制冷空调行业发展动态 课程作业.docx

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制冷空调行业发展动态课程作业

合建筑空调节能技术发展动态

【摘要】：

介绍了建筑空调节能的综合性技术，包括建筑外观特征与围护结构的节能技术（建筑朝向、布局、围护结构保温隔热、气密性、窗墙比）、建筑空调设备的节能运行技术（蓄能空调、热回收、变频技术）和建筑空调能源利用的节能技术（水源热泵、地源热泵、免费供冷、太阳能）。

强调了建筑节能的社会效益和环境效益。

【关键词】：

建筑节能、蓄能、热泵、免费供冷、热回收、可再生（绿色）能源

建筑能耗在社会总能耗中的比例主要决定于国家的经济情况，发达国家建筑用能一般占到全国总能耗的30%～40%；许多国家把建筑节能作为一项国策。

据有关资料显示，我国建筑总能耗也占据了社会总能耗的很大比例，同时它的增长速度远高于当前我国能源的增长率。

现代建筑中广泛采用了空调、给排水、照明、电梯等耗能系统。

暖通空调系统的能耗一直是建筑能耗中的大户，约占整个建筑能耗的35%以上。

发展暖通空调系统节能技术是当今发展趋势，研究空调系统的节能技术与应用显得尤为重要。

建筑空调节能是涉及诸多因素和不同措施的综合技术，本文着重讨论以下几个方面的节能措施:

*建筑外部特征及围护结构的节能技术

*建筑空调系统设备的节能运行技术

*建筑空调系统能源利用的节能技术

1、建筑外部特征及围护结构的节能措施

建筑空调系统的节能与建筑本身的一些要素密切相关；因此，在考虑空调系统本身节能的同时，应该把节能思想引人到建筑、结构相关专业中，使建筑物在形状、色彩、方位及材料等方面为空调节能创造最基础的条件。

合理安排空调建筑的空间布局，控制体型系数和窗墙比；改善建筑围护结构的特性，选用保温隔热性能良好的墙体与屋面材料；这些都是有利于建筑节能的举措。

1.1建筑外部特征节能技术

（1）建筑朝向布局

确定良好的建筑朝向，夏季可减少太阳辐射得热，冬季可增加太阳辐射得热；同时，建筑物的朝向对建筑的空调冷负荷有很大的影响，选择合理的建筑物朝向，是一项重要的节能措施。

一般认为，建筑物为南朝向是我国建筑节能的必要条件。

保持合理的建筑间距以及建筑群的错落布局，可使建筑物接受适当的太阳辐射，同时有利于获得自然通风气流。

（2）建筑体型

合理的建筑体型能够减小建筑物与外界的热量交换，出于节能的考虑，在建筑设计时应尽量控制建筑物的体形系数。

建筑物的造型宜简洁，完整，尽量避免复杂的轮廊线。

1.2有关建筑围护结构的节能技术

在整个建筑物的热损失中，围护结构传热的热损失达50%～60%，门窗缝隙空气渗透的热损失占20%～30%。

因此，加强围护结构的保温隔热，提高门窗的气密性是建筑节能的重要组成部分。

（1）遮阳技术

在夏热冬冷地区，夏季空调供冷时，外窗玻璃的辐射得热则是空调冷负荷的主要部分，应采取遮阳措施。

（2）保温、隔热与气密性技术

可采用下列技术措施改善窗的保温效果:

①采用光热性能良好的玻璃；②利用钢塑复窗代替铝合金窗，减少窗的冷（热）桥传热。

③采用双层玻璃窗提高窗的保温性。

而外墙的保温可以分为外墙内保温和外墙外保温技术。

在外墙根部，女儿墙、阳台、变形缝等易产生“热桥”的部位，采用外保温技术，可显著消除“热桥”造成的热损失。

屋面是建筑物上部与外界直接接触的重点部位。

屋面保温主要要措施有采用保温屋面（外保温、内保温）、倒置式屋面（保温层与防水层颠倒，把保温层放在防水层的上面）、架空通风屋面等等。

此外，可通过采用密封材料增加门窗的气密性减少渗透量，减少室内外冷热气流的直接交换。

（3）窗墙比

窗墙比是窗洞口与墙的面积比值，增大这两个比值不利于空调建筑节能，所以在保证日照、采光、通风、观景条件下，应该尽量减少外门窗洞口的面积，减少空调房间两侧温差大的外墙面积及其薄弱环节窗的面积。

2、建筑空调系统设备的节能运行技术

建筑外观特征及围护结构的节能技术能够有效地控制来自外界的暖通空调负荷，为建筑物集中空调系统的节能铺平了道路，为空调系统进一步进行节能技术改造提供了前提与保证。

建筑空调系统综合节能技术中，其设备的节能运行技术也至关重要。

目前，在业界较为热门且兼具环境效益、经济效益、社会效益的技术包括:

蓄能空调技术、热回收技术、变频技术等。

2.1蓄能空调技术

在经济迅速发展时期，电力供应出现下述现象:

电网负荷的峰谷差大，电力供应的矛盾日益突出，成为制约国民经济发展的重要因素。

把用电负荷从用电的高峰转移到每天用电低谷或季节用电低谷中去，即“削峰填谷”，蓄能空调技术就是在这样的情况下发展起来的。

蓄能系统就是在不需要的冷/热量或需要的冷/热量减少的时间（夜间），利用制冷/热设备将蓄冷/热介质中的热量移出，进行蓄能，并将此能量用在空调用冷/热或工艺性的用能高峰。

简而言之蓄能技术的特点就是转移制冷设备的运行时间，这样既可以利用夜间的廉价电，又可以减少白天的峰值用电负荷，达到对电网移峰填谷的目的，既有经济效益又有社会效益，是一项双赢的节能举措。

（1）蓄冷空调技术

常规的蓄冷技术包括冰蓄冷空调和水蓄冷空调。

通过降低介质温度或凝固介质，将冷能以显热和潜热的形式储存在介质中。

必要时，被储存的冷能可以通过升高介质温度，或熔化介质再次被利用。

蓄冷系统的主要设备有冷水主机、蓄冷装置、板式换热器、自动控制系统以及泵阀等。

系统的流程主要是针对冷水主机和蓄冷装置的相互关系，有串连和并联之分，串连又有主机上游和主机下游两种方式。

其设计的关键在于冷水主机容量的选定。

系统有不同的运行模式，分别为:

★制冷蓄冷模式:

夜间用电低谷时，蓄冷槽内蓄冷；

★制冷主机单独供冷:

制冷主机在空调工况下运行（一般在用电平段）;

★蓄冷装置单独释冷供冷:

白天用电高峰时，制冷机停，蓄冷槽独立供冷；

★制冷机组与蓄冷装置联合供冷

（2）蓄热技术

关于蓄热技术，目前我国主要使用电锅炉蓄热式系统且以水作为蓄热介质。

所谓电力蓄热系统，就是以电锅炉为热源，利用低谷廉价电力，对水加热，并将其储存在蓄热水箱中，在电网高峰时段关闭电锅炉，由储存在蓄热水箱中的热水供热。

其优点是不排出有害气体，无污染，无噪声，比煤锅炉、油锅炉的热效率高，又能充分利用低谷电，运行费用低。

2.2热回收技术

（1）排风余热回收

一般的空调系统都要设计新风系统来稀释室内的有害物，以保证室内空气品质;为了保证室内的风量平衡，使新风顺利进人室内，同时还要设计排风系统。

对于人员集中的建筑如商场、办公楼的会议室等，新风量较大，使得空调系统中的新风负荷也随之增大；同时排风将空调房间内的空气排出室外，也是一种能量的浪费。

因此充分利用排风的能量，对其进行回收，从而对新风进行预冷或预热，减小新风负荷是暖通空调节能的重要途径。

排风余热回收可分为显热回收和全热回收；热回收设备可大致分为转轮全热交换器、板式显热交换器、板翅式全热交换器、中间热媒式热交换器和热管式换热器等等。

（2）制冷机组的冷凝热回收

制冷机组冷凝热回收的换热设备目前逐渐引起人们的重视。

这一类的热回收设备可以与不同的系统结合起来使用。

如果与生活用热水系统相结合，使压缩之后的制冷剂首先进入板式热交换器，生活用热水通过热交换器的另一侧，由于被压缩后的制冷剂温度较高，只要设计合理，它能够提供的热量完全可以将热水加热到洗澡用的温度，可以储存在保温水箱中，满足人们的需要。

当制冷机组的冷凝器所产生的热量不能够将热水加热到需要的温度时，亦可在系统中添加水源热泵作为辅助热源以满足用户需要。

在夏季制冷供热水时，因为冷凝器侧回收冷凝热的同时，蒸发器侧仍在供冷，因此可以说，这种供热水方案运行费用几乎为零，具有明显的经济性。

冬季制热供热水时，虽然暂时不能供暖，要等蓄热水箱达到温度要求后，才能恢复供暖，但通过程序控制，制热水时间大多可以避开供暖时间，这样可减少对供暖的影响。

过渡季节供热水时，只需单开一台制热水机组，其他机组和相关的水泵都停止运行，不存在匹配难的问题。

这样四季都能吸收包括高温显热、液化潜热和过冷热量的全部冷凝热量，热回收效果很明显。

这样的系统既可以避免冷凝热排放到大气中造成热污染，又可以节省为提供热水而设的锅炉及其附属设备，避免了由于燃料的燃烧向大气排放的有害物，应该说是一种效果明显，又有环保作用的节能技术。

2.3变频技术

针对空调控制系统的特点，随着电力电子技术及微机控制技术的发展，变频器的应用日益广泛，空调控制系统中采用变频技术也不例外。

这就给我们提供了一种既能达到控制要求又能节约能源的方法。

不同类型的冷水机组都有较完善的自动控制调节装置，能随负荷变化自动调节运行状况，保持高效率运行。

空调机组、末端设备和水泵等设备采用变频控制，可以使该部分设备的能耗减少30%以上。

3、空调系统能源利用的节能技术

在空调系统方面寻找可持续发展的节能新技术，如热泵技术、免费供冷技术、以及可再生能源的利用技术等等已成为人们关注的焦点。

3.1自然冷源免费供冷技术

在过渡季节和冬季，室外温度和相对湿度都较低，对于在这些季节仍需提供空调制冷的建筑物来说，自然供冷的利用是最为经济有效的节能方法之一，可以在过渡季节和冬季利用室外的天然冷源来实现对室内的供冷。

其中主要的技术是集中空调系统的冷却水侧的免费供冷（也称为冷却塔供冷）和新风免费供冷。

（1）冷却塔供冷

在夏季以外的过渡季节或冬季，在有些建筑物中仍存在冷负荷;如大中型建筑物中的办公楼、商场，因照明、室内大功率设备散热以及室内人员的散热（湿）产生的热量可抵消围护物的热耗，所以有些建筑的内区需要长年供冷，才能满足空调要求。

因此，可以在原有常规空调水系统基础上增设部分管路和设备，当室外空气湿球温度低到某个值以下时，关闭冷水机组，以流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调系统供冷，提供建筑空调所需要的冷负荷。

较常用的方式是在冷却塔供冷时，使用板式换热器实现冷却水和冷冻水系统的换热，这样可以避免较“脏”的冷却水直接进人末端设备，保证了冷冻水系统的清洁和正常运行。

在空调系统中，冷水机组的能耗占有极高的比例，用冷却塔供冷技术可少开或不开冷水机组，可减少冷冻机运行时间，大大减少了供冷费用，其节能效果是显著的;还防止了当冷冻机长期在远离设备设计工况的情况下工作时，因冷却水温度过低无法启动的情况。

冷却塔供冷技术在我国北方较寒冷地区应用较多，如北京、哈尔滨等城市，由于北方过渡季节与冬季相对寒冷，其运行时数较长，供冷效果好，节能明显，但也存在着冬季防冻等实际运行问题。

在夏热冬冷地区的气候条件下，也有部分建筑物的空调系统采用了该项技术，多集中在散热、散湿量较大的工业厂房、有空调内区的大型综合功能建筑以及大型超市等场所。

（2）新风免费供冷

在有些建筑的空调系统中，需要大量引人新风以满足室内空气品质的要求。

对于与上述相同的需要长年供冷且温湿度的精度要求不高的建筑物，根据其新风引人方式，还可以通过在过渡季节和冬季直接引人室外的温湿度相对较低的新风来带走房间内所产生的各项热湿负荷，无需使用集中制冷系统，达到“免费”供冷的节能效果。

在夏季时，利用夜间相对低温的新风，可以在非营运时间预先冷却室内空气，带走部分室内热量，减少白天工作时间的室内冷负荷，实现间歇性的“免费”预冷。

3.2水源热泵和地源热泵技术

水源热泵和地源热泵是能有效节省能源、减少大气污染及CO2排放的供热和空调新技术。

空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求，传统的空调系统通常需分别设置冷源（制冷机）和热源（锅炉）。

如果让传统的空调系统在冬季以热泵的模式运行，则可以省去锅炉和锅炉房，不但节省了初期投资，而且全年仅采用电力这种清洁能源，还能大大减轻供暖造成的大气污染问题。

水源热泵和地源热泵在夏季制冷时可使机组的冷凝温度降低、在冬季可使机组的蒸发温度提高，都能提高产能效率;此外，它们所利用的低温热源通常可以来自环境（大气、地表水和大地）或各种废热。

热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源。

（1）水源热泵

水源热泵是一种利用地球表面或浅层水源（如地下水、河流和湖泊），或者人工再生水源（工业废水、废气等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。

该系统利用热泵机组实现低温位热能向高温位转移，将蓄能水体分别在冬、夏季作为供暖的热源和空调的冷源，即在冬季，把水体中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖;夏季，把室内的热量取出来，释放到水体中去。

同一系统可实现三大功能:

冬季供暖、夏季制冷和提供日常生活用热水。

地球表面或浅层水源的温度一年四季相对稳定，一般为10～25cC，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。

系统运行过程中，无燃烧，无任何固态、液态或气态污染物排放，是“绿色”供暖（冷）的环境系统工程。

水源热泵的污染物排放与电供暖相比，相当于减少70%以上。

（2）地源热泵

地源热泵是一种利用地下浅层土壤的热资源，通过输人少量的高位能源（如电能）将低温位能向高温位能转移，以实现既可供热又可制冷的高效节能空调系统。

地源热泵利用地能一年四季温度稳定的特点，冬季把地能作为热泵供暖的热源，即把高于环境温度的地能中的热能取出来供给室内采暖。

夏季把地能作为空调的冷源，即把室内的热能取出来释放到低于环境温度的地源中。

在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。

地源热泵空调系统主要优点是:

环保节能，利用可再生能源，可持续发展;一机多用，节省建筑空间，无需冷却塔和室外风冷部分，对建筑外观影响小;运行费用低，投资回报快;全年运行，节约电能。

通常地源热泵消耗1kW的热量，用户可以得到4kW左右的热量或冷量，从而达到节能的目的。

3.3太阳能在建筑空调节能中的利用

太阳能是绿色能源中最重要的能源，是取之不尽、用之不竭、广泛存在的天然能源。

太阳能的热利用是目前建筑中利用太阳能的主要利用形式。

它包括被动式和主动式两种形式。

被动式太阳能房的结构相对简单、造价低、不需要任何辅助能源，通过建筑方位合理布置和建筑构件的恰当处理，以自然热交换方式来利用太阳能。

它是太阳能建筑发展的主流。

主动式太阳房结构较为复杂，造价较高，需要用电作为辅助能源。

采暖降温系统由太阳集热器、风机、泵、散热器及储热器等组成。

此外，太阳能集热板、太阳能光电板发电技术等先进技术已经在建筑节能领域得到广泛的应用。

在建筑外围护结构中还可采用太阳能集热墙，利用太阳能采暖。

上述的各项综合建筑空调节能技术是节约能源、改善生活和工作条件、减轻环境污染、促进经济可持续发展的有效措施。

不同时期，从不同角度依据不同准则对建筑节能进行研究、开发，充分利用有利的自然资源，挖掘节能潜力，减少能源消耗。

相信在不久的将来，建筑空调节能技术必将获得更加快速的发展。

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