中央空调节能新动向

中央空调节能新动向

中央空调节能新动向

变流量技术与变频调速

提高空调系统运行的全年或季年性能源效率,越来越受到人们的关注。近年来,特别是减少风机、 水泵的运行能耗更引人关注。因此,除系统小型化外,变水量( VWV 、变风量( VAV))和变制冷剂流量( VRV)系统的研究与应用,大大促进了制冷空调技术的发展,与机器设备调速技术相结合的变流量技术, 则可以大大提高空调系统与设备的能源利用率。

实现变流量技术一方面要在系统设计上加以考虑,另一方面要靠设备来实现。 泵与风机的变频调节技术是普遍采用的一项重要的节能措施。中央空调中水泵风机用电量占空调总用电量类和风机变速运行节能量是显著的。变流量水系统的节能效果好。设计负荷运行时间约占总运行时间的 (6 ~8)%,水泵的能耗很大, 约占空调系统总能耗量的 (15 ~20)%。

由于水泵实际工作点往往不能处于效率*高点,即使流量减小了, 实30-40%。因此,泵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。

如送风面积大或房间多,设计时可将变风量系统分为两个或数个系统,以使控制更灵活,调节更方便,节能效果更显著。变频调速原理如下:

异步电动机的转速 n 由下式公式确定:

n=60 f (1-s ) / p

其中: p 为电机极对数; f 为交流电源的频率; s 为电动机的转差率。

因此,对异步电机而言,当负载转矩恒定时,其转速与电源频率成正比。

泵与风机应用交流变频器节能的原理:

泵与风机的流量与转速的1 次方成正比。但轴功率N 与转速 n的关系如下:

N2=N1 * ( n2 / n 1 )3,即泵或风机的轴功率与转速的3 次方成正比。当电动机的转速由 n1 减少 10%变为 n2 时,轴功率将减少 27%。转速减少 20%时,轴

功率将减少 49%。与改变泵或风机出口阀门开度的方法相比,变频调速方法的节能效果是非常明显的。

2 、蓄能空调技术

蓄能空调技术就是利用夜间电网低谷时的电力来制冷或制热,把冷量或热能储存起来,在白天电力高峰用电紧张时释放冷量或热能,满足建筑物空调冷源或热水需要。

(1)蓄能空调的起源与国际上的发展情况水蓄冷空调大约出现在1930 年前后,*初用于影剧院、教堂、乳品加工厂等短时间使用降温、 负荷集中的场所。 这种蓄冷技术可以用小制冷机带动大冷负荷,可以降低制冷系统的初投资。后来,制冷机成本明显降低,该项技术的应用陷入了停滞期。机,再次引起人们对空调蓄冷的关注。1973 年的能源危20 世纪 80 年代,冰蓄冷空调技术在能源紧缺的发达国家迅速推广。 在大型商场、 办公楼、商住楼、宾馆饭店、娱乐场所、医院等场所应用效果显著。从世界范围看,世界发达国家都已经或正在使用蓄冷空调。 目前该项技术在世界上属于成熟的技术,世界各国广泛于应用各个领域。目前,*新的蓄冷空调是低温、大温差供冷送风技术, 少数工程已做到比常规空调系统投资更少。

(2)冰蓄冷空调技术在我国国内的发展情况

随着社会发展和生活水平的提高,我国各地空调用电大幅度增长。而且许多企业由于晚班生产工效低,需另付晚班费等原因,渐渐恢复到白天生产,导致低谷用电负荷反而逐年相对下降。因此,城市用电峰谷差日趋拉大, 城市尖峰用电时段电力紧张, 迫使电力部门拉闸限电。而低谷用电时段电力过剩。 根据美国、日本及台湾省的经验,解决上述矛盾的一个有效途径是发展蓄能空调,谷时段。与常规空调系统比较, 冰蓄冷空调一方面对电网削峰填谷,优化将尖峰负荷转移到低资源配置,减少电力电站投资,保护生态环境有良好的社会效益。另一方面,对采用冰蓄冷空调的业主而言,还可以得到以下的实惠:减免电力增容费用, 减少制冷主机的装机容量, 减少相应的配电设备投资,节省大量的运行费用,停电时还可以作为应急冷源继续供冷。

(3)蓄冷空调技术的基本原理

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*不开主机的目标。

(4)蓄冷空调的分类

按蓄冷介质分:

水蓄冷—用水作为蓄冷的介质,有一定的应用,某些条件下有优势。

冰蓄冷—用冰作为蓄冷的介质,目前*常用。

共晶盐等高分子介质,目前少用。

按蓄冷方式分:

部分蓄冷。部分蓄冷是指制冷机连续运行,在夜间制冷储能,以补足白天高峰制冷负荷, 白天同时使用制冷机与夜间储存的冷量供应空调负荷。部分蓄冷是目前*常用方式。

全部蓄冷。全部蓄冷是利用低谷电荷时制冷机蓄冰储能,白天空调不使用制冰机, 所有空调负荷完全以储存的冷能供给。这种方式常用于改建工程,也适用需要瞬时大量释冷的建筑物,如体育馆。

(5)采用冰蓄冷空调技术对用户的效益

减少制冷主机的装机容量和功率,可减少30%-50%。

减少电力增容费和供配电设施费。减少相应的电力设备投资,如:变压器、配电柜等。例如 , 罐头厂 .

减少冷却塔的装机容量和功率。设备满负荷运行比例增大,充分提高设备利用率和效率。

系统冷量调节灵活,过渡季节不开或少开制冷主机,节能效果明显。

利用低谷廉价电力,节省大量的运行费用,可节省40%-50%。

易于实现大温差和低温送风,节省输送系统的投资和能耗。相对温度更低,空调品质提高,能有效防止中央空调综合症。具有应急功能,停电时可利用自备电力启动水泵溶冰供冷,空调系统的可靠性提高。缺点–通常在不计电力增容费的前提下,其一次性投资比常规空调大(在 15% 以内) 。

– 储冰装置要占用一定的建筑空间。

– 制冷储冰时主机效率比在空调工况下运行低。

– 设计和调试相对复杂。

(6)蓄冷空调技术的社会效益

商业用电一般集中在9:00-23:00。若按尖峰用电负荷建设发电设备与供电电网, 那么在低谷时段, 相当一部分发电设备与输电设备不能充分发挥作用,折算到每 kWh的平均供电成本也要上升。 如果按平均用电负荷建设发电厂输配电网,那么在尖峰时段, 用电负荷就会超过供电能力,必须采取拉闸停电,强制削减用电负荷。而采用了蓄冷空调之后, 尖峰时段制冷机不制冷或少制冷, 即可均衡用电负荷,保证供电。

如果单纯为了满足尖峰用电负荷需要,就必须兴建更多的新电厂。在空调的社会普及率相当高后,如果采用蓄冷空调技术,就可有效地把空调用电的约 40%左右的 负荷转移到低谷时段,就可不建或缓建新电厂。从而提高了现有发电设备与输配电网的利用率与效率,改善电力建设的投资效益。

一、中央空调系统的组成

中央空调系统是由一系列驱动流体流动的运动设备( 如水泵、风机及压缩机 ) 各种型式的热交换器 ( 如风机盘管、蒸发器、冷凝器及中间热交换器等 ) 及连接各种装置的管道 ( 如风管、水管及冷媒管 ) 和阀件所组成。系统一般可分下列五个循环:

(1)室内空气循环;

( 2)冷水循环;

( 3)冷媒循环;

( 4)冷却水循环;

( 5)室外空气循环。

总体说来,构成中央空调系统的设备和机械主要是热交换器和流体机械两种。

热交换器是作为高、低温两种工作流体能量交换的设备。当任何一组热交换器效果不好时,会增加系统耗电率耗电量增加,就是冷冻能力下降。流体机械则是推动工作流体循环的动力装置,其耗电量W=QHh/η。耗电量的多少决定于运转时数工作流体循环所需要的扬程可达到节能的目的。

二、中央空调系统设计中的节能

要实现中央空调系统的节能,首先应设计合理。中央空调系统是为空调建筑服务的,因此,节能设计可以分为两方面,一方面是减少空调建筑的热负荷,另一方面是提高中央空调系统的效率。h,输送的工作流体流量 Q,(kW/RT),不是系统H以及效率 η,减少其中任何一项,都空调建筑在夏季依靠制冷机将室内的热负荷移到室外。显然,减少了室内的热负荷, 制冷机的运行时间就减少, 中央空调系统的能耗就减少。

室内的热负荷来自两方面, 一是由室内外温差而引起的热量交换,另一方面是室内照明和设备产生的热负荷。因此,可以采取遮阳、气密、绝热等措施,以减少室内的热负荷达到节能。

1 、减少室内的热负荷

(1)遮阳

减少阳光直接辐射屋顶、墙、窗及透过窗户进入室内,可采用挑檐、遮阳板 ( 篷) 、镀膜玻璃等;减轻外墙、屋面吸收阳光幅射热,可采用浅色外墙饰面, 将绝热层设在外墙外侧和屋顶屋面, 或架空屋面。增加外遮阳对夏季冷负荷 ( 或供冷量 ) 减少十分明显。据中国建筑科学研究院测定, 在水泥屋面刷上石灰水, 夏季屋面的表面温度可降低 16- 19℃。

(2)气密

提高门窗气密性, 防止缝隙进风。 采用塑钢门窗不仅气密性好,而且热阻大,并可降低噪音,减少灰尘。或采用门窗密封条,提高门窗气密性。房间换气次数由左右。因此设计中应采用密闭性良好的门窗。加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段。 根据门窗的具体情况, 分别采用不同的密封条. 如橡胶条、塑料条或橡塑结合的密封条。

(3)绝热

8 降到 5 次,建筑物的耗冷可降低8%采用绝热材料对墙、屋顶、门窗等进行绝热,如岩棉、矿渣棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、膨胀珍珠岩、加气混凝土、聚氨酯硬质泡沫塑料、 PVC塑料门窗、中空玻璃等,以减少围护结构的传热系数。采用空心砌块、二层窗等,利用空气隔热,也可起到绝热作用。增设外墙及屋顶的保温层对冬、夏两季节能有利

(4)控制窗墙比

窗墙比是窗洞口与墙的面积比值,增大这个比值不利于空调建筑节能。通过外窗的耗热量占建筑物总耗热量的定各朝向的窗墙比不得大于下列数字:北向

南向 35%。 减少窗、墙面积比,对减少夏季冷负荷有较好的效果。窗的设计和发展经历了单层窗时期、 双层玻璃阶段和镀膜玻璃阶段。 目前*先进的节能窗是超级节能窗,虽然超级节能窗比普通窗的价格高(20 ~50)%,但以节能计算,它的回收期只有

(5)照明

在我国,照明用电量已占总用量的10%以上,照明用电往往2~4 年。对于空调面积大、照明容量大的地方,应采用照明与空调的组合系统。注意采用节能灯, 节能灯发光效率高, 是白炽灯的 5 倍左右。即同样亮度时,节能灯耗电只有白炽灯的少照明电耗 ,而且可以减少空调负荷。

2 、提高中央空调系统的效率

(1). 合理选择制冷装置(冷源)

配置多台压缩机的冷水机组具有明显节能效果。因为这样的机组在部分负荷时仍有较高的效率, 而且,机组起动时可以实现顺序起动各台压缩机,对电网的冲击小,能量损失小。此外,可以任意改变各台压缩机的起动顺序,使各台压缩机的磨损均衡,延长使用寿命。 但台数不宜过多, 冷水机组台数宜选用 2~

3 台.

(2)合理选择主机容量

为了安全起见,绝大部分的冷水主机容量要比实际尖峰热负载大 20%以上。但是,实际尖峰热负载在全年出现的频率相当低,全年平均的热负载大约是尖峰热负载的(60 ~70)%,使得全年平均的热负4 台,单机制冷量的大小应合理搭配。载只有冷水主机容量的 (50 ~60)%。由此,造成冷水主机大部分时间都在低负载下运转。冷水主机负载率在 60%以下运转效率不佳。因此,主机容量不应选择过大。

(3)合理选择制冷方式

有余热 ( 如蒸汽、热水和窑炉排放热等 ) 可供利用的地方,应优先选用溴化锂吸收式冷水机组作为空调系统的冷源。

(4) 配置优质的节能设备

由于设计制造技术的提高,近年来新上市的冷水主机的耗电率比 20 年前所生产的冷水主机降低约35%左右。因此在适当时候将旧主机换成高效率的冷水主机是非常可行的。根据实例,某用户为了解决CFC冷媒的问题,将一台已经运约 15 年的 350RT的冷水主机,换成可满足尖峰需求的

主机,设备投资约可在4 年左右回收。

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  • 姚先生
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