中央空调节能技术.docx

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中央空调节能技术

摘要

目前世界建筑能耗问题越来越严重，而中央空调系统的能耗在建筑能耗中占重要的比重。

中央空调系统成了耗能大户，中央空调系统的节能是非常必要的。

针对目前这一现状，本文对中央空调系统的节能方面做了相应的研究。

本文首先从系统的设计、选型及运行调节等方面论述中央空调的节能措施，其次，详细的叙述了冷热源与动力方面的节能措施。

最后重点分析了变频技术与蓄冷技术应用于空调节能中。

关键词:

中央空调系统；节能；冷热源；变频；蓄冷

Abstract

Theworldproblemmoreandmoreserious,buildingenergyconsumptionandenergyconsumptionofcentralairconditioningsystemintheimportantpartofbuildingenergyconsumption.Thecentralairconditioningsystemhasbecomealargeenergyconsumption,energysavingofcentralairconditioningsystemisverynecessary.Accordingtothepresentsituationthat,inthispaper,theenergy-savingaspectsofcentralairconditioningsystemtodotherelevantresearch.Thispaperfromthedesignofthesystem,theselectionandoperationadjustmentofthecentralair-conditioningenergysavingmeasures,thesecond,detaileddescribesthecoldheatsourceanddynamicaspectsoftheenergysavingmeasures.Finallyanalysesthefrequencyandcoolstoragetechnologyusedintheair-conditioningenergysaving.

Keywords:

Thecentralairconditioningsystem;Energysaving;Coldandheatsource;Frequencyconversion;Coldstorage

目录

一、绪论1

（一）课题研究的背景及意义1

（二）课题研究的主要内容1

二、中央空调系统设计中的节能2

（一）空调系统设计及设备选用2

（二）建筑物设计3

1.建筑物布局3

2.保温型建筑物4

（三）运行管理及维护中的节能4

1.提高操作人员素质4

2.水质处理4

3.设备维护4

三、冷热源与动力节能5

（一）冷热源节能措施5

1.温湿度控制5

2.冷源效率控制5

（二）动力节能措施5

1.采用大温差6

2.选用低流速6

四、变频与蓄冷技术的应用7

（一）变频技术7

（二）蓄冷空调技术8

1.蓄冷空调技术的基本原理及分类　　 8

2.蓄冷空调技术的社会效益　　 9

五、结论10

致谢11

参考文献12

一、绪论

（一）课题研究的背景及意义

气候异常和能源危机已经成为人类目前面临的重大问题,环境污染越来越严重。

尤其是发达国家过度开采地球的资源造成全球气候变暖，温室效应。

能源危机影响着全球的发展。

地球上的资源对于任何一个国家来说至关重要，二十一世纪以来，随着现代科技的发展，资源过度开采，环境污染这些因素影响着从居民生活到国家战略计划每一个方面。

我国地大物博，经济总量居全球第二。

但是人口居多，平均下来资源相对来说稀少。

我国处于社会主义初级阶段，国家主要战略是以经济建设为中心。

以科学发展观，统筹兼顾，走可持续发展道路。

所以合理利用能源显得尤为重要。

最近几年，中国超过日本成为全球第二大经济体，人民生活水平得到大幅度提高。

科技水平迅速发展，中央空调已经应用在生活，工业，军事等等各个领域，同时电量消耗也增加，根据中国统计局数据，空调耗电量已占总耗电量的30%。

尤其现在中国遍地高楼，建筑物快速增加，而且趋势不断上升。

中央空调的耗电量非常庞大，所以必须采取相关节能措施，降低空调系统能耗，这对于中国乃至全球来说都非常重要。

（二）课题研究的主要内容

本论文研究讨论了中央空调节能措施，并对各种节能措施做了具体的分析,共分五章。

第一章介绍了在全球能源危机背景下中央空调节能的意义。

第二章从中央空调系统的设计、设备选配、系统调节控制及运行维护方面的节能措施。

第三章介绍了了中央空调的冷热源耗能和动力耗能节能措施。

第四章介绍了空调节能的新方向。

变频技术与蓄冷技术。

第五章对全文做出了总结。

二、中央空调系统设计中的节能

（一）空调系统设计及设备选用

中央空调系统工程设计，首先必须计算出冷热负荷量说明，其次给出详细的节能措施。

但是现有技术是通过估算出一个指标来设计中央空调，并且在计算过程中存在一定的误差，导致空调不能运行在最佳效率点，降低了能源利用率，浪费电能，同时对空调设备也有大的损耗。

所以在设计空调系统的时候必须严格审查设计步骤，按照严格规定，中央空调系统必须有负荷说明书。

目前大多数中间空调还采用以往旧的控制方式，即：

通过改变压缩机机组、水泵、风机启停台数，以达到调节温度的目的。

该调节方式缺点集中表现为如下几点：

设备长时间全开或全闭，轮流运行，浪费电能惊人。

电机直接工频启动，冲击电流大，严重影响设备使用寿命。

温控效果不佳。

当环境或冷热负荷发生变化时，只能通过增减冷热水泵的数量或使用挡风板来调节室内温度，温度波动大，舒适感差。

图2.1所示为一典型中央空调机组系统图，主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统及主机三部分组成：

冷冻水循环系统：

该部分由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成。

从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道（出水），进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器（回水）。

室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。

冷却水循环部分：

该部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。

冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，必将带走室内大量的热能。

该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高。

冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔（出水），使之与大气进行热交换，降低温度后再送回主机冷凝器（回水）。

主机：

主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒（制冷剂）等组成。

图2.1中央空调的工作原理

系统参数

空调设计指标尽可能低于标准环境下以满足节能措施的前提。

在降低温度的同时也能减少耗电量，这对于社会来说两全其美。

设备选型

1.由于制冷机能耗占主要能耗，所以选择空调制冷机组要选择容量大一点的机组以便能提高效率。

2.主机容量不能太大。

在满足使用功能的前提下，把机组并联使用，不仅能够满足调温需求，而且也能根据负荷调节机组运行效率。

3.制冷方式。

例如可以选择可回收利用余热的溴化锂方式吸收冷水机组。

（二）建筑物设计

1.建筑物布局

建筑物窗户位置的空间相对其他空间来说温度较高，需要空调不断输送冷空气来降低温度，所以此处耗电量较大。

同时，窗户对于室内采光布局来说非常重要。

所以窗户布局要兼顾采光和降温两者，必须要严格设计，才能使两者达到最佳。

由于空调是通过冷热交换来降低温度的，所以建筑物的密闭性对于冷热交换为主的空调系统显得与为重要，密闭性好，可以降低空调的热损失。

因此在建筑物设计布局的时候采用密闭性好的窗户可以有效地提高空调能源利用。

2.保温型建筑物

随着科技水平的提高，高性能材料应用于建筑物建造。

这种保温墙壁不仅能够维持温度，而且装饰美观，提高了房屋的舒适程度，目前全世界非常流行这一节能技术。

（三）运行管理及维护中的节能

1.提高操作人员素质

中央空调需要操作人员根据室外参数实时的进行调整，如果操作不当，会使能耗增大，虽然降低了温度，但是付出的代价非常巨大，这样以来得不偿失。

根本原因是操作人员没有良好的操作习惯，缺少对他们的管理与培训。

所以我们需要不断对操作人员进行培训，普及制冷空调知识，进一步来提高管理人员的综合素质，合理的调节空调，这样以来节能才会真正的达到最佳。

2.水质处理

空调中的水存在一些腐蚀性的东西，会损耗空调机组设备，会造成机器运行效率不在最佳工作点，不仅影响节能，而且长久以后严重影响机组的安全运行。

由于空气中的灰尘，二氧化硫等酸性气体进入入冷却水系统中，水循环系统是封闭行的，不能及时的将有害于设备的物质及时的排出去，这些沉积下来的物质与空调设备发生化学反应，腐蚀了设备，一些管道也变形，最后使得空调负荷提高，增加耗电量。

3.设备维护

中央空调运行一段时间后受到各方面的影响，设备受到损失。

所以效率定会下降。

所以必须定期对空调进行检查与保养。

首先是去除污垢，提高流通性；其次是防腐蚀。

定期的维护，可以提高空调系统效率。

三、冷热源与动力节能

空调系统能耗包括冷热源耗和能动力耗能。

主要是空调供给处理设备冷量和热量的能耗，动力耗能是输送空气和水,风机和水泵克服流动阻力的能耗。

（一）冷热源节能措施

1.温湿度控制

根据不同季节时期的空调降温过程分析出,夏天温度越低导致相对湿度也降低，因此，中央空调的耗电量也增多。

而到了冬天的时候，建筑物里面的温度很高导致了相对湿度变高，由此空调的运行费用也增大。

而且每一个人对温度的适应性都不一样，没法达到一个最佳的适应温度,所以可以选择一个平均水平的适应区域，满足大部分人的要求最佳的湿度控制不仅可以满足人们的需求，也可以最大的降低耗电量不必要的损失。

2.冷源效率控制

评价冷源制冷效率的性能指标是制冷系数。

制冷系数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和冷却剂温度,被冷却物的温度越高,冷却剂温度越低,制冷系数越高。

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措施[1]:

1）降低冷却水温度

2）提高冷冻水温度

（二）动力节能措施

1.采用大温差

如果系统中输送冷热能用的水（或空气）的供回水（或送回风）温差采用较大值，那么当它与原有温差的比值若为m，从流量计算公式知道，采用大温差时的流量降为原来流量的1/m3。

这时，水泵或风机要求的功率将减小到原来的1/m3。

可见，加大温差的节能效果是明显的。

在满足中央空调精度、人员舒适和工艺要求的前提下，应尽可能加大供、回水温差。

要注意的是：

供、回水的温度差不宜大于8℃[1]。

2.选用低流速

因为水泵和风机要求的功耗大致与管路系统中的流速成正比关系，因此，要取得节能的运行效果，在设计和运行时不要采用高流速。

改变风机的转速可以改变风机的性能参数，风机的功率与转速成三次方的关系，而流量与转速成一次方的关系，降低转速以降低流量的同时可以大幅度降低能耗。

[1]。

四、变频与蓄冷技术的应用

（一）变频技术

中央空调中水泵风机用电量占空调总用电量30-40%。

因此，泵类和风机变速运行节能量是显著的。

无论是溴化锂机组或电制冷（氟利昂）机组的中央空调系统，主机自身的能量消耗有机组控制，机外的电力消耗组不能控制，而这部分的成本是相当高的，却通常被人忽视了。

尤其是溴化锂机组，在额定状态制冷运用行时，机外水泵、冷却塔的电机耗电量约占总体能源消耗成本的30%（以每公斤油2元、每度电1元计算）。

无论从环境保护角度还是用户切身利益角度，都应将中央空调系统设计成最节能的系统。

采用变频器来控制机外水泵电机、冷却塔电机是最简单、最有效的节能措施。

一般情况节电20%~50%，每年可节省机组及系统总运行费用的12%~20%，十分惊人。

从以上分析可知,对于中央空调的冷冻水循环系统、冷却水循环系统及冷却风扇电机使用调速方式能够降低系统的功耗。

因此,可以采用变频器对水泵和风机作调速控制,其控制原理如图所示。

这其中分为3部分。

图4.1变频控制原理图

1、冷却水泵变频控制

中央空调的冷却水泵的功率是根据空调冷冻机组的压缩机满负荷工作设计的，当环境温度及各种外界因素，冷冻机组不需要开启全部压缩机组，此时空调的冷凝系统所需要的冷却量也相应地减小，这时就可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环速度及流量，使冷却水的冷负荷被冷凝系统充分利用，从而达到节能目的。

从我公司对中央空调的变频节能改造得出以下的数据，其冷却水泵、冷温水泵在低流量运行时，可以大幅度节省电力，尤其针对直燃机冷却水流量曲线的特点，采用变频控制，意义更大，从远大BZ型直燃机中央空调系统采用海利普变频器控制水泵测试数据为例：

当制冷量75%时，机组所需冷却水流量34%，水泵电耗约20%；

当制冷量50%时，机组所需冷却水流量22%，水泵电耗约15%。

2、冷温水泵变频控制

中央空调的冷媒水泵的功率是根据空调满负荷工作设计的，当宾馆、酒店、大厦需要的冷量或热量没有达到空调的满负荷，这时就可以通过变频器调速器来调节冷媒水泵的转速，降低冷媒水的循环速度，使冷量和热量得到充分利用，从而达到节能目的。

如果制冷、采暖共用一台水泵，则冬季水泵流量只需50%，自然可大大节省电力；即使是冬夏分泵运行，也可在低负荷季节适当降低流量，如90%流量时，电耗约75%。

3、冷却塔风机变频控制

风机功率一般都较小，节电不如水泵明显。

但风机采取变频控制能极大地有助于冷却水恒温，这对于机组制冷恒温极为关键；且能使机组溶液循环稳定，获得最大限度的节省燃料。

冷却塔风扇低转速运行还能大幅度减少漂水，节省水源、延缓水质劣化、减少水雾对周围的影响。

（二）蓄冷空调技术

1.蓄冷空调技术的基本原理及分类　　 

蓄冷中央空调简单地讲就是在常规中央空调增加了一套蓄冷装置，如：

蓄冰槽、蓄冰桶等。

蓄冰空调主要利用分时电价政策，在夜间用电低谷期，采用电制冷机制 冷，将制得冷量以冰（或其它介质）的形式储存起来。

在白天空调负荷高峰期，将冷量释放，便可达到少开中央空调主机甚至不开主机的目标。

蓄冷空调按蓄冷介质可以分分：

1.水蓄冷空调。

用水作为介质，在某些条件下有优势，使用量较少。

2.冰蓄冷空调。

用冰作为介质，非常流行。

使用量大。

2.蓄冷空调技术的社会效益　　 

根据居民用电习惯，空调一般集中在晚上九点到十一点之间。

如果发电设备的负荷设计的是居民用电集中时期的数据，那么在用电量少的时期会造成设备不能完全被利用，浪费多余的能源，而且以导致用电成本会上涨。

如果按照居民平均水平的数据来设计，在高峰时期用电负荷太大，供不应求，造成不必要的麻烦。

蓄冷空调技术正好可以解决这一问题，低谷时期不浪费，高峰时期可以有效利用。

实现均衡用电。

五、结论

本文的重点是变频技术与蓄冷技术。

中央空调中水泵风机用电量占空调总用电量30-40%。

因此，泵类和风机变速运行节能量是显著的。

由于水泵实际工作点往往不能处于效率最高点，即使流量减小了，实际用电量减少并不多。

而采用变频调速装置调节流量可收到良好的节能效果。

蓄冷空调主要利用分时电价政策，在夜间用电低谷期，进行制冷，将制得冷量以冰（或其它介质）的形式储存起来。

在白天空调负荷高峰期，将冷量释放，便可达到少开甚至不开主机的目标。

本文主要介绍了空调系统节能的几个主要途径。

一是优选建筑物空调系统运行模式及设备，加强自动控制运行管理方式。

三是冷热源与动力节能。

四是变频技术与蓄冷技术的应用。

在空调领域，舒适和节能成为当今建筑、设计的基本课题，保护环境，利用自然能源，削减能源负荷，成为今后建筑设计的方向。

致谢

这次毕业论文能够得以顺利完成，并非我一人之功劳，是所有指导过我的老师，帮助过我的同学和一直关心支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。

我要在这里对他们表示深深的谢意！

值此论文完成之际，首先向我的导师XXX教授致以最诚挚的谢意！

XXX老师治学严谨，学识渊博，平易近人，不仅传授了我很多知识，还传授了我做人的准则，这些都将使我终生受益。

无论是在理论学习和工作阶段，还是在论文的选题、资料查询、开题、研究和撰写的每一个环节，无不得到导师的悉心指导和帮助，我愿借此机会向导师表示衷心的感谢！

我要感谢大学给了我良好的学习环境和条件。

给我们授课的老师学识渊博、视野开阔、实践经验丰富、教学认真，是他们的谆谆教导，使我学到了很多有用的管理知识和技能，为我顺利完成论文打下了良好的基础。

在我学习期间，我得到了全体同学的热心帮助及单位领导和同事的大力支持，特向他们表示衷心的感谢。

我要感谢我的家人对我在整个的学习过程中，所给予我的鼓励和支持。

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

我愿在未来的学习和研究过程中，做出更好的成绩来答谢曾经关心、帮助和支持过我的所有领导、老师、同学、同事和家人。

要感谢的还有本论文中引用的参考文献中所有研究者。

最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。

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