1）名義制冷量與供熱量,,空調器制冷或供熱時，在規(guī)定的試驗工況下，單位時間從密閉空間、房間或區(qū)域內除去的熱量稱為名義制冷量；而向密閉空間、房間或區(qū)域內供給的熱量稱為名義制熱量?？照{器在該工況下的實測制冷量或制熱量不應小于名義制冷量或供熱量的,8%,以上。,,試驗工況：制冷：(27/19.5℃）室內/（35/24℃）室外；,,熱泵：(21℃ /——）室內/（7/6℃）室外。,,此外，空調器使用的氣候環(huán)境分為T1、T2、T3三類，

5、通常為T1型。其最高環(huán)境溫度為43 ℃；熱泵最低-7℃（不帶除霜時為5℃）。,,,2）能效比——在額定工況下，,空調、采暖設備提供的冷量或熱量與設備本身消耗的能量之比。,,,能效比高說明空調器具有節(jié)能、省電的先決條件。國家有關部門指出，節(jié)能型空調器的能效比應大于3w/w。如果按現行標準與之比較，國產空調器達到節(jié)能型空調器的指標以后，節(jié)約的電能將是十分可觀的，以制冷量在2500~4500w的整體式空調器為例，如果能效比達到3，則大約可節(jié)省電耗20%。而現在市場上銷售的空調器的實測能效比，大都比國家規(guī)定的值稍低。所以，在空調器的設計制造方面，開發(fā)、采用先進的節(jié)能技術，是節(jié)約建筑物空調能耗的重要途徑

6、。,,,,在使用過程中，空氣環(huán)境是不斷變化的，空調器的運行啟停狀況、工作環(huán)境溫度、房間的夏季需冷量和冬季需熱量處在不停的變化之中，它的能效比也在不停地變化。,為比較科學地評價空調器的綜合能效特性，對空調供冷提出了季節(jié)能效比（SEER）、供熱提出了供暖季節(jié)性能系數（HSPF）的評價指標。SEER為整個供冷期間的總制冷量與供冷期間總電耗之比（w/w），HSPF為整個供暖期間總的供熱量與供暖期間總電耗之比（w/w）。,,我國制定的節(jié)能空調器的技術導向指標，將能效比和季節(jié)能效比分為,A,、,B,、,C,三級。制定這一分級指標的目的，是為了促進生產廠在技術革新上不斷地努力。其中A級比目前標準（GB/T7

7、725-98)能效比提高約39%。,3）季節(jié)能效比,,2、壓縮機節(jié)能技術,,數種風冷管道機或單元式空調機的主要性能 表10.2.1-1,,注：總消耗功率含壓縮機和室外側風機的輸入功率。表1名義工況為制冷時室內側7/12℃，室外側35℃；制熱時室內側40/45℃，室外側7℃。表2名義工況為夏季室內側27/19.5℃，室外側35/24℃；冬季室內20℃，室外7℃。表中有兩個數據時前一個為制冷工況、后一個為制熱工況時的值。,,目前家用空調器上多使用旋轉式壓縮機。,,第三代壓縮機——渦旋式壓縮機 其,主要優(yōu)點是：,①,沒有余隙容積,，壓縮過程泄露少，所以壓縮機的容積效率

8、高；而且，即使液體進入壓縮機也沒關系，不會發(fā)生液擊事故。,②,振動小，噪聲低,，吸氣、壓縮、排氣過程同時進行，排除的氣體幾乎是連續(xù)流動，壓力脈動非常小，壓縮機的轉速可達每分鐘,13000,轉。,③,沒有吸氣、排氣閥及因此而產生的阻力損失,和噪聲，壓縮機可靠性好。,,,3、制冷劑替代,,目前基本都使用R22，其熱力學性質非常好。但是，它的ODP=0.055（有1個氯原子），對臭氧層有破壞作用，按國際協定，R22在國內可以使用到2030年。,,目前的研究認為，R407C是R22的最具發(fā)展前景的替代工質。（R32/R125/R134a,混合比例：23%/25%/52%）,,注：ODP——（Ozone

9、 Depletion Potential）臭氧消耗潛能，以CFC11(R11)的ODP=1.0為比較標準。,,,4、蒸發(fā)器與冷凝器的節(jié)能技術,,制冷裝置的制冷系數隨著蒸發(fā)溫度的升高和冷凝溫度的降低而增高。,,,用于空調器的高效換熱技術主要有：,①采用內螺紋槽管。,其制冷劑側換熱系數可比光管提高,50~100%,。,②高效傳熱肋片加親水膜技術,。即在空調器蒸發(fā)器的肋片表面浸上一層氧化鋁等溶液的膜，使凝結水不形成水珠而是成膜狀流下，據實驗，采用此項技術蒸發(fā)器阻力可減少,40~50%,，風機功率下降,17.7%,，制冷量增加,2~3%,，從而提高了空調器的能效比。,③采用蒸發(fā)式冷凝器,。即在冷凝器上

10、噴水，其形式有兩種：一種是用甩水裝置把蒸發(fā)器外的凝結水甩灑到冷凝器表面；其二是凝結水,+,補充水用小水泵噴淋在冷凝器的表面，經實驗驗證，該方法可顯著提高空調器的能效比。,,,5、先進的節(jié)能控制技術在空調器中的應用,,1）,變速控制。,對壓縮機采用變轉速控制，節(jié)流部件采用電子膨脹閥調節(jié)制冷劑流量,。,,電子膨脹閥可以隨工況的需要任意調節(jié)開度，實現不同流量的制冷劑調節(jié)。傳統(tǒng)采用毛細管根據過冷度調節(jié)制冷劑流量，流量調節(jié)范圍不大,。,變速空調器全年運行耗電量比傳統(tǒng)空調器約少三分之一。,,2）模糊控制,,3）神經網絡控制,,后兩種控制方式只是采用了更先進的控制算法，來進行變轉速和制冷劑變流量控制，使得空

11、調器的部分負荷性能和季節(jié)能效比更高。,,標準建議，設備宜采用變頻調速控制。,,6、空調器應用中的節(jié)能技術,,1）正確選用,,2）正確安裝,,3）正確使用,,二、,戶式中央空調及,節(jié)能,戶式中央空調主要指制冷量在,7~40kW,（適用居住面積,100~400m,2,使用）的空調系統(tǒng),。,夏熱冬冷地區(qū)常使用熱泵型。目前常用如下五種型式。,,小型風冷熱泵冷熱水機組,,風冷熱泵管道式分體空調全空氣系統(tǒng),,多聯變頻變制冷劑流量熱泵空調系統(tǒng)（VRV）,,水源熱泵系統(tǒng),,戶式燃氣中央空調 （溴化鋰吸收式）,,,1、,戶式中央空調產品的分析與評價,,1）小型風冷熱泵冷熱水機組,,該種機組體積小、可放置在陽臺、

12、屋面等位置。由于冷熱管占空間小，一般不受層高的限制；室內末端裝置多為風機盤管，一般有風機調速和水量旁通等調節(jié)措施，可以對每個房間進行單獨調節(jié)；室內噪音較小。主要缺點是：①性能系數不高，主機容量調節(jié)性能較差，特別是部分負荷性能較差。該機組在名義工況下的制冷性能系數在,2.6~3.0,之間，與家用空調相差無幾，絕大多數廠家的產品均為,啟?？刂?，部分負荷性能系數更低，因而造成運行能耗及費用高；②室外機噪聲較大，一般在,53~65dBA,，高于家用空調器。家家戶戶都安裝在陽臺上，如果同時開啟，噪聲的影響可想而知。③很多機組需要用戶設置,膨脹水箱,，在住宅樓中很難找到合適的位置；④初投資也比較大。,,

13、,2）,風冷熱泵管道式分體空調系統(tǒng),,這種系統(tǒng)的最大優(yōu)點是可以獲得高質量的室內空氣品質，同時可以利用室外新風實現過渡季的全新風運行；相對于其他幾種家用中央空調系統(tǒng)造價較低。其主要問題是：①由于是全空氣系統(tǒng)，各空調房間難于實現獨立控制。②需要在房間內布置風管，要占用一定的使用空間，對建筑層高要求較高；③和風冷熱泵冷熱水機組一樣，能效比不高，調節(jié)性能差，運行費用高；室內噪聲大，大多數產品的噪聲在,50dBA,以上，需要采用消聲措施。,,,3）,VRV,系統(tǒng),,VRV,系統(tǒng)適用于獨立的住宅，也可用于集合式住宅。其室內機有多種型式供用戶選擇；制冷劑管路小，便于埋墻安裝或進行偽裝；該系統(tǒng)采用變頻能量調節(jié)

14、，部分負荷能效比高，運行費用低。其主要缺點是,初投資高,，是家用空調器的,2~3,倍；,房間新風比較難于解決,，如果再采用帶熱回收的新風系統(tǒng)，造價會更高；,系統(tǒng)的施工要求高,，難度大，從管材材質、制造工藝、零配件供應到現場焊接等要求都極為嚴格。,,,4）水源熱泵系統(tǒng),,以水為低位熱源，最大特點是,能效比高,，節(jié)省運行費用。此外，它克服了風冷式機組的兩大缺點：即冬季室外換熱器的結霜問題和隨室外氣溫降低供熱需求上升而制熱能力反而下降的供需矛盾問題。,對于獨立式住宅，采用土壤源熱泵系統(tǒng)具有優(yōu)越性。,,水源熱泵系統(tǒng)的主要問題是：①要有適宜的水源；②對水環(huán)熱泵系統(tǒng)，冬季需要另設輔助熱源；③土壤源熱泵系統(tǒng)

15、的造價較高，一般采用,U,型豎埋管的系統(tǒng)，每米孔深的造價在,40~50,元，每,1kcal,制冷量，室外埋管費用,0.7~0.8,元，而且需要建筑物周圍有適當的空地；要充分掌握當地的水文地質資料，而且室外埋管換熱器的設計是系統(tǒng)設計的關鍵，技術難度大，較難掌握。,,,5）戶式燃氣中央空調,,由于采用燃氣作能源，省電,80%,以上。,,按市場的一些產品計算，燃氣中央空調一次能源效率為,0.876,，冬季為,0.869,；夏季風冷熱泵冷熱水機組為,0.877,，冬季為,1.00,?？梢钥闯?，在夏季兩者基本相同，冬季風冷熱泵機組要優(yōu)于燃氣空調。不過，燃氣空調的部分負荷性能要好于風冷熱泵。以目前重慶地區(qū)

16、的能源價格比較二者的運行費，在名義工況下燃氣空調的費用要高于風冷熱泵機組，比值大約為,1,：,0.70~0.75,左右。當然隨能源價格的不同運行費的情況會有變化。,,2、戶式中央空調有關問題的討論,,1）機組的能耗指標,,,熱泵機組在使用壽命期間的能耗費用，一般是初投資的,5~10,倍。,,,根據2001年的一個調查，9,種風冷熱泵冷熱水機組的制冷能效比平均值為,2.83,，制熱性能系數平均值為,3.23,；,10,種管道機和單元式空調機的平均制冷能效比為,2.68,，制熱性能系數平均為,2.96,。上述能效指標略高于房間空調器，但相差不大；個別產品還低于房間空調器。,,,目前的戶式中央空調產

17、品，沒有提供部分負荷性能系數。實際上，由于目前大多數產品的容量調節(jié)手段單一落后，對其部分負荷性能不能有過高的期望。,,,2）能量調節(jié),,良好的能量調節(jié)措施是提高部分負荷性能與季節(jié)能效比的關鍵。根據目前的市場現狀，建議采用如下能量調節(jié)措施：,,1,）采用雙速壓縮機。,,2,）采用雙機并聯機組。,,3,）采用變速壓縮機和電子膨脹閥調節(jié)制冷劑的循環(huán)流量，從而實現機組的能量調節(jié)。在某新開發(fā)的戶式中央空調中采用變頻壓縮機（,30~90HZ,）、電子膨脹閥及配套的控制器、傳感器等，共增加投資,2500~3000,元，用戶可以接受，而節(jié)能性能卻得到了大大的提高。,,4,）風機、水泵調速,,,3）應用強化傳熱

18、技術,,空氣側換熱器的肋片形式優(yōu)化、采用內螺紋管等技術。特別注意換熱器的氣流阻力和結霜特性、換熱器風量等。風量應在500m3/h/kW左右。,,水側換熱器采用板式要好于套管式，但要注意結垢的影響和作為蒸發(fā)器時的回油問題。,,,4）結語,,就目前中國的住宅現狀而言，采用戶式中央空調還存在許多問題：,,由于調節(jié)特性的限制，部分負荷性能差，加上比房間空調器增加了換熱環(huán)節(jié)和流體輸送環(huán)節(jié)，能效并不一定優(yōu)于房間空調器。,,集合式住宅的限制，并沒有完全解決新風問題，室內空氣品質并沒有根本改變。,,實際經驗看，設計安裝較復雜，需要進行專業(yè)的設計安裝，一般裝修公司難以勝任。,,三、利用良好的通風實現住宅節(jié)能,,

19、1、通風路徑：新鮮空氣——居室——廚衛(wèi)——排除,,2、18~28,℃優(yōu)先利用通風滿足室內熱環(huán)境需求；其余氣候條件要避免大量冷熱風侵入。,,3、優(yōu)先利用風壓、熱壓作為通風動力。,,4、有條件時可利用熱回收裝置（如新風換氣機）進行排風熱回收。,,三、中央空調系統(tǒng)節(jié)能,,1、負荷與裝機容量,,1）目前普遍存在“大馬拉小車”的問題。,,根據同濟大學等單位的調查，大約有67%的賓館飯店按94~163W/m2建筑面積選取制冷設備，而83%的工程實際開機容量只有58~93W/m2。目前的公用建筑節(jié)能設計標準《旅游旅館建筑熱工與空氣調節(jié)節(jié)能設計標準GB 50189-93》沒有對負荷指標加以明確規(guī)定。,,2）室

20、內設計參數,,實踐經驗證明，夏季室內溫度低,1,℃或冬季高,1,℃，暖通空調工程投資約增加,6,％，能耗將增加,8,％左右。此外，理想的夏季室內溫度是比周圍環(huán)境溫度低,5~8,℃為好。有資料推薦用下面經驗公式確定夏季室內允許的最低溫度，即：,t,室內,＝,22,十（,t,H,-21,）,/3,式中，,t,H,為當地夏季室外通風設計溫度。如重慶，,t,H,＝,33,℃，則,t,室內,＝,22,十（,33-21,）,/3,＝,26,℃，說明重慶地區(qū)夏季室內設計溫度不低于,26,℃為好。,,除了室內設計溫度外，合理選取相對濕度的設計值以及溫濕度參數的合理搭配也是減小設計負荷的重要途徑，特別是在新風量

21、要求較大的場合，適當提高設計相對濕度，可大大降低設計負荷，而在標準范圍內（,?,=40~65%,），提高相對濕度設計值對人體的舒適影響甚微。,,,3）新風負荷,,新風負荷在空調設計負荷中占有很大的比重。夏季冷負荷大約與維護結構傳熱冷負荷相當，冬季則高于此。在目前，一方面存在新風量過小的問題，另一方面，又存在新風品質不好的問題。,,采用熱交換器對新風和排風進行熱交換，是降低節(jié)約新風處理能耗的關鍵技術措施。,,2、冷熱源節(jié)能,,1）冷熱源形式與能耗特性,,常用的冷熱源形式：①電動冷水機組供冷、燃油鍋爐供熱，供應能源為電和輕油；②電動冷水機組供冷和電熱鍋爐供熱，供應能源為電；③風冷熱泵冷熱水機組供冷

22、、供熱，供應能源為電；④蒸氣型溴化鋰吸收式冷水機組供冷、熱網蒸汽供熱，供應能源為熱網蒸汽、少量的電；⑤直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組供冷供熱，供應能源為輕油或燃氣、少量的電；⑥水環(huán)熱泵系統(tǒng)供冷供熱，輔助熱源為燃油、燃氣鍋爐等，供應能源為電、輕油或燃氣。其中，電動制冷機組（或熱泵機組）根據壓縮機的型式不同，又可分為往復式、螺桿式、離心式三種。衡量它們的節(jié)能性需要把各種能源形式全部折算成同一種一次能源，并用一次能源效率,OEER,來進行比較。,,,工況,,冷熱源型式,輸入,,能源,額定工況時能耗指標,季節(jié)平均,EER,,或εh,ζ,OEER,EER,ζ,OEER,夏季制冷,,活塞式冷水機組,電,3.

23、9,,,1.19,3.4,,,1.034,螺桿式冷水機組,電,4.1,,,1.25,3.60,,,1.094,離心式冷水機組,電,4.4,,,1.34,3.90,,,1.186,活塞式風冷熱泵冷熱水機組,電,3.65,,,1.11,3.20,,,1.034,螺桿式風冷熱泵冷熱水電機組,電,3.80,,,1.16,3.40,3.40,0.969,蒸汽雙效溴化鋰吸收式冷水機組,煤,,1.15,0.71,,,1.05,0.648,蒸汽雙效溴化鋰吸收式冷水機組,油/氣,,1.15,0.93,,,1.05,0.875,直燃型雙效溴比鏗吸收式冷熱水機組,電,,,1.09,1.09,,,0.95,0.95,

24、冬季制熱,,活塞式風冷熱泵冷熱水機組,電,3.85,,,1.17,3.45,,,1.049,螺桿式風冷熱泵冷熱水機組,電,3.93,,,1.20,3.63,,,1.104,直燃型雙效溴化鋰吸收式冷熱水機組,油/氣,,,0.90,0.90,,,0.75,0.75,電鍋爐,電,1.0,,,0.304,0.9,,,0.274,燃油鍋爐,油,,,0.85,0.85,,,0.75,0.75,采暖鍋爐,煤,,,0.65,0.65,,,0.60,0.60,注：額定工況：冷水機組——冷凍水進、出口溫度,12/7,℃，冷卻水進出口溫度,32/37,℃；熱泵冷熱水機組——夏天環(huán)境溫度,35,℃，冷水出水溫度,7,

25、℃；冬季環(huán)境溫度,7,℃，熱水出水溫度,45,℃。,,,3、水系統(tǒng)節(jié)能,,目前空調水系統(tǒng)的輸配用電，在冬季供暖期約占動力用電的,20~25,％，在夏季供冷期約占動力用電的,12~24,％。因此，降低空調水系統(tǒng)的輸配用電是中央空調系統(tǒng)節(jié)約用電的一個重要環(huán)節(jié)。,,根據對一些高層賓館、飯店空調冷凍水水系統(tǒng)的調查測試表明，,普遍存在著不合理的大流量小溫差問題。,冬季供暖水系統(tǒng)的供回水溫差：較好情況為,8~10,℃，較差的情況只有,3,℃。夏季冷凍水系統(tǒng)的供回水溫差：較好情況為,3,℃左右，較差的情況只有,l~1.5,℃。而循環(huán)水量大大超出設計水量。,,,節(jié)能標準對水系統(tǒng)的規(guī)定及現狀,,水輸送系數,WT

26、F,為輸送的冷（熱）量與水泵的電力消耗（,kW/kW,）之比，它的大小是檢驗供回水溫差、水力平衡計算及水泵選擇是否經濟合理的綜合指標。,按節(jié)能標準規(guī)定：空調供冷,WTF,不應小于,30,；冬季供暖，寒冷和夏熱冬冷地區(qū)不應小于,150,。,對實際工程的,WTF,值進行的實測表明，平均比節(jié)能標準規(guī)定值多耗電,20,％~40％。而造成這種現象的原因就是大流量小溫差運行。,,,節(jié)能標準——,《旅游旅館建筑熱工與空氣調節(jié)節(jié)能設計標準,GB50189-93,》,,,水系統(tǒng)節(jié)能的關鍵技術措施,,1）通過設計和調試達到分支環(huán)路的水力平衡。,,2）采用變流量水系統(tǒng),,一級變流量水系統(tǒng)節(jié)能是在部分負荷時，通過水泵

27、的臺數調節(jié)實現的。（因為要保證蒸發(fā)器的流量穩(wěn)定。）,,二級泵變流量系統(tǒng)除一次泵臺數調節(jié)外，還可根據負荷變化對二次泵采用變轉速調節(jié)，從而獲得更大的節(jié)能。,,變流量系統(tǒng)的實現需要自控措施保證，其控制規(guī)律并不復雜。,,3）減少水垢、設備腐蝕、青苔等對傳熱性能和流動阻力的影響。,,4、風系統(tǒng)節(jié)能,,耗能設備——風機,,1）設備選擇,,應選用漏風量及外形尺寸小的機組。國家標準規(guī)定在,700Pa,壓力時的漏風量不應大于,3,％。,目前很多廠的產品漏風量均在,5,％以上，有的高達,10,％。實測證明：漏風量,5,％，風機功率增加,16,％；漏風量,l 0,％，風機功率增加,33,％；漏風量達到,15,％時，

28、風機功率增加,50,％。空氣輸送系數,ATF,為單位風機消耗功率所輸送的顯熱量（,kW/kW,），選擇機組時應校核和比較,ATF,的大小，選擇,ATF,較大的機組。,(標準沒有限制ATF值。）,,,2）變風量系統(tǒng),,基本原理：通過改變送入房間的風量來滿足室內變化的負荷。在部分負荷時，相比定風量系統(tǒng)，節(jié)約了風機運行的能耗。,,變風量系統(tǒng)實現的關鍵在于控制系統(tǒng)。由于各個末端變風量裝置之間、新風、回風及送風之間的關聯耦合，使其控制系統(tǒng)特性非常復雜。要設計要控制系統(tǒng)，必須對風系統(tǒng)的動力、阻力及設備的換熱特性有深入的認識。因此，應由暖通工程師、控制工程師以及設備廠商技術人員配合共同完成控制系統(tǒng)的設計與調

29、整。,,5、,“空調大溫差”,所謂“空調大溫差”是指送風或送水的溫差比常規(guī)系統(tǒng)的溫差大。,,①采用大溫差送風，送風溫差達到,14~20,℃；,,②冷卻水的大溫差系統(tǒng)，冷卻水溫差達到,8,℃左右；③冷凍水大溫差系統(tǒng)，冷凍水溫差達到,8,～,10,℃；,,④與冰蓄冷相結合的低溫送風大溫差和冷凍水大溫差系統(tǒng)，送風溫差達到,17~23,℃，冷凍水溫差達到,10~15,℃等。,,對這些攜帶冷熱量的介質循環(huán)，采用較大的循環(huán)溫差后，循環(huán)流量將減小，可以節(jié)約一定的輸送能耗并降低輸送管網的初投資。,,,四、熱泵技術,,熱泵工作的熱力學原理與制冷機相同。按照國際制冷辭典的定義，熱泵就是以冷凝器放出的熱量來供熱的制

30、冷系統(tǒng)。所不同的是它們所要求的效果和工作的溫度范圍不同。,,熱泵的能效特性用制熱性能系數和制熱季節(jié)性能系數以及能源利用系數來衡量。,,夏熱冬冷地區(qū)夏季炎熱潮濕，冬季較為寒冷(但溫度不太低)，氣候特點總的說來比較適宜于熱泵的應用。,,熱泵技術與建筑節(jié)能,,熱泵作為暖通空調冷熱源的能源利用系數E比傳統(tǒng)熱源方式高,。,傳統(tǒng)供熱方式的,E,值,與傳統(tǒng)供熱方式,E,值相當的ε,h,值,小型鍋爐,E=0.5,1.75,小區(qū)鍋爐房,E=0.646,2.27,集中鍋爐房供熱,E=0.74,2.43,熱電聯產,E=0.88,2.89,,熱泵技術與建筑節(jié)能,,國標,GB/T-7725-1996（空氣調節(jié)器）,規(guī)定

31、，小于,14kW,的熱泵型房間空調器的ε,h,在,2.45~2.70,之間；而大型熱泵的ε,h,值一般大于,3,，所以采用熱泵是節(jié)能的。,,熱泵技術與建筑節(jié)能,,暖通空調用熱是熱泵的理想用戶,,熱泵的供熱系數隨供熱溫度的降低和低位熱源溫度的升高而增大。在暖通空調工程中，所要求的供熱溫度都不高。以風機盤管為例，只需要供給,50~60,℃的熱水，而采用地板輻射采暖等方式只需,40,～,45,℃左右。在夏熱冬冷地區(qū)，冬季氣溫不是很低，同時地熱源豐富，如土壤、地表水等，為熱泵提供了較好的低位熱源，有利于提高熱泵的ε,h,值。,,熱泵的應用是改善生態(tài)環(huán)境的有效措施,,保護大氣環(huán)境已成為人類的共識?；?/p>

32、料在燃燒過程中排放的,CO,2,等溫室氣體會對大氣層產生極大破壞作用。在很多的城市中心區(qū)域，已禁止使用燃煤和燃油鍋爐，如上海的市中心區(qū)和浦東新區(qū)，在這些地區(qū)使用熱泵無疑是有利于環(huán)保的選擇。當然，熱泵用電可能來源于化石燃料燃燒，但集中燃燒便于集中治理；熱泵的節(jié)能相當于減少了化石燃料的燃燒量，從而減少了溫室氣體排放量。與燃煤鍋爐相比，使用熱泵可減少,30%,的,CO,2,排放量。這些都有利于保護生態(tài)環(huán)境。,,,空氣熱源熱泵及應用,,平衡點,,隨著室外溫度的降低，熱泵的制熱性能系數降低。而建筑物所需要的供熱量上升。,,O,1,O,2,Q,B,A,熱量,氣溫,0,,圖中，A熱泵的容量大于B，其平衡點溫

33、度低。氣溫低于平衡點溫度時，需要投入輔助熱源?？梢姡胶恻c的選取影響到熱泵的運行費及系統(tǒng)投資，與輔助熱源的形式有關。若輔助電鍋爐，則應取較低的平衡點溫度。,,結霜與除霜,,冬季氣溫較低、濕度較大時，室外換熱器容易結霜。,,目前除霜方法多用熱氣除霜，即將系統(tǒng)按制冷模式運行,，實際上是從房間抽取熱量（加上電機運轉能量），為無效用能。因此因盡可能減少結霜。,,夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點適宜應用空氣熱源熱泵,,對于氣候適中，度日數不超過,3000,的地區(qū)，采用空氣熱源熱泵仍是經濟的。我國夏熱冬冷地區(qū)的度日數（以,18,℃為基準）基本在,800,～,2000,℃,.d,之間，適合于空氣熱源熱泵的應用,。,,

34、夏熱冬冷地區(qū)冬季室外溫度較高，大部分地區(qū)因結霜帶來的效率損失并不嚴重，特別是機組在白天運行時，結霜損失更小。但某些地區(qū)的相對濕度大，則應注意此問題。,,,水源熱泵及其應用,,水熱源熱泵系統(tǒng)在制熱時以水為低位熱源而在制冷時以水為排熱源。以水作為熱源，換熱器的尺寸可以較?。粺岜孟到y(tǒng)的能效比較高。所以在易于獲得大量的溫度較為穩(wěn)定的水的地方，水是熱泵理想的熱源。如地下水、江河湖海的地表水等。用水作為熱源不存在蒸發(fā)器表面結霜的問題。但用水作為熱源時水系統(tǒng)比較復雜，又需要消耗水泵的功率，如果水質硬度較大，還會造成換熱器表面結垢，使設備的傳熱性能下降；當水中含氯離子量大時，還會造成設備的腐蝕。,,,應重視利

35、用地表水作為熱泵熱源,,在夏熱冬冷地區(qū)，存在著大量的江河湖泊，其中蘊藏著豐富的低位熱能。比如重慶、武漢、上海、宜昌、杭州等，都濱臨大江、大湖甚至大海，在廣大的鄉(xiāng)村、小城鎮(zhèn)，周圍都有很多的河流、湖泊、水塘等，如果合理地將它們作為熱泵系統(tǒng)的熱源，對建筑物進行冷暖空調，將起到非常好的節(jié)能效果。,,深井回灌水源熱泵系統(tǒng),,利用大地蓄能。能效比高。,,冬季從地下取熱存冷，夏季取冷存熱，若建筑物冬季供熱量與夏季供冷量差不多，則一年內能保證地下基本熱平衡。據報道，奧運村規(guī)劃大規(guī)模采用此種方式。,,關鍵：1）真正回灌,,2）地下熱平衡,,圖10.4.4-1 深井回灌水源熱泵系統(tǒng),,水環(huán)路熱泵系統(tǒng),,也稱加利福

36、尼亞系統(tǒng),。,,這種水環(huán)路熱泵系統(tǒng)可看作是一種熱回收系統(tǒng)。在建筑物需要同時供冷和供熱時，可以將供冷區(qū)的排熱轉移到供熱區(qū)，從而節(jié)省能量。否則，需要冷卻塔（供冷時）排熱或輔助鍋爐（供熱時）加熱。,,省去了集中冷熱源機房，便于分別計費。但利用新風麻煩。,,土壤熱源熱泵,,,,特點,,地表以下一定深度溫度穩(wěn)定。,,利用大地作為蓄能器，起到季節(jié)氣候能量的蓄存和轉移作用。,,能效比高。重慶地區(qū)連續(xù)3年的實測表明，,在夏季，土壤源熱泵系統(tǒng)長期間歇運行，維持室溫≤,28,℃，制冷工況綜合能效比達,4.094,，明顯高于,GB/T7725,規(guī)定的風冷熱泵空調器的名義工況能效比（,2.5~2.7,）。在冬季，室溫

37、維持在,17~22,℃之間，熱泵性能系數達,4.48,。,,關鍵技術：室外地下埋管換熱器設計與施工,埋管形式：水平埋管與豎埋管。多采用豎埋管（換熱好，節(jié)省占地）。豎埋管主要有U型、套管型，埋深最高達180m。,,關鍵參數：埋深；間距；單位管長換熱量。,,埋深、間距與埋管的回路形式有關。,,在通常的情形下，豎埋管的單位深度換熱量在,70~110W/m,之間，而橫埋管，換熱指標僅在,20~40W/m,左右。重慶實測：地下套管換熱器夏季平均,93.6W/m,。在冬季，平均約,76.9W/m,。,,,實例,,1）10kW套管換熱器+熱泵+冷暖地板（重大B區(qū)暖通實驗樓。）,,2）重慶近郊某多居室（130

38、m2）+60m2門面地源熱泵系統(tǒng)。U型埋管，6口豎井，深約50m*6。室內為直接蒸發(fā)式風機盤管機組。2001年3月建成，運行效果良好。造價約200元/m2，其中室外鉆井占20%，管材管件30%，設備占50%?？梢?，降低施工及管材成本是降低造價的關鍵。（目前管材降價。）,,2）重大B區(qū)暖通實驗樓U型埋管熱泵系統(tǒng)（約50m*6孔）。,,五、熱電冷聯供的節(jié)能作用,,熱能驅動制冷可回收利用各種低品位余熱，有利于能量的梯級利用。同時，熱制冷必然存在一個供熱系統(tǒng)，稱為冷熱聯供。在熱電聯產情況下利用排汽熱供熱供冷，稱為熱電冷三聯供。,,要比較“聯供”與其他形式的暖通空調冷熱源的能耗情況，需要把他們消耗的能量

39、都折合成一次能， 用“一次能耗率”比較。 “一次能耗率”是一次能耗量與輸出能量之比，該值越高，意味著越耗能。,,氣輪機熱電廠利用作功后的蒸汽供熱（制冷），大大提高了熱電廠的能源利用率。同時也導致消耗同等數量燃料熱量所發(fā)出的電量減少。把減少的發(fā)電量折合為一次能量，就是“聯供”所消耗的一次能。,,用聯產熱驅動制冷機供冷，當制冷機組性能系數COP相同時，比用鍋爐或直燃機驅動總是節(jié)能的；與電制冷相比，由于電制冷的COP高，則出現不同的情況。以進氣壓力9.0MPa的氣輪機排汽驅動雙效吸收式制冷為例，大致和COP=4.0的電制冷能耗相當，好于小型電制冷機組，卻不如大型電制冷機組；如果驅動單效吸收式制冷機，

40、則只與COP=3.0的電制冷機組相當。,,當采用廢熱驅動制冷機時，由于這些“免費”的熱量品位太低，所以制冷機的效率（COP）很低，而且往往需要輔助熱源。因此，這種系統(tǒng)是否節(jié)能，要看“免費”的廢熱所占的比重。,,利用熱電聯產熱供暖或利用熱泵供暖，一定比鍋爐供暖節(jié)能；而電供暖的一次能耗率最高，最不節(jié)能。因此《標準》解釋，只有在可利用電鍋爐在電力低谷蓄熱時，或局部短時間采暖時才宜選用電供熱方式。,,利用氣輪機排汽供暖，一次能耗率低，優(yōu)于能效比<=6.0的電動熱泵。,,謝謝大家！,,五、蓄冷空調技術,,1,）全部或部分轉移了制冷機組電力負荷高峰用電。如果有優(yōu)惠的分時電價政策，可以節(jié)約運行費。,,2,）

41、空調蓄冷系統(tǒng)的制冷設備容量和功率小于常規(guī)空調系統(tǒng)，一般可減少,30~50,％。由于增加了蓄冷器及其輔助設備，一般比常規(guī)空調系統(tǒng)初投資高。,,3）空調蓄冷系統(tǒng)中制冷設備滿負荷運行比例增大，運行工況穩(wěn)定，提高了設備利用率。,,4）空調蓄冷系統(tǒng)并不一定節(jié)電。綜合考慮發(fā)電與電力輸送系統(tǒng)，則肯定是節(jié)能的。當然，蓄冷系統(tǒng)在夜間蓄冷運行時，基本上是滿負荷運行，且空氣溫度低，有利于制冷效率的提高。但在蓄冰系統(tǒng)中，其蓄冷溫度為,-4~-6,℃，增加了制冷機的能耗率。此外，尚有蓄冷設備的熱損失及二次換熱損失等。因此，一般對水蓄冷和共晶鹽蓄冷系統(tǒng)會節(jié)能，而對蓄冰系統(tǒng)可能是不節(jié)能的。,,,與冰蓄冷相結合的低溫送風空調系統(tǒng),,冰蓄冷系統(tǒng)能提供,1.1~3.3,℃的低溫冷凍水，為采用低溫送風系統(tǒng)提供了條件。低溫送風系統(tǒng)一次風的送風溫度一般在,3~11,℃之間。常規(guī)全空氣系統(tǒng)中，送風溫差一般控制在8~10℃；低溫送風系統(tǒng)中，送風溫差可達13~20℃。從而減少風機耗用的電能，也減少了一次風處理設備、送風機及相應的送風管道的初投資。,,,水蓄冷空調系統(tǒng),,需要大容積的蓄冷池。在日本運用較多。,,在高層建筑中，利用消防水池作蓄冷池。巧妙設計系統(tǒng)形式、運行模式等，可以實現運行節(jié)能。,,通過冷凍水“大溫差”循環(huán)運行，可以提高蓄冷水池的蓄冷量。經分析，在供冷季的大多數運行時間，能夠實現冷凍水“大溫差”循環(huán)。,,