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1.1冷热源
空调系统夏季设计总冷负荷为11476kW,单位建筑面积的冷负荷指标为150W/m2;冬季设计总热负荷为7000kW,单位建筑面积的热负荷指标为82W/m2。根据工程使用功能特点及业主对该工程的定位,从节能方面考虑,空调冷源选用4台制冷性能优越的离心式变频电制冷机组,单台制冷量为3165kW,COP为5.83。同时考虑到过渡季节极低负荷下部分负荷的需要,辅以1台水冷螺杆式电制冷机组进行调节,制冷量为1055kW,COP为5.55。当冬季冷却水进入螺杆式冷水机组的温度低于15℃时,螺杆式冷水机组低温保护停止运行,则利用板式换热器及冷却塔免费制冷。空调系统的热源选用3台制热容量为2400kW的真空燃气热水锅炉。制冷机组冷冻水供回水温度为6℃/12℃,冷却水的供回水温度为32℃/37℃。真空锅炉热水供回水温度为65℃/55℃。免费制冷板换的一次侧供回水温度5℃/10℃,板换二次侧的供回水温度为6℃/12℃。
1.2冷热水系统
空调水系统采用机械循环四管异程式,一次泵变频变流量系统。冷冻水分、集水器间设置压差旁通装置以保证只有1台冷冻水泵在最低负荷运行时供回水管路压力平衡。为离心式冷水机组设置5台变频冷冻水泵;为螺杆式冷水机组设置2台定频冷冻水泵,免费制冷板式换热器和螺杆式冷水机组共用冷冻水泵;为真空锅炉设置4台变频热水泵。冷冻水及热水系统均设置分集水器,分集水器均设置一路商业空调,一路办公塔楼,一路备用。空调冷源水系统原理图见图1。
1.3冷却水系统
为离心式冷水机组配置5台变频冷却水泵,为螺杆式冷水机组配置2台定频冷却水泵,免费制冷板书换热器和螺杆式冷水机组共有冷却水泵;塔楼屋面层设置8台400m3/h的开式横流冷却塔,各冷却塔风扇设置变频器,且均带有防冻电加热器,屋面层室外的冷却水供回水管包裹电热拌线,以保证全年正常使用。按照绿色三星评定的要求,项目设置余热利用系统,通过容积式换热器将冷却水与市政给水进行换热,作为生活热水供热的预热。为满足大厦计算机机房、通讯设备用房的特殊需求,项目在塔楼屋面层设置24h冷却水系统,提供32℃/37℃的冷却水至4~27层办公楼标准层。系统设置3台125m3/h的闭式冷却塔(2用1备),3台变频冷却水泵,冷却水系统采用竖向、横向皆同程,以利于系统的水力平衡。
1.4空调风系统
1.4.1零售、餐厅等小分隔的商业租户用房
由于商业租户区不同的小租户某一时刻对空调有不同的需求,故租户区采用风机盘管加新风机组的灵活多变的空调形式,由新风机组将室外新风经降温或升温、加湿等处理后送入商业租户区,于租户商铺高位预留新风管接驳口;排风则由各层卫生间及厨房排油烟机排至室外。定义为餐厅的商业租户配备厨房空间,厨房高位预留排油烟风管和补风管,集中设置风机具有变频调节功能的排油烟机和新风机组。
1.4.2办公塔楼标准层
由于办公塔楼标准层办公区的进深达到13m,存在内外负荷需求的差异,故将标准层的办公区分为内外区。内外区送风系统设置如下:内区末端设置单风道变风量箱,外区末端设置并联式风机助动型变风量箱(FPB),FPB带热水盘管。内外区变风量箱均设置温度控制器,冬夏季根据温度控制器通过一次风进风风量调节室内温度。办公塔楼标准层核心筒的两侧设置了2个空调机房,机房内各放置了1台变风量空调机组,并采用上回上出的气流方式。裙房4层、塔楼的避难层、屋面层分别设置带热回收功能的新房机组,新房机组通过热管式换热器与塔楼的卫生间、办公区的排风进行换热后进入新房机组处理,经过集中处理后的新房经竖直新风管送入标准层的空调机组,标准层进入空调机组的新风管设置定风量箱CAV,新风与室内回风混合并经空调机组处理后送入室内。各标准层的卫生间、办公区排风汇集至排风立管,由置于裙房4层、塔楼的避难层、屋面层的排风机经热回收后排至大气当中。
1.4.3商场公共区域
商场公共区域采用单风道全空气系统。按照绿色三星评定的要求,过渡季节商业裙房公共区域的AHU机组新风阀全开,新风量调整为机组总送风量的50%,同时,调整回风阀的开启阀门调改新回风比,利用AHU机组引入室外的新风作为裙房公共区域的免费冷却,中庭顶部设置手动窗(平时常闭),当采用50%新风模式时手动开启通风窗,以释放过量的新风达到风量平衡;夏季,商业裙房公共区域的AHU机组新风阀调整至夏季运行工况,回风阀调整至全开,引入室外的新风经降温处理后送入裙房公共区域。
1.4.4办公大堂区域
办公大堂设置组合型空调机组,采用单风道集中送风方式,吊顶高位均匀设置条形喷射风口,夏季供应冷风,冬季供应热风。由于办公大堂层高12m,吊顶高度9.6m,为高大空间的建筑布局,在冬季供暖时,下送的热空气由于密度差的因素会有上浮的存在而导致人员活动区域达不到设计温度的可能。因而综合考虑办公大堂的使用功能和人的舒适性的前提下,冬季采用AHU空调机组下送热风及大堂周边玻璃幕墙内侧设置地板散热器共同供暖的采暖方式。同时,为了了解冬季AHU空调机组及地板散热器共同供暖的有效性,利用CFD流体计算软件进行了办公大堂热环境的动态模拟分析。为模拟室外风场对室内气流的影响,建模过程中考虑了室外风场的影响,在稳态的基础上增加了室外来风的作用空间。该模型是在稳态模型的基础上建立起来的。空调机组高位条形喷射风口的送风温度为28℃,地板散热器的风口出风温度为37℃。办公大堂的玻璃门朝向东开,分析时取垂直于玻璃门的方向,即图中的x方向,此时,可同时监测到室内与室外的温度变化。在门打开后。室外气流涌入办公大厅的过程,在门打开后20s的时间内,室外冷空气只有一部分以低温存在于办公大堂空间中,随着冷空气的深入,不断与室内空气掺混,温度逐渐升高,最终以18℃的空气向室内蔓延,在20s时间内距地面1m高度以下80%的空间被18℃的冷空气占领。并且在冷空气从门下部侵入室内的过程中,不断有室内热气流从门上部溢出,这一现象符合能量守恒定律,同时也可以从温度分布图中看出。3min后,中庭内部的温度分布可从图7得到:在门打开3min后,室内温度进一步降低,整个2m以下的空间都被冷空气所占领,并且出现明显的温度分层。下部温度低,上部温度高,且温差10℃左右,室内人员将明显有冷感觉。由上述办公大堂热环境的动态模拟可知,在冬季室外温度较低时,尽量不要同时打开4扇玻璃门,当需要通过打开玻璃门来换气时,不要选择寒冷的早晨和傍晚,尽量在稍微温暖的中午;开门时间不宜过长,否则室内温度下降太低,在必须开启玻璃门时,不要同时开启4扇玻璃门,打开其中1扇或者2扇,优先打开东南朝向的玻璃门,因其冷风侵入较少。
2空调节能自动控制
项目设置楼宇自控系统。制冷机房设置全变频监控系统,系统设置一套设备(冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔风扇均为变频机组)能耗及效率监控中心,逐时分析并计算中央制冷站内各主要设备在不同变频速率下的最佳工况值或能源效率,并且在保证最不利点压力值的状态下,主动发出变频设定信号以指令相关设备按此变频数值运行,从而达至“自我寻优”的最佳运行效果,以节约总体的制冷能耗。办公塔楼变风量系统综合使用房间温度控制、送风量控制、送回风风量匹配控制、新排风风量控制和送风温度控制等多种控制方式。回风管里安装CO2探测器、探测CO2的浓度以便调节区域的新风量。调节AHU机组新风入口处CAVBOX和排风阀在设定的位置,室内新风量必须大于排风量,以保持室内微正压。CAVBOX将设风量探测报警器,与BMS系统兼容监测在每段时刻所送的新风量是否在设定值的范围内,在新风量设计定值偏离设计值超过10%时报警。空调机组、新风机组的出水管上均安装比例积分电动调节阀,通过改变水流量来控制所需空气温度。商业裙房公共区域的空调机组以回风温度作为控制信号;新风机组以送风温度作为控制信号;办公塔楼空调机组以机组设定送风温度及VAV回风温度作为控制信号。在过渡季节,商业裙房公共区域根据室内温度调节新回风比,调节新风量至总送风量的50%,利用新风免费供冷,节省运行能耗。
3结语
暖通空调系统的主要功能是调节空气的温度、湿度、洁净度以及气流的运行速度。现代空气环境的恶化使得暖通空调的功能要求增加,指标更加严格。在暖通空调的设计安装过程中,节能环保技术可以应用在整个生产使用流程中。从建筑工程布局的设计到新型可再生能源的使用,再到使用环节的合理安排,均能降低能源的消耗,保证环境污染最小化,实现整个系统的健康运作。
2暖通空调系统中环保节能方法与措施
2.1调整建筑物的规划设计
对房屋进行热工改造时,要提高房屋的舒适度,就需要合理运用房屋围护架构的特点。研究表明,在建筑物墙体外侧刷上保温性能的材料之后,用电量明显降低。由此可见,房屋围护架构的优化设计有明显的节能效果。此外,建筑物的规划设计中,房屋的地址选择、朝向、体形、季节性等因素也需要在从节能环保的层面进行充分的考虑。
2.2合理设计安装暖通空调系统
在设计安装暖通空调系统时各种子系统包含的设备很多,设计者要严格按照规定的工作流程,保证设备的正常运行。同时,需将节能减排的理念充分的应用到设计的各种环节中。相关工作人员加强施工设计的管理,严格监督,保证系统实现设计目标。
2.3开发利用新型清洁能源
新型环保型能源在暖风空调系统中前景广阔。采用天然气作为空调制冷设备的能源,能有效控制CO2和SO2和排放量,减少环境污染。各种可再生能源,例如地源热、地下水、风力、海洋能等均可运用到暖通空调系统中。其中,地源热空调冬季吸收地下土壤、水等天然能量为建筑物提供热能;夏季向地下释放热量,提供给建筑物冷空气。
3暖通空调系统中环保节能技术的应用
3.1蓄冷空调
蓄冷空调是专为节能环保研制的设备,通过水、冰两种介质实现能量交换。一般地,城市用电白天紧张,而夜间则缓解很多,蓄冷空调针对这一现实,在夜间通过制冷机组制冰,白天融冰,释放存储的能量,提供给建筑物使用。这种方法有效的缓解了城市白天用电紧张的问题,节约了成本。
3.2热回收技术
热回收技术能够真正实现能源的节约和环境的保护。该技术将空调排放出的热量进行回收,实现二次利用。这种方法能够防止排放的空气直接排出室外造成环境污染,又能提高能源的利用效率。
3.3变频技术
目前空调设计有定频和变频两种。变频空调性能优越,节能效果好。通常情况下,空调设计均留有一定的冗余以便减少运行压力。使用变频技术,能够在室外温度、湿度、风力等变化导致系统运行负荷变化的情况下灵活调节系统的工作状态,真正变废为宝,避免不必要的资源浪费。
3.4低温地板辐射采暖技术
低温地板辐射采暖技术现在已广泛投入使用,既实现节能环保,又安全实效。该技术在地板下安装热水管,热水在地板下流通,释放热量,提高房间的温度。该技术的应用过程中,应注意保持地板温度低于45度。它通过对流的方式实现热量的传递,让人脚上温暖,头部凉爽,有很高的舒适度。此外,这种技术能有效的节省空间,方便计量改造,从多方面实现了节能环保的目标。
3.5替代制冷剂的应用
目前,随着大气环境的恶化,许多空调已不再使用传统的制冷剂—氟利昂。为保护臭氧层,暖通空调行业研究了可替代制冷剂—CFCS和HFCS,并取得了一定的进展。人工合成的制冷剂、天然制冷剂、碳氢化合物等亦可作为替代资源。这些环境友好型制冷剂将不会对臭氧层造成破坏,保护人类免于紫外线的伤害。
4暖通空调系统中环保节能技术的展望
科技的发展推动着各行各业的进步,应节能环保的要求,暖通空调系统中先进技术的研究也十分广泛。新型的暖通空调节能环保技术有多种方式。新风预处理系统是为全面提高空调品质提出的全新的概念,它保持了传统空气处理模式,增加了对新风的预处理功能,消除了新风对空调调节的干扰。新风预处系统能改善风量、降低相对湿度、提高空气质量。独立新风系统能够承担建筑物内的全部新风负荷、室内的全部潜热载荷及部分显热载荷。它能够解决商用建筑中的新风问题、改善室内的相对湿度。并且由于该种技术无回风,可以大大增强建筑环境的舒适度和安全性。此外,环保节能技术必然依赖于新型能源的开发推广,一旦新能源能够投入使用,暖风空调系统也必然进入一个新的阶段。
5结语
1概述
随着经济建设的发展,商用建筑(写字楼、宾馆饭店、大中型商场等)大量兴建,1997年全国房屋建筑竣工面积达62244万平方米,其中住宅占53.8%、商业建筑占25.4%[2]。目前国内兴建的采用中央空调的商用建筑普遍存在着高能耗的问题,例如清华大学在1998年对北京市的十家营业较好的大商场进行了全面的测试和统计,这些商场的全年运行能耗平均大约是188kwh/m2.a,而气候条件大致相当的日本的同类建筑的平均全年能耗大约是135kwh/m2.a,也就是说北京市的商场的能耗要比日本高出将近40%。空调能耗是商业建筑的能耗的主要部分,占总能耗的50~60%。初步估计目前全国商用中央空调用电量为400万~450万kW。按重庆和上海的统计,中央空调用电量已分别占全市总用电量的23%和31.1%[3],给各城市的供配电带来了沉重的压力。随着现代化建设的发展,能源供应会更加紧张,将会导致影响经济的持续发展。一般中央空调能耗约占整个建筑总能耗的50%左右,对于商场和综合大楼可能要高达60%以上,因此节约商业建筑空调能耗是刻不容缓的。
空调系统的能耗主要有两个方面,一方面是为了供给空气处理设备冷量和热量的冷热源能耗,如压缩式制冷机耗电,吸收式制冷机耗蒸汽或燃气,锅炉耗煤、燃油、燃气或电等;另一方面是为了给房间送风和输送空调循环水,风机和水泵所消耗的电能。
冷热源的能耗由建筑物所需要的供冷量和供热量决定,建筑物的空调需冷量和需热量的影响因素有室外气象参数(如室外空气温度、空气湿度、太阳辐射强度等),室内空调设计标准,外墙门窗的传热特性,室内人员、照明、设备的散热、散湿状况以及新风量的多少等。风机、水泵的输送能耗受所输送的空气量、水量和水系统、风系统的输送阻力影响,风系统、水系统的流量和阻力的影响因素有系统型式、送风温差、供回水温差、送风和送水流速、空气处理设备和冷热源设备的阻力和效率等。针对上述影响因素和商业建筑的特点,商业建筑空调节能的技术措施可归纳为七个方面:减少冷热负荷、提高冷热源效率、利用自然冷源、减少水泵电耗、减少风机电耗、改进气流组织、改善控制。
2减少冷热负荷
冷热负荷是空调系统最基础的数据,制冷机、供热锅炉、冷热水循环泵以及给房间送冷、送热的空调箱、风机盘管等规格型号的选择都是以冷热负荷为依据的。如果能减少建筑的冷热负荷,不仅可以减小制冷机、供热锅炉、冷热水循环泵、空调箱、风机盘管等的型号,降低空调系统的初投资,而且这些设备型号减小后,所需的配电功率也会减少,这会造成变配电设备初投资减少以及上述空调设备日常运行耗电量减少,运行费用降低。所以减少冷热负荷是商业建筑节能最根本的措施。减少冷热负荷有以下一些具体措施:
2.1改善建筑的保温隔热性能
房间内冷热量的损失通过房间的墙体、门窗等传递出去的。改善建筑的保温隔热性能可以直接有效地减少建筑物的冷热负荷。改善建筑的保温隔热性能可以从以下几个方面着手:
Ø确定合适的窗墙面积比例,不要盲目追求大窗户、全玻璃幕墙。
Ø合理设计窗户遮阳。
Ø充分利用保温隔热性能好的玻璃窗。
2.2选择合理的室内设计参数
商业建筑空调的主要目的是创造一个舒适的室内空气环境,满足人们办公、学习、娱乐等的舒适及卫生要求。美国供热制冷空调工程师学会设计手册[1](ASHRAEHandbook)的基础篇里,给出了人体感觉舒适的室内空气参数区域,大约是空气温度13℃~23℃,空气相对湿度20%~80%。
如果夏季设计温度太低或冬季室内设计温度太高,都会增加建筑的冷热负荷。在满足舒适要求的条件下,要尽量提高夏季的室内设计温度和相对湿度,尽量降低冬季的室内设计温度和相对湿度,不要盲目追求夏季室内空气温度过低、过干,冬季室内设计温度过高。
2.3局部热源就地排除
商业建筑中的有些房间,由于使用功能的需要,会在房间的局部产生较大的散热量,例如厨房的灶台、医院消毒间的消毒柜、电话机房的交换机等。在空调系统设计过程中,应考虑在发热量比较大的局部热源附近设置局部排风,将设备散热量直接排出室外,防止热量散发到室内,以减少夏季的冷负荷。但是在运行中,这些排风机可能没有开启或者发生故障并得不到及时的更换和修理,那么这些局部热源就会造成很大的冷负荷,浪费冷量和破坏室内热环境。
2.4控制和正确使用室外新风量
由于新风负荷占建筑物总负荷的20~30%,控制和正确使用新风量是空调系统最有效的节能措施之一。下图为北京某写字楼典型工况的冷热负荷各分项的比例:
图3-1冷热负荷分项比例
由于新风负荷接近总负荷的1/3,所以要严格控制新风量的大小。除了严格控制新风量的大小之外,还要合理利用新风。春秋季或冬季,有些房间仍需供冷,此时当室外空气焓值小于室内空气设计状态的焓值时,可采用室外新风为室内降温,可减少冷机的开启量,节省能耗。
减少新风负荷应从以下两方面着手:
Ø不要随意提高最小新风量标准
Ø杜绝非正常渠道引入新风
3提高冷源效率
评价冷源制冷效率的性能指标是制冷系数(COP,CoefficientOfPerformance),是指单位功耗所能获得的冷量。制冷系数与制冷剂的性质无关,仅取决于被冷却物的温度T0’和冷却剂温度Tk’,T0’越高,Tk’越低,制冷系数越高[4]。所以空调系统冷机的实际运行过程中不要使冷冻水温度太低、冷却水温度太高,否则制冷系数就会较低,产生单位冷量所需消耗的功量多,耗电量高,增加建筑的能耗。提高冷源效率可采取以下一些措施:
3.1降低冷却水温度
由于冷却水温度越低,冷机的制冷系数越高。下图显示了某离心压缩制冷机的制冷效率与冷却水温度的变化关系:
从右图可以看出,冷却水的供水温度每上升1℃,冷机的COP下降近4%。降低冷却水温度需要加强运行管理,停止的冷却塔的进出水管的阀门应该关闭,否则,来自停开的冷却塔的温度较高的水使混合后的水温提高,冷机的制冷系数就减低了。冷却塔使用一段时间后,应及时检修,否则冷却塔的效率会下降,不能充分地为
冷却水降温。
3.2提高冷冻水温度
由于冷冻水温度越高,冷机的制冷效率越高,右图显示了某冷机制冷系数与冷冻水供水温度的关系。从图中可看出,冷冻水供水温度提高1℃,冷机的制冷系数可提高3%,所以在日常运行中不要盲目降低冷冻水温度。例如,不要设置过低的冷机冷冻水设定温度;关闭停止运行的冷机的水阀,防止部
分冷冻水走旁通管路,经过运行中的冷机的水量较少,冷冻水温度被冷机降低到过低的水平。
4利用自然冷源
由于建筑室内的人员、照明灯光、电脑的设备的散热量的影响,在春秋季当室外空气温度较低时,室内空气温度仍然较高,仍需要供冷。尤其是没有外墙、外窗的内区房间,即使在寒冷的冬季,由于室内的散热量没有途径散发到室外,室内仍需供冷。此时如果开启冷机供冷,不仅由于此时冷负荷较小,冷机制冷系数较低、能耗大,而且极端不合理。
比较常见而且容易利用的自然冷源主要有两种,一种是地下水,另一种是春秋季和冬季的室外冷空气。由于地下水常年保持在18℃左右的温度,所以地下水不仅可以在夏季可作为冷却水为空调系统提供冷量,而且冬季还可以利用水源热泵机组为空调系统提供热量。第二种较好的自然冷源是春秋季和冬季的室外冷空气,此时室外空气较低,可用于空调系统供冷。例如,北京春秋季的室外空气湿球温度一般低于15℃,冬季室外空气湿球温度一般低于0℃,这种温度下的空气是较好的冷源,可用于空调系统供冷。
室外冷空气的利用有两种方法:一是春秋季利用低温室外空气供冷,当室外空气温度较低时,可以直接将室外低温空气送至室内,为室内降温。为了能实现在春秋季利用低温室外空气供冷,空调系统设计时注意要有足够的新风道引入室外新风。第二种方法是利用冷却塔供冷,适合没有足够的新风道为室内送室外新风。具体方法是春秋季利用冷却塔将冷却水温度降低,再通过板式换热器冷却冷冻循环水,被降低了温度的冷冻水送到末端的散冷设备,如风机盘管、空调箱,将冷量送到各个需要供冷的房间。
此外,冬夏季利用全热交换器回收冷热量,也可起到很大的节能作用。为了保证室内空气足够新鲜,满足人们的舒适要求,空调系统需要从室外抽取一定量新鲜空气送入室内,同时将室内污染物浓度较高的空气排至室外。而这部分排风的温度、湿度参数是室内的空调设计参数,冬季比室外空气热,夏季比室外空气冷。通过全热交换器,将排风的冷热量传递给新风,可以回收排风冷热量的70~80%左右[5],有明显的节能作用。
5减少水泵电耗
空调系统中的水泵不仅起着非常重要的作用,而且耗电量也非常大。下图是对北京12家星级宾馆空调水泵耗电量的调查结果:
图3-4空调水泵耗电量比例
从上图可以看出,空调水泵的耗电量占建筑总耗电量的8%~16%,占空调系统耗电量的15%~30%,耗电量接近于全楼照明用的电量,所以水泵节能非常重要,节能潜力也比较大。减少空调水泵电耗可从以下几个方面着手:
关键词:空调器,能效比
引言
众所周知,地球环境受到的污染越来越严重,国家在抓节能减排工作。而空调作为一个排放大户,受到各方面的关注。为此国家在不断提高空调能源等级标准。本文正是基于此大环境下,通过平时工作中的积累对空调设计中提高能效比作出总结和提出自已的观点,希望对读者有所帮助。
一、能效比的内涵
能效比(EnergyEfficiency Ratio,简称EER)就是制冷性能系数,也称制冷系数,是制冷系统(制冷机)的一项重要技术经济指标。EER值是指空调器在额定工况下和规定条件下进行制冷运行时,制冷量与有效功率之比,表示空调器的单位功率制冷量。制冷系数大表示制冷系统(制冷机)能源利用效率高。一般情况下,厂家产品说明书都会注明此项技术标准。博士论文,能效比。EER的数学计算表达式为EER=制冷量/制冷消耗功率,单位为W/W或Kw/h.W。EER值越高,表示空调器中蒸发吸收较多的热量或压缩机所耗的电较少,也就是花越少的电费得到更清凉的效果。
理论上的制冷性能系数可达2.5~5。由于这一参数是用相同单位的输入和输出的比值表示,因此为一无量纲数。这里要说明的是,由于计算时采用不同的单位所得数值也有不同。例如,当制冷量和输入率一定的情况下,单位分别采用kcal/h和w表示时,EER值为1;当采用法定计量单位(即均用w)表示时,EER值为1.16;当分别采用英热单位(BTU/h)和W表示时,EER值为3.97。
二、国内能效比标准
随着国际气候条件的日益恶劣,特别是今年在哥本哈根召开了全球气候大会,节能减排成为全世界的课题。2005年3月1日,国家已实施了空调的节能标准(如表1),随着2010年6月1日开始新的能源标准执行,国家将能效等级提高到新的标准:额定制冷量小于等于4500W的分体式房间空调器能效限定值为3.2,额定制冷量大于4500W小于等于7100W的为3.1,额定制冷量大于7100W小于14000W的为3.0.同时,新标准将房间空调器产品按照能效比大小划分为三个等级,其中1级表示能效最高;2级表示节能评价值,即评价空调产品是否节能的最低要求;3级表示能效限定值,即标准实施以后产品达到市场准入的门槛,具体见表2、3所示。因此在此大环境下,各空调厂家必将进行新一轮的能效等级升级。博士论文,能效比。
表1:能源效率等级指标
关键词:水源热泵,空调系统,节能
0.引言
水源热泵技术是利用地球表面浅层水,如海水、江水、湖泊水、地表水及地下水中蕴含的地位能源作为热泵的低温侧热源,实现低位热能向高位热能转移的一种技术[1]。它把传统的制冷机组和风冷或锅炉热泵机组用水源热泵机组代替,以自然界的水作为热泵机组冷却水系统的冷却源,来调节室内温度。通常水源热泵制冷系数为5。水源热泵机组运行时不需要使用产生飘雾的冷却塔,供热时可代替低温热水锅炉,没有燃烧过程,避免了排烟污染,对大气没有废热污染,可以在居民区内建造。水源热泵系统可以只作为空调系统的冷热源,也可以作为空调系统和生活热水的制冷与供热设备。一套水源热泵系统就可以替换现有的空调加锅炉的两套装置系统,水源热泵的优越性对于同时有供热和供冷要求的建筑物更加显著。学校、宾馆、商场、办公楼等建筑均可以采用水源热泵,小型的水源热泵更适合别墅住宅的空调、采暖。
1.水源热泵的工作原理及其系统构成
水源热泵系统是从深井中抽出地下水,使其进入热交换器,与楼内循环系统的水换热后,再由深井排到地下。循环水系统通过水源热泵产生热水或冷水送入末端装置,通过管网送入用户,满足用户供热或空调的要求[2]。在冬天把地下深层砂石的热量作为热泵热源向用户供热,间接利用地下水,同时将建筑物中的冷量排入地下;夏天则相反,不会造成地下的热污染。由于地下水通过换热器换热后排回地下,不消耗水资源,仅仅利用地下水的冷(热)量;同时地下水并不和空气接触,不会造成地下水资源的污染。论文大全。
水源热泵系统通常由水源部分、机房部分和末端三部分组成。
2.水源热泵系统的特点
2.1高效节能,运行费用低
地表浅层热源的温度一年四季相对稳定,冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低,是最好的热泵热源和空调冷源。这种温度特性使得水源热泵系统在供热时其制热系数比空气源热泵空调系统高;运行费用比常规中央空调系统或空气源热泵空调系统低。
2.2一机多用,分户计算
水源热泵系统可供暖、空调,还可供生活用水一机多用,无需室外管网,特别适合低密度建筑物的别墅区使用。每户可对空调系统费用进行核算,计费合理方便。对于寒冷的北方地区,因为减少了采用集中供热的热望系统投资,或取消了燃油、燃气锅炉,从别墅小区空调系统和卫生热水设备的总投资上看,水源热泵系统节省初投资[3]。
2.3运行安全稳定,可靠性高
水源热泵系统在运行中无燃烧设备,不会有发生爆炸的危险,使用安全。而燃气、燃油锅炉供暖,其燃烧产物对居住环境是种隐患。水源热泵机组安装在室内不暴露在风雨中,免遭破坏,延长了寿命。冬季不受外界气候影响,运行稳定可靠,不存在空气源热泵除霜和供热不足的问题。而且地表浅层热源的温度波动较小,使得热泵机组运行更可靠、稳定,也保证了系统的经济性和高效性。
2.4利用可再生能源,环保效益显著
水源热泵系统是一种利用地球表面浅层水作为冷热源,进行能量转换的热泵空调系统。地球表面浅层的热能来源于太阳,是一种可再生能源。所以使用水源热泵系统时能源可自行补充,持续使用。论文大全。水源热泵系统所造成的污染物排放,比空气源热泵或电供暖少许多,而且夏季不会向大气排放热量,不会加剧城市的“热岛”效应,是环保型空调系统。
3.影响水源热泵系统运行性能的因素
水源的水温、水量、水质和水质稳定性[3]是影响水源热泵效率的重要因素。
3.1水温
水温是影响水源热泵效率的主要因素。冬季地下水作为热泵热源,温度越高越好;夏季地下水作冷却水,水温越低越好。但为降低压缩机排气温度,阻止压缩机内油炭化,蒸发温度不宜过高。
3.2水量
对热泵机组的制冷(热)量有直接影响的是水量。
3.3水质稳定性
3.4水质
同时直接影响水源热泵机组效率和使用寿命的是水质。不腐蚀、不结垢、不滋生微生物、稳定、澄清是对水质的基本要求。
4.水源热泵系统设计和施工中应注意的问题
4.1地表水源
若选用地表水源时,设计时要考虑取水建筑物标高与洪水季节水位的关系,需水量的保证率和水温因素;施工要考虑供水和排水管布置。
4.2地下水源
若选择地下水源和管井取水,对规模大的工程,应根据所需水量和地下水回灌需要,结合场地环境和水文地质条件,按一定采灌比确定抽水井和回灌井井数,合理布置井位和井间距,为使冬季源水温度>10℃,井深应大于变温带深度。每个井的井深和井身结构应相近,以防止回灌井堵塞,确保水源系统长期稳定供水,抽水井和回灌井应互相切换使用。论文大全。为了能承受抽灌往复水流的压力变换,井中滤水管和滤网应有一定强度。可行方案是打三口井,一口取水,两口回灌,因为向地下回灌比取水难;另外,为使每口井都轮流工作于取水和回流两种状态,三口井需定期更换。
4.3供水水源
若采用水源热泵系时,要调查工程场地的供水水源条件,向当地水管理部门咨询或请专业队伍进行必要的水文地质调查,了解是否有适合水源热泵利用的水源,通过可行性研究,确定利用地表水或是地下水的供水水源方案。
5. 结论
水源热泵是一种高效节能的设备,其系统初投资与常规空调系统相差不大[4],标准煤能耗与火电及水电相比耗最少[5],是一个值得广泛应用的技术。应该从水系统设计上充分发挥它的技术优势,采用交流量控制技术减少运行费用,针对不同的水源特点进行不同的处理。当采用深井水时,水质处理与回灌带来的影响不可忽略。同时提供生活热水时,一定要详细了解热泵不同状态下的温度参数与调节能力,否则将会导致系统管理不足。
参考文献
[1]程向东,张昌.水源热泵设计应用问题.节能技术[J],2006,(12):26-29.
[2]赵清晨.水源热泵的应用前景及应注意的问题[J].科技情报开发与经济,2006,16(16):245-246.
[3]张昌.热泵技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2008:136-139.
[4]郎四惟,徐伟,冯铁栓等.水源热泵中央空调系统设计应用若干问题探讨.暖通空调,1996,(1):15-19.
[5]姚镝,王建华,李波.水源热泵供冷(供热)系统的能量评价.矿冶,2004,13(1):117-119.