110800暖通空调系统的节能-徐文华1

11暖通空调系统节能徐文华2011年8月同济大学暖通空调及燃气研究所2内容1.建筑节能概述2.暖通空调系统节能基础3.暖通空调系统节能技术4.管理与行为节能PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion建筑民用建筑工业建筑公共建筑住宅建筑•目前所讲的“建筑节能”主要针对民用建筑•工业建筑的节能潜力也非常大1.建筑节能概述1.1建筑的概念•建筑：用特定围护结构从自然环境中分隔出来的功能空间整体•建筑功能分类41.2建筑与建筑设备的关系•建筑设备包括暖通空调、建筑电气（强电和弱电）、建筑给排水等专业•建筑是建筑设备依附的主体，建筑设计是建筑设备节能的重要基础•建筑设备是实现建筑功能的主要手段•建筑与设备专业密切结合才能真正实现建筑的功能和节能PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion建筑的能耗•建筑能耗的组成：建筑材料的生产和运输能耗建造过程能耗运行过程能耗（建筑能耗的主要部分）废弃拆卸处理能耗——用“生命周期”评价建筑能耗•目前所讲的建筑节能主要针对“运行”能耗：维持室内环境能耗、设备能耗、照明能耗等——因此才有所谓“零能耗”、“负能耗”建筑61.4建筑节能措施1）建筑规划•区域：自然环境（地形、地表、气候等）与社会环境（周边建筑、交通、能源、污染源等）•朝向：光照、空调辐射负荷、主导风向•高度与间距：光照、室外风环境•绿化：建筑群区域小气候•规模：根据使用功能及发展的适度规模•寿命：确保正常的使用寿命就是节能PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion）建筑设计•体型系数：建筑物接触室外大气的外表面积与其所包围的体积之比值——体形系数越小，维持室内环境的能耗越低•窗墙比：建筑物外表面积中窗所占的面积比——窗是外围护结构中的薄弱点•自然通风：不消耗动力的通风——需要建筑设计密切配合•自然光照明：不消耗能源的室内照明——采光和遮阳存在矛盾•绿化：改善外墙与屋顶热工性能——维护8这样的建筑是否为节能建筑？利用空间、体形系数、窗墙比、围护结构传热系数PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion）建筑材料及构件•材料：绿色、可持续建材•热工性能：传热系数、热惰性•墙体保温：外墙（外保温、内保温）、内墙（邻室传热）•窗：玻璃的热工性能、层数、气密性•双层幕墙：•遮阳：内、外遮阳PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion）建筑设备•民用：给排水、电气、暖通空调等•工业：还要增加工艺、动力、原材料及成品输配与储存等——建筑设备的运行能耗构成建筑“运行”能耗的主要内容，在民用建筑中需要建筑专业密切配合，在工业建筑中还需要工艺专业密切配合PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion建筑节能技术示范建筑（非节能建筑）142.暖通空调系统节能基础2.1暖通空调系统概述暖通空调包括供热、通风与空气调节2.1.1空气调节系统1）空气调节的概念•定义：用人工方法对受控区域内空气的温度、湿度、速度及清洁度（俗称“四度”）进行调节，以满足人员或/和工艺的要求•参数的控制精度据服务对象而不同（工艺性空调要求比较高）•必须具备对空气冷却和减湿的能力——此特征将空气调节与制冷紧密联系起来PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion）空气调节系统的构成与分类（1）空气调节系统的构成•冷热源（主机）•空气热湿处理设备（末端）•流体动力设备（风机、水泵等）•管路（风管、水管、蒸汽管、冷媒管等）•调节控制部件（传感器、阀门等）16空气调节系统构成示意图PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion空调水系统示意图冷却塔冷水机组冷却水泵汽-水、水-水热交换器冷冻水泵热水泵膨胀水箱空调箱风机盘管新风空调箱18a）按空气处理设备位置•集中式•半集中式•分散式空调箱空调房间新风空调箱空调房间风机盘管空调房间室外机室内机冷热源冷热水制冷剂（2）空调系统的分类什么是“中央空调”？PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion）按负担室内负荷的工作介质•全空气系统•全水系统•空气-水系统•冷剂系统（空气-冷剂系统）空调箱空调房间新风空调箱空调房间风机盘管空调房间室外机室内机冷热源冷热水制冷剂新风空调箱20c）按送风空气来源•直流式（全新风）无交叉污染，能耗高•循环式（封闭式）能耗低，空气质量差•混合式兼顾空气质量与能耗d）按服务对象•工艺性以工艺过程与产品的质量为目的，兼顾人员•舒适性以室内人员的健康、舒适为目的PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion（3）空调负荷的构成外部热源：通过建筑围护结构的传热负荷（墙、顶、地、门、窗等）内部热源：人员、照明、设备等新风：设计新风及自然通风换气降低空调负荷是空调节能的关键之一从负荷的构成分析节能的途径222.1.2制冷系统1）制冷及制冷系统概念•制冷：运用人工方法将受控区域内的热量转移到区域外部，实现热量由低温向高温处的传递•需要外界作功•利用制冷剂的相变来吸收（蒸发过程）和释放（冷凝过程）热量，实现冷量的定向迁移•在向受控区域内“供冷”时，必须向区域外放热，而且放热量大于“制冷量”PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion•制冷系统的构成及制冷剂的循环•制冷循环的压-焓图制冷系统的能耗是空调系统能耗的主要组成部分从制冷循环分析节能的途径242）热泵的概念•热泵是可以通过转换冷凝器与蒸发器的功能来实现供热的制冷装置•通过消耗少量能量获得较多的热量，所以得到广泛的应用，有很好的发展前途•根据热源形式可分为空气源热泵地源热泵：包括土壤源（地埋管）、地下水、地表水（海、湖、江、河、污水等）PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion热泵的工作原理（以家用分体机为例）263）制冷系统性能系数•各种表示方式性能系数COP（CoefficientofPerformance）能效比EER（EnergyEfficiencyRatio）季节能效比SEER综合部分负荷性能系数IPLV（IntegratedPartLoadValue）IPLV=A×COP100%+B×COP75%+C×COP50%+D×COP25%•工程应用关注系统总产出/系统总能耗，即系统能效比PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion）制冷剂•常用制冷剂氟利昂：CFCS、HCFCS、HFCS•天然制冷剂：如CO2、NH3、H2O等•环境效应评价指标臭氧消耗潜能值——蒙特利尔公约ODP——OzoneDepletionPotential全球变暖潜能值——京都议定书GWP——GlobalWarmingPotential•应综合考虑制冷剂的环境效应282.1.3供热系统1）供热的概念•定义：生产、输配和应用中、低品位热能以满足生产和生活的需要•分类：工质：蒸汽、水、制冷剂系统：区域、集中、分散PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion）热源的形式•一次能源化石能源：煤、油、气、（核）等可再生能源：生物质、太阳能、地热等•二次能源：电加热、各类热泵•余热与废热利用•能源利用的原则：能源梯级利用，不使用高品位能源生产低品位热能302.1.4通风系统1）通风的概念•定义：向室内送入清洁空气稀释或置换室内污染空气，以保证室内空气符合“卫生标准”，同时根据需要对排风进行净化处理，以达到“排放标准”，保护大气环境•送风通常就是室外空气•在许多场合与空调系统结合在一起PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion）通风系统的构成与分类（1）系统构成•送风口、排风口（排风罩）•空气动力设备（风机）•空气净化设备（颗粒物、有害气体）•风管•调节控制部件32（2）系统分类a）按作用区域分•全面通风•局部通风——局部通风控制效果好、通风量低，应优先采用，但可能与工艺操作有矛盾b）按作用动力分•机械通风•自然通风——自然通风通风量大、不消耗能源，可优先考虑，但通风效果难以控制PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion）按全面通风的气流组织分•稀释通风•诱导通风•置换通风——置换通风通风效率高，有节能潜力、但布置送风口有一定难度，冬季应用受限342.1.5流体输送系统1）输送工质分类•空气系统•水系统•制冷剂系统2）输送系统能耗的构成•冷热源能耗（主机）•末端能耗（空调箱、风机盘管、各类风口等）•管路能耗（包括各类调节控制部件如阀门等）•开式系统提升能耗（进出口压差或位差）需要设计人员计算系统阻力PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion）流体动力机械（1）类别•泵——输送液体•风机——输送气体——有不同的工作原理及容量（2）主要性能指标•流量•全压（扬程、压头）•转速•效率•功率PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion⋅⋅=泵与风机的性能曲线例图（某转速时）382.2暖通空调系统与节能的关系•在大型公共建筑中，暖通空调能耗占建筑运行能耗的主要部分•住宅建筑的暖通空调能耗受居民的生活方式及经济条件影响很大，但总体处于较低水平•在工业建筑中，暖通空调能耗虽然不一定占总能耗的主要比例，但能耗量可超民用建筑•经济发达地区夏季用电负荷的高峰主要是由空调用电造成的•许多暖通空调系统有节能改造的潜力PDFcreatedwithFinePrintpdfFactoryProtrialversion暖通空调系统节能的理念•节能的前提是保障必要的建筑环境质量•节能是提高能源利用效率，不是简单降低能耗总量•暖通空调节能是一项跨专业、系统性工程跨专业：与规划、建筑、设备、材料、控制、管理等专业密切相关系统性：涉及设计、施工、调试、运行管理、维护保养全过程•节能与环保、可持续、绿色、低碳等理念