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基于传统中央供暖系统的低能耗空调的实验研究

文献翻译

题目基于传统中央供暖系统的

低能耗空调的实验研究

学生姓名刘幸

专业班级建环09-1

学号540902040122

院（系）机电工程学院

指导教师（职称）金听祥（副教授）

完成时间2013年3月8日

基于传统中央供暖系统的低能耗空调的实验研究

G.C.Bakos*,E.Tsioliaridou,N.F.Tsagas

DemocritusUniversityofThrace,DepartmentofElectricalandComputerEngineering,EnergyEconomicsLaboratory,67100Xanthi,GreeceReceived9December2004;receivedinrevisedform12February2005;accepted15February2005

摘要：

本文涉及基于传统的中央加热装置开发的一种低成本和低能量消耗的空调系统。

它的目的是转换的能量，以最小的成本和能量作用于建筑物的内部，使经典的中央加热装置进入一个新类型的系统，该系统可以在夏季来冷却，在冬季期间加热。

在一般情况下，由上述加热冷却系统组成的综合新技术应用在在建筑空调系统中，具有良好的应用前景并将最终取代传统的空调系统。

本文对实验装置进行了详细的描述，对实验结果进行介绍和分析。

对所节约的能量进行了计算。

并对系统的优点和缺点进行了讨论，得出较为准确和有益的结论。

关键词：

能源效率技术，中央加热装置，空调，节约能源

Abstract：

Thispaperdealswiththedevelopmentofalowcostandlowenergyconsumptionairconditioningsystembasedontheconventionalcentralheatinginstallations.Itisaimedtoconvert,withminimalcostandworkinterventionintheinteriorofthebuildings,theclassiccentralheatingsystemsintoanewtypesystemwhichcancoolduringsummerandheatduringwinterperiod.Ingeneral,theabovementionedheating–coolingsystemconstitutesanintegratednewtechnologyinbuildingairconditioning,withgoodprospectsinreplacingeventuallytheconventionalairconditioningsystems.Theexperimentalinstallationisdescribedindetailandtheexperimentalresultsarepresentedandanalysed.Theachievedenergysavingisalsocalculated.Theadvantagesanddisadvantagesoftheproposedsystemarediscussedandusefulconclusionsaredrawn.#2005ElsevierB.V.Allrightsreserved.

Keywords：

Energyefficiencytechnologies;Centralheatinginstallation;Airconditioning;Energysaving

1.引言

空间空调是在住宅市场中占主导地位的能源消耗。

同样，大量的消耗在公共部门的建筑物能量不能证明的能源能量消耗的水平[1-3]。

1995年，希腊城市规划和公共部工程制定了一项行动计划，名为“能源2001”。

该计划旨在推广那些可以提高建筑领域能源应用效率的技术。

该“行动计划”确定了具体措施以确保建筑物的温室气体排放量的减少，按照“国家行动计划”减排的二氧化碳及其他温室气体。

根据由希腊政府正式通过的“行动计划”“能源2001”得到了法令制定部长的进一步肯定，理事会通过法律控制二氧化碳的排放量和建筑物的能量的有效利用[4]。

除了引进天然气等清洁能源，节能减排是影响住宅和第三产业温室气体排放的重要途径。

为促进有效的法律框架节约源在建筑物的部门包括最低能源效率标准由欧盟作非工业锅炉指令（92/42/EC）和希腊立法已按照欧盟标准统一通过总统法令335/1993。

然而，能源效率（EE）技术在希腊市场中遇到的各种各样的接受困难。

其中的一些困难来自于对这个问题缺乏一定程度的的知识和经验。

另一方面，社会和环境因素都深深影响着其在社会的普遍接受。

要深入提高能源效率技术在希腊的运用，关键在于转换住宅，写字楼，医院等建筑物内的传统的中央供暖系统为新型的高效节能中央空调系统，从而减少每年用于取暖制冷的能量消耗，并相应地减少在有害大气污染物的大量排放。

此外，减少的能量消费为建筑物所有者的节省财政开支和国家经济节省大量能源的耗费。

这种新系统在原有已经安装完成的中央供暖系统的基础上，进行相应的技术改建和安装改造，可以使该系统在加热和冷却的功能以一种更加经济的和健康的方式实现。

这项工作的目的是消除那些需求之外的不合算的预算，减少不必要的空调机组安装，同时减少所有因其使用而带来的对使用者的健康和他们的全球变暖和对环境的污染的影响的种种不愉快的后果。

到目前为止，为了节约能源和减少污染物，空调系统已被开发和改进。

基本上，它的改造和开发遵循了以下原则：

（i）水已被用于中央加热装置中，作为传热流体。

。

（ii）凉爽的地区，个由电力驱动的别空调机组，适用范围越来越少。

上述技术系统存在各种缺点，其中，迟早他的制冷功能变得越来越低

（a）在传热流体高于90℃或低于6℃时，系统不能工作。

（b）采暖散热器都需要一个更快的上升的温度和所需的维护温度。

这意味着

高的能源消耗并增加污染物的有害影响健康和环境。

（c）该中央加热装置不能用于冷却，。

本工作的第一个目标是提供一种液体加热-冷却的空调系统，以这将删除所有前面提到的缺点，以前的技术，提供最大可能的节约能源用于取暖和节约能源冷却住宅，写字楼，和民用建筑。

第二个目标是提供一种系统，该系统具有最高程度的可靠性，同时实现一个健康的环境，以提高用户的质量的生活。

第三个目标是提供一种低成本的系统将要安装的方便，快捷地将有最小的维护要求。

实现上述目标的实现由装配到现有的和使用的加热装置以下设备：

（a）一种低温冷却的冷却单元，用于电动

（b）一种特殊的传热流体，它也可以作为一个冷却液剂，

（c）一种电气控制面板，

（d）蒸发加速血液循环和回收单位和清洁每个散热器单元和连接到空气

（e）一种电动送风机用自动的电气输入/输出的空气。

上述设备可以安装到所有类型的中央供热系统中运行，无论是在在公寓楼里，还是在个人住宅，工厂，学校，办公室，医院，酒店等。

这种可以同时加热-冷却空调系统[5,6,7]可以应用于所有使用传统的热发射的散热器和现有的管网，集中供热的建筑物那里。

2．实验操作的原理。

空调系统的组成：

（a）一个冷却单元，

（b）一种特殊的液体剂作为传热流体代替水，

（c）一个循环单元，

（d）一个活栓（开关），

（e）电气控制面板，

（f）一个回收和蒸发器具（加速空气循环），

（g）采暖散热器，

（h）一个液体补足罐，

（i）一个冷水箱，

（j）条过滤器的空气输入到供暖散热器，

（k）一个热泵，

（l）一个太阳能收集器，它遵循的过程中太阳，因此，太阳辐射下降到它垂直提供辅助加热，在加热期间，

（M）系统，废气驱逐，

（n）的一个自动的电动风扇，用于输入和输出的空气和水分，

（o）在废气热交换器，最后（对）为整个系统的绝缘，以避免热损失事故的发生。

按照图1，一个合适的冷却单元将代替水安装到冷却的液体剂，这将驻留在采用燃烧器，管道和散热器锅炉加热的装置中。

这些冷却装置被连接到现有的锅炉之后得到的中央供暖装置循环前的单元管道系统，并且可以安装在建筑物的顶部或者在锅炉房内部或外部。

冷却单元本身可以是一种类型。

它能与所有已知的冷却系统替换，例如：

水，含硫或二氧化碳，氟利昂，氯化或液态

图1空气调节系统总体布局

或液体氮。

三通旋塞，电气或手动，是安装在紧接锅炉后的管道上用来控制和隔离加热或冷却系统，以确保使系统可连续有序使用。

在安装了自然对流换热器的位置，如果替代以自动电动通风机，这种可以自动根据排出空气和水分工作的电气自动系统，将更加准确和节约的满足一天或者一年中各个季节的需求。

在由液体剂替换水之前，应先进行以下步骤：

（i）水应该从中央管加热装置和管道应清洗溶剂的液体，去除盐分存款和铁的氧化物。

（ⅱ）在为了使管道密封防止被发现任何和泄漏，压力应施加到管道的内部。

（iii）该系统运用含有抗氧化和抗腐蚀添加剂的液体剂填充。

图2散热器的详细示意图

如图2所示，该散热器包含一个不涉及排水的空气循环装置，以达到加速空气流通，容剂循环和清洁空气中对健康有害的物质的作用。

空气流通单元组成如下：

（1）一个可变速的电动换气扇加快空气流通实现加速换热

（2）小窗口提取并直接将空气到在入口处的生态香味的空气过滤器电动风扇的洁净的空气和

（3）带滤纸电动水蒸发器，来调节的空气的湿度。

连接在散热器上的传感器和开关对空气循环设备进行自动控制。

适当的空气循环单元安装在每个供暖用散热器，这取决于每个散热器的尺寸和性能。

对于系统的操作在夏季，在冬季期间的电力供应被关闭中央供暖和旋塞关闭。

然后打开旋塞的冷却单元和冷却单元通过电气控制面板投产。

这程序可以自动地发生使用三通电动三通阀和双操作的电子热静态开关。

3．实验装置的说明

两个具有相不同的传热流体加热装置所消耗的电能科技计算出来。

第一次电离室用水做传热剂模拟传统的加热装置。

第二个电离室与第一个完全相同，但使用不同于水的传热流体（所谓的“液体剂”）。

液体剂是由水，防冻剂，防腐剂等构成。

这种新型的加热-冷却的液体传热流体密度为0.874g/cm3，比热为0.581kcal/kg℃，凝固点为20℃和沸点是115℃。

该双室实验装置在希腊Xanthi-Nothern德谟克利特大学能源经济研究实验。

实验设置已经足够可靠和良好，可以有准确的迹象验证所提出的系统的有效性。

加热装置包括的所有设备，以及混合了工具的当代装置（锅炉，环流器，扩张血管，温控器等），但不包括换向阀阀（三通或四通混合阀），因为该装置具有的低功耗和较小数量的水。

管道网络是由铜管制造的。

实验室用复合聚苯乙烯板构建成两个尺寸为3.00mX3.00mX3.00m的腔室。

在两个腔室，加热和冷却装置应进行合适的设置和

图3空调系统节能研究的实验装置

照片1实验用双电离室

预演，以保证实验开始时两室内的的温度相同。

同时，每个散热器上要安装小型电动换气机。

通过换气机的安装，在各个散热器的作用下，温暖的空气流通得很快，整个地区被它所涵盖，房间会迅速升温。

因此，锅炉厂将工作更短的时间，此外空气流通速度的加快，将进一步节省电能。

实验装置内部组成和物理外形分

照片2二室的小规模加热与冷却装置

照片3一室的管网分布

别如图3和照片1所示。

照片4电气设备装置

每个小规模的中央供暖管网如照片2和照片3所示，相应的电气设备如照片4所示。

腔室内部的换热器和通气机系统如照片5所示。

对实验结果进行收集，分析时使用英特尔奔腾PC上运行的ABVIEW5.1程序包。

温度的测量值和电能消耗连同确切实验时间将被存储在计算机文件中。

在所开发的软件的控制下，每隔5毫秒的时间间隔测量一组数据存储在计算机。

数据采集​​界面（照片6）是基于两个Advantechcards。

第一个是A/D输入卡PCI-1714这可以接受多达32个模拟输入，第二个是一个有8个输出通道的D/A输出卡。

六个热量计和四个电能表连接的tothePCI-1714。

温度计测量室内空气-20℃到50℃，测量液体的温度在20℃到120℃范围之内.每产生一个脉冲

照片5散热通风装置形态

照片6数据采集接口

通过电能表电能消耗超过100wh。

4．实验结果

4.1双室热损失校准测试

在加热和冷却的实验开始前对双腔室进行热损失进行校准测试。

里面的两个腔室的温度设置为25.5℃利用现有的便携式加热装置进行加热。

当温度达到时，腔室仍关闭并监测温度变化。

由图4这可以看到，两腔室内部的温度减少到18℃大约要65分钟的时间。

在热损失校准测试后，各种实验发生的热量和冷却的热量均认为是双室内的设施影响。

在加热和冷却的实验中，两个腔室内空气-液体的温度和电气的能源消耗应连续记录。

对于所有的实验中，实验室内的温度（即两个腔室外）设置为18℃。

4.2双室加热实验

图4双电离室内温度随时间的变化

双室加热实验的开始前，使用安装于腔内部的有效的冷却装置将两个腔室内的温度设定为12℃。

水的最大工作温度（腔室Ⅰ）被设定为90℃，液体剂的最大工作温度设置为110℃。

起始，两个传热流体的温度是类似的，都是23℃。

两

个腔室的设定温度被设置为31℃。

两个腔室的内部对温度的要求模拟实际热需求的住宅楼宇。

进行持续时间为连续96小时实验操作和记录实验结果。

可以注意到的是，上述液体作为传热流体的腔室II所消耗的电能相比以水作为传热流体的腔室I减少约20％。

表示为照片7。

照片7双电离室加热实验结果分析

4.3双室冷却实验

双室冷却实验的开始前，使用安装于腔内部的有效的加热装置将两个腔室内的温度设定为35℃。

水的最小工作温度（腔室Ⅰ）被设定为7℃，液体剂的最小工作温度设置为10℃。

起始，两个传热流体的温度是类似的，都是19℃。

两个腔室的设定温度被设置为20℃。

两个腔室的内部对温度的要求模拟实际热需求的住宅楼宇。

进行持续时间为连续96小时实验操作和记录实验结果表示为照片8。

可以注意到的是，上述液体作为传热流体的腔室II所消耗的电能相比以水作为传热流体的腔室I减少约10％。

照片8双电离室冷却实验结果分析

5．讨论与结论

各种测量都表明，两个相同的房间（腔室）的空调，比较特殊的液体剂比水有更大的的能源优势。

结果表明，在同等热能源消耗的情况下，液体剂的温度和腔室内的温度是高于水的温度和相应腔室内的温度。

由液体剂加热的空间经历了更迅速的温度上升相对于加热水的相同的空间。

结论是：

液体剂消耗更小数量的能量却能更好的维持室内舒适的温度。

注意到，在冷却系统的运行的情况下，系统具有相似的结果。

结论是，以液体剂作为传热流体的供暖冷却的空调系统相比于以水作为传热流体的系统节省大30％的能量。

此外，这种空气调理系统的操作非常简单。

建筑物的管理员可以轻松的通过开关进行加热和冷却的状态工矿切换。

为有效的控制温度，建筑物的门窗应关闭且绝缘，这样，就可以由室内的温控器控制系统是室内温度维持在需要的舒适环境内。

据了解，如果供热锅炉被切断，采用现有冷却系统的设施，仍可以继续单独使用。

该空调系统采用普通的散热器，蛇纹石散热器，以及与任何其他类型的不论任何材料或施工换热器都是有效的。

这种中央暖气系统可应用在公寓楼，酒店，工厂，医院等。

该系统的优点总结如下：

（a）我们注意到该系统能量消耗的总量减少约30％，相应的，也将减少相同比例的产生大气温室效应的有害污染物。

（b）对于所有内陆地区的楼宇和公寓，该系统的操作简单，是解决夏季中央空调制冷的一个经济和健康的空调解决方案。

（c）所需的加热-冷却散热器单元的数量显着降低，由于液体剂的属性，它可以在水所不能工作的温度范围内工作。

但是，也有一些问题，需要进一步改进并载列如下：

1．在该组合装置的加热-冷却过程中，须采用特殊材料的管材，以承受的温度液体剂的大幅变化。

2．有人建议，下一步将是利用不同的液体剂把该系统中的应用一个真实的建筑，一个真正的加热冷却循环，并且运用在[1]中描述的增大能源效率的组合与能量管理方法。

3．该系统的液态空气加热，冷却系统将使用可再生能源，以减少能源消耗，为家庭供暖所应用。

例如，在具有非常高的每年太阳辐射的国家，使用的太阳能收集器作为液体加热作为辅助源，比如如希腊。

在这种情况下，需要一个简单的温度控制系统，以确保液体加热-冷却系统尽可能高的效率。

致谢

TheauthorswouldliketothanktheGreekGeneralSecretariatforResearch&Technology（GSRT）forthefinancialsupportofthisprojectundertheOperationalProgrammeforCompetitiveness（OPC）.Also,theauthorswouldliketoexpresstheirgratitudetoMrs.M.Batziou,Mr.E.Georgantzis,Mr.K.MoutzouridisandMr.I.Kyriakoufortheirvaluablecontributionthroughoutthisproject.

参考文献：

[1]G.C.Bakos,A.Spirou,N.F.Tsagas,Energymanagementmethodforfuelsavingincentralheatinginstallations,EnergyandBuildings29（1999）135–139.

[2]EuropeanCommission,DirectorateXVII,RetrofittingofMeteringandControlTechnologyforHeatingSystemsinResidentialBuildings,ProgrammeTHERMIE,1998.

[3]G.C.Bakos,Insulationprotectionstudiesforenergysavinginresiden-tialandtertiarysection,EnergyandBuildings31（2000）251–259.

[4]G.C.Bakos,TechnicalReportWP1,ReviewofcurrentpolicystrategiesandpromotionschemesforRUE&RESinvariouscountriesandregions,ALTENER-2002-094,May–December2003.

[5]K.Mountzouridis,N.F.Tsagas,LiquidHeating–CoolingAirCondi-tioningSystem,GreekPatentNo.1004485（2004）（inGreek）.

[6]G.J.Plagakos,N.F.Tsagas,K.Mountzouridis,D.A.Karadimos,I.Afisov,Liquidheating–coolingairconditioningsystem,in:

ProceedingsoftheInternationalConferenceonEcologicalProtectionofthePlanetEarthI,Xanthi,Greece,5–8June2001.

[7]K.Mountzouridis,N.F.Tsagas,G.C.Bakos,A.Th.Hatzigaidas,A.I.Papastergiou,Liquidheating–coolingairconditioningsystem,in:

Proceedingsofthe2ndInternationalConferenceonEcologicalProtec-tionofthePlanetEarth,Sofia,Bulgaria,2003