暖通空調系統(tǒng)的節(jié)能

南京工業(yè)大學暖通空調系統(tǒng)節(jié)能暖通空調研討所張廣麗 內容1.建筑節(jié)能概述2.暖通空調系統(tǒng)節(jié)能根底3.暖通空調系統(tǒng)節(jié)能技術4.管理與行為節(jié)能1.建筑節(jié)能概述

1.1建筑的概念建筑：用特定圍護構造從自然環(huán)境中分隔出來的功能空間整體建筑功能分類建筑民用建筑工業(yè)建筑公共建筑居住建筑目前所講的“建筑節(jié)能〞主要針對民用建筑工業(yè)建筑的節(jié)能潛力也非常大 1.2建筑與建筑設備的關系建筑設備包括暖通空調、建筑電氣〔強弱電〕、建筑給排水等專業(yè)建筑是建筑設備依靠的主體，建筑設計是建筑設備節(jié)能的重要根底建筑設備是實現(xiàn)建筑功能的主要手段建筑與設備專業(yè)親密結合才干真正實現(xiàn)建筑的功能和節(jié)能61.3建筑的能耗

建筑能耗的組成:建筑資料的消費和運輸能耗建造過程能耗運轉過程能耗〔建筑能耗的主要部分〕廢棄裝配處置能耗——用“全生命周期〞評價建筑能耗目前所講的建筑節(jié)能主要針對“運轉〞能耗：維持室內環(huán)境能耗，包括建筑設備能耗、照明能耗等——因此才有所謂“零能耗〞、“負能耗〞建筑2024/1/1節(jié)能作為虛擬資源化石燃料能源化石燃料能源可再生能源利用能源效率提高被動式技術和行為節(jié)能虛擬能源無碳替代能源低檔次熱源利用2024/1/1節(jié)能是金字塔的塔基1.4建筑節(jié)能措施

1〕建筑群規(guī)劃?區(qū)域：自然環(huán)境〔地形、地表、氣候等〕與社會環(huán)境〔周邊建筑、交通、能源、污染源等〕?朝向：光照、空調輻射負荷、主導風向?高度與間距：光照、室外風環(huán)境?綠化：建筑群區(qū)域小氣候?規(guī)模：根據(jù)運用功能及開展的適度規(guī)模?壽命：確保正常的運用壽命就是節(jié)能2〕建筑設計?體型系數(shù)：建筑物接觸室外大氣的外外表積與其所包圍的體積之比值——體形系數(shù)越小，維持室內環(huán)境的能耗越低?窗墻比：建筑物外外表積中窗所占的面積比——窗是外圍護構造中的薄弱點?自然通風：不耗費動力的通風——需求建筑設計親密配合?自然光照明：不耗費能源的室內照明——采光和遮陽存在矛盾?綠化：改善外墻與屋頂熱工性能——維護3〕建筑設備

民用：給排水、電氣、暖通空調等工業(yè)：還要添加工藝、動力、原資料及廢品建筑設備的運轉能耗構成建筑“運轉〞能耗的主要內容，在民用建筑中需求建筑專業(yè)親密配合，在工業(yè)建筑中還需求工藝專業(yè)親密配合。?3〕建筑資料及構件?資料：綠色、可繼續(xù)建材?熱工性能：傳熱系數(shù)、熱惰性?墻體保溫：外墻〔外保溫、內保溫〕、內墻〔鄰室傳熱〕?窗：玻璃的熱工性能、層數(shù)、氣密性?雙層幕墻：?遮陽：內、外遮陽 2.暖通空調系統(tǒng)節(jié)能根底2.1暖通空調系統(tǒng)概述

暖通空調包括供熱、通風與空氣調理

2.1.1空氣調理系統(tǒng)

1〕空氣調理的概念?定義：用人工方法對受控區(qū)域內空氣的溫度、濕度、速度及清潔度〔俗稱“四度〞〕進展調理，以滿足人員和工藝的要求

?必需具備對空氣冷卻和減濕的才干 ——此特征將空氣調理與制冷嚴密聯(lián)絡起來降低空調負荷是空調理能的關鍵之一從負荷的構成分析節(jié)能的途徑〔3〕空調負荷的構成外部熱源：經(jīng)過建筑圍護構造的傳熱負荷〔墻、頂、地、門、窗等〕內部熱源：人員、照明、設備等新風：設計新風及自然通風換氣圍護構造傳熱隔熱：把熱量擋在室外。傳熱的途徑夏季熱源：1太陽輻射；2室外高溫空氣；3室內散熱〔設備、人體〕夏季問題：1如何減少進入室內的熱量？2已進入的熱量如何排除？圍護構造各部分的傳熱比例圍護構造各部分所產生的采暖空調負荷的比例-----以50%節(jié)能規(guī)范的居住建筑為例，夏熱冬冷地域夏季、冬季典型日的負荷分布案例建筑Room1-2夏季負荷比例Room1冬季負荷比例夏季戰(zhàn)略外窗：太陽能輻射：遮陽溫差傳熱：提高熱阻。外墻：提高熱阻；一定的蓄熱才干。開窗通風：帶走室內熱量；改善室內空氣質量〔時段選擇〕

19墻體節(jié)能2021.10綠色建筑評價規(guī)范20改善屋頂熱工性能21屋面綠化效果對環(huán)境的影響外窗遮陽與保溫23西窗百葉遮陽百葉程度遮陽遮陽冬季傳熱的途徑冷風下雪失熱：室外低溫空氣；得熱：太陽輻射；室內設備，人體。冬季問題:1如何減少室內熱量的外泄？----保溫2如何添加室內熱量？冬季戰(zhàn)略外墻：提高熱阻：抵抗熱量流失外窗：提高熱阻：面積大?。航邮芴栞椛洌惶砑訜釗p失提高氣密性。

南向邊庭室內卷簾遮陽嚴寒、冰冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖和溫暖5個不同的建筑氣候區(qū)，除溫暖地域外，建立部曾經(jīng)公布實施了分別針對各個建筑氣候區(qū)居住建筑的節(jié)能設計規(guī)范。建立部所公布的居住建筑節(jié)能設計規(guī)范的節(jié)能率為50%。 負荷與能耗——兩個不同的概念負荷的單位是W或者kW，它反映了建筑物的用能需求。負荷的大小，取決于當?shù)貧夂驐l件和圍護構造的熱工性能。能耗的單位是kWh。一定負荷的建筑，用能設備的運用時間越長，能耗量就越大。負荷是根底，圍護構造的隔熱保溫只是發(fā)明了節(jié)能的必要條件，而只需經(jīng)過設備和系統(tǒng)才有本質性節(jié)能，才是節(jié)能的充分條件。即使是能效最高的設備，運用時間越長，能耗越大。夏季總能耗比例外窗：68%通風：22%外墻：10%冬季總能耗比例外窗:28%冷風：46%外墻：26%室內自在溫度測試案例50%節(jié)能房西堤左臥室窗戶不遮陽左臥室窗戶有遮陽特點夏季：太陽輻射是室內溫度過熱的主要要素；房間無太陽輻射時，室內根底溫度接近于室外空氣平均溫度；墻體內外表溫度對室內熱溫馨影響大。冬季：太陽輻射是室內補熱的重要熱源；室內外最大溫差在20-25℃以內。

夏熱冬冷地域住宅圍護構造技術道路堅持被動式技術優(yōu)先的原那么經(jīng)過圍護構造等改善室內環(huán)境，盡量緊縮采暖空調的啟用時間。圍護構造節(jié)能技術道路重點控制窗戶的太陽輻射，添加窗戶的傳熱阻根本維持外墻的現(xiàn)有熱工程度加強內墻和樓板保溫適度放寬體形系數(shù)良好的自然通風與采光堅持1次換氣次數(shù)2〕空氣調理系統(tǒng)的構成與分類〔1〕空氣調理系統(tǒng)的構成?冷熱源〔主機〕空氣熱濕處置設備〔末端〕流體動力設備〔風機、水泵等〕?管路〔風管、水管、蒸汽管、冷媒管等〕?調理控制部件〔傳感器、閥門等〕2024/1/1b〕按負擔室內負荷的 任務介質?全空氣系統(tǒng)?全水系統(tǒng)?空氣-水系統(tǒng)?冷劑系統(tǒng)〔空氣-冷劑系統(tǒng)〕空調箱空調房間新風空調箱空調房間風機盤管空調房間室外機冷熱源冷熱水制冷劑 室內機新風空調箱

c〕按送風空氣來源 ?直流式〔全新風〕 無交叉污染，能耗高 ?循環(huán)式〔封鎖式〕 能耗低，空氣質量差 ?混合式 兼顧空氣質量與能耗 d〕按效力對象 ?工藝性 以工藝過程與產品的質量為目的，兼顧人員 ?溫馨性 以室內人員的安康、溫馨為目的2.1.2制冷系統(tǒng)1〕制冷及制冷系統(tǒng)概念制冷：運用人工方法將受控區(qū)域內的熱量轉移到區(qū)域外部，實現(xiàn)熱量由低溫向高溫處的傳送需求外界作功利用制冷劑的相變來吸收〔蒸發(fā)過程〕和釋放〔冷凝過程〕熱量，實現(xiàn)冷量的定向遷移在向受控區(qū)域內“供冷〞時，必需向區(qū)域外放熱，而且放熱量大于“制冷量〞??制冷系統(tǒng)的構成及制冷劑的循環(huán)從制冷循環(huán)分析節(jié)能的途徑制冷系統(tǒng)性能系數(shù)?各種表示方式 性能系數(shù)COP〔CoefficientofPerformance〕 能效比EER〔EnergyEfficiencyRatio〕 季節(jié)能效比SEER

綜合部分負荷性能系數(shù)IPLV〔Integrated PartLoadValue〕IPLV=A×COP100%+B×COP75%+C×COP50%+D×COP25% ?工程運用關注系統(tǒng)總產出/系統(tǒng)總能耗，即系統(tǒng)能效比2〕熱泵的概念?熱泵是可以經(jīng)過轉換冷凝器與蒸發(fā)器的功能來實現(xiàn)供熱的制冷安裝經(jīng)過耗費少量能量獲得較多的熱量，所以得到廣泛的運用，有很好的開展出路根據(jù)熱源方式可分為空氣源熱泵地源熱泵：包括土壤源〔地埋管〕、地下水、地表水〔海、湖、江、河、污水等〕??空氣源熱泵空調器任務原理2021.10綠色建筑評價規(guī)范42空氣冷卻或加熱緊縮機室內熱量排出到室外〔夏季〕提取室外熱量〔冬季〕室外機室內機冷媒帶走室內熱量〔夏季〕或對室內加熱〔冬季〕

冷熱源末端熱泵系統(tǒng)舉例：傳統(tǒng)的大型空調系統(tǒng)2.1.3供熱系統(tǒng) 1〕供熱的概念 ?定義： 消費、輸配和運用中、低檔次熱能以滿足消費和生活的需求 ?分類： 工質：蒸汽、水、制冷劑 系統(tǒng)：區(qū)域、集中、分散2〕熱源的方式?一次能源化石能源：煤、油、氣、〔核〕等可再生能源：生物質、太陽能、地熱等二次能源：電加熱、各類熱泵?余熱與廢熱利用能源利用的原那么：能源梯級利用，不運用高檔次能源消費低品位熱能2024/1/12.1.4流體保送系統(tǒng)1〕保送工質分類空氣系統(tǒng)?水系統(tǒng)制冷劑系統(tǒng)

2〕保送系統(tǒng)能耗的構成冷熱源能耗〔主機〕末端能耗〔空調箱、風機盤管、各類風口〕管路能耗〔包括各類調理控制部件如閥門〕開式系統(tǒng)提升能耗〔進出口壓差或位差〕需求設計人員計算系統(tǒng)阻力3〕流體動力機械〔1〕類別泵——保送液體風機——保送氣體——有不同的任務原理及容量(2〕主要性能目的?流量全壓〔揚程、壓頭〕?轉速?效率?功率???輸入功率計算式泵與風機的性能曲線例圖〔某轉速時〕2.2暖通空調系統(tǒng)與節(jié)能的關系?在大型公共建筑中，暖通空調能耗占建筑運轉能耗的主要部分?住宅建筑的暖通空調能耗受居民的生活方式及經(jīng)濟條件影響很大，但總體處于較低程度?在工業(yè)建筑中，暖通空調能耗雖然不一定占總能耗的主要比例，但能耗量可超民用建筑

?經(jīng)濟興隆地域夏季用電負荷的頂峰主要是由空調用電呵斥的?許多暖通空調系統(tǒng)有節(jié)能改造的潛力

2.3暖通空調系統(tǒng)節(jié)能的理念節(jié)能的前提是保證必要的建筑環(huán)境質量;節(jié)能是提高能源利用效率，不是簡單降低能耗總量暖通空調理能是一項跨專業(yè)、系統(tǒng)性工程跨專業(yè)：與規(guī)劃、建筑、設備、資料、控制、管理等專業(yè)親密相關系統(tǒng)性：涉及設計、施工、調試、運轉管理、維護保養(yǎng)全過程節(jié)能與環(huán)保、可繼續(xù)、綠色、低碳等理念本質上是一致的：提高能源利用效率、合理利用資源、減少對生態(tài)環(huán)境的不利影響???3.暖通空調系統(tǒng)節(jié)能技術3.1總體要求1〕合理準確地計算暖通空調負荷要求逐時計算負荷〔不能按目的估算〕 ——負荷估算偏大是大多數(shù)工程的通病，導致系統(tǒng)、設備都選型偏大，造價和運轉費用偏高，系統(tǒng)效率偏低根據(jù)功能、運用時間用“同時運用系數(shù)〞修正——規(guī)模越大、功能越多，系數(shù)越小??2〕合理選擇與組合能源種類〔電、油、天然氣等〕及冷熱源設備?優(yōu)選當?shù)乜捎媚茉?運用不同能源的冷熱源設備效率不同?不同能源的價錢及穩(wěn)定性不同?不同能源的配套費用或獎勵政策不同 ——大型工程采用復合能源的比較多 3〕合理選用與組合暖通空調系統(tǒng)方式 ?根據(jù)運用功能采用合理的系統(tǒng)方式 ?根據(jù)運用功能和時間合理劃分系統(tǒng) ?系統(tǒng)規(guī)模適度?根據(jù)負荷分布特性選相應設備 4〕關注系統(tǒng)可調理性及部分負荷性能 ?系統(tǒng)全負荷運轉的時間比例是很低的 ?主機、末端及保送設備的“出力〞均應可調理5〕選用高效、節(jié)能、可靠、環(huán)保的設備與資料——添加的初投資可以經(jīng)過降低運轉維護費用而回收6〕加強對設計、施工過程的質量管理，仔細 實施開工調實驗收，開工文檔交付與管理——目前許多工程存在的主要問題7〕專業(yè)性運轉管理與維護——薄弱環(huán)節(jié)3.2暖通空調系統(tǒng)節(jié)能技術簡介1〕熱泵系統(tǒng)熱泵：耗費少量高檔次能源從自然界低溫熱源〔或余熱〕中獲得熱量用于供熱

優(yōu)點：比直接用一次能源或高檔次能源消費熱量有更高的能效比〔輸出熱量/輸入能耗〕方式：根據(jù)熱源方式分空氣源、地源〔土壤源〕、水源〔地下水、地表水、海水、污水、循環(huán)水、能源塔等〕???空氣源熱泵空調器任務原理2021.10綠色建筑評價規(guī)范57空氣冷卻或加熱緊縮機室內熱量排出到室外〔夏季〕提取室外熱量〔冬季〕室外機室內機冷媒帶走室內熱量〔夏季〕或對室內加熱〔冬季〕

冷熱源末端熱泵系統(tǒng)舉例：傳統(tǒng)的大型空調系統(tǒng)大地是極好的冷熱源10-15米深的土壤〔水〕溫度相當于該地域全年的平均氣溫，南方地域普通低于25℃，地下1-10米的土壤溫度在隨著深度的添加受氣溫變化影響遞減。大地熱容量極大。非常適宜熱泵運用。地源熱泵能效比較高。2021.10綠色建筑評價規(guī)范59水源熱泵2021.10綠色建筑評價規(guī)范60地下水源熱泵：利用抽水井群將地下水抽出，經(jīng)過二次換熱或直接送至熱泵機組，經(jīng)提取熱量或釋放熱量后，由回灌井灌回地下。地表水源熱泵：經(jīng)過直接抽取或者間接換熱的方式，利用江水、河水、湖水、水庫水以及海水等。熱2021.10綠色建筑評價規(guī)范61冷熱熱熱冷土壤源熱泵表示圖—夏季熱冷2021.10綠色建筑評價規(guī)范62溫暖冷暖和暖和冷寒冷暖和暖和暖和土壤源熱泵表示圖—冬季?問題： 空氣源熱泵的效果受室外環(huán)境空氣參數(shù)影響 大，運用區(qū)域有限制〔留意可以運轉與有效 運轉的區(qū)別〕 水地源熱泵問題更為復雜，不僅同樣存在“源〞 參數(shù)變化的問題，還與設計、施工及運轉管 理親密相關2〕蓄能技術蓄能：利用低谷電制冷〔或熱〕并蓄存以供用電頂峰時運用優(yōu)點：提高電廠的發(fā)電效率和平安性、減小用戶冷熱源主機與配電容量、降低能源費用、工質大溫差降低管路造價和保送能耗、有一定備用才干等。?方式：冰蓄冷；水蓄冷/熱；〔相變資料蓄冷/熱；構造蓄冷/熱〕???問題：對于用戶而言，采用蓄能技術并不一定節(jié)能冰蓄冷的節(jié)能潛力：可采用大溫差保送系統(tǒng)降低輸送能耗；不利要素：蓄冰系統(tǒng)主機的制冷量及能效系數(shù)都會降低，蓄能與釋能過程產生附加能耗，系統(tǒng)復雜添加能耗水蓄冷的節(jié)能性比冰蓄冷好，但要求蓄能空間大運轉費用能否節(jié)省及投資回收期的長短取決于負荷特性、蓄能比例、系統(tǒng)類型、規(guī)模大小、當?shù)氐姆謺r電價及政策等

3〕熱回收技術?熱回收：回收并利用排放到系統(tǒng)或建筑環(huán)境外的廢棄能量〔包括熱量或冷量〕?優(yōu)點：降低暖通空調系統(tǒng)能耗?方式：制冷主機的冷凝熱回收系統(tǒng)內冷熱量回收〔水環(huán)熱泵、熱回收型多聯(lián)機〕新風與排風熱交換〔全熱、顯熱〕其他工藝與設備的廢熱利用?問題：實踐節(jié)能效果的評價添加系統(tǒng)的復雜性和能耗熱回收安裝的實踐回收效率、價錢與壽命非回收期的旁通措施4〕免費供冷/熱免費〔Free〕：不啟動人工冷熱源設備而利用自然冷熱源〔非真正免費〕優(yōu)點：降低暖通空調系統(tǒng)能耗?方式：過度季節(jié)添加新風量冬季利用新風供冷利用冷卻塔供冷自然通風夜間通風冷卻利用自然能源的蓄冷/熱直接與間接蒸發(fā)冷卻等?〕?過渡季開啟門窗運用拔風煙囪引入室外新風良好的自然通風效果拔風煙囪自然通風技術5〕大空間內的區(qū)域調理?分層空調僅對任務區(qū)〔普通為離地高度2米以內〕實行空調工位空調僅對人員活動區(qū)實行空調優(yōu)點：降低負荷、提高效果?6〕可再生能源利用?可再生能源：自然界可再生的非化石能源，包括風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能、海洋能等優(yōu)點：可降低系統(tǒng)運轉費用、減少CO2排放?方式：風力、水力、太陽能、生物質發(fā)電太陽能、地熱供熱等問題：能源強度低、穩(wěn)定性差、初投資高、回收期長、與建筑配合要求高、能夠的負面效應等??3.3關于節(jié)能技術的運用1〕不能一味最求所謂的“新〞技術，更重要的是對現(xiàn)有技術的運用和提高2〕任何技術都有優(yōu)缺陷，對于詳細工程而言 應科學、實事求是地思索詳細技術的適用與 合理性，不追求方式與包裝3〕要精心設計、施工、調試和運轉管理，社 會各界要給予工程技術人員充分的了解4〕要注重設備、部件節(jié)能與系統(tǒng)節(jié)能的關系，更加關注系統(tǒng)節(jié)能5〕要仔細探求、及時發(fā)現(xiàn)問題、總結閱歷，提高技術運用程度和效果6〕要尊重科學、尊重現(xiàn)實，識別和抵抗“偽科學〞、“偽節(jié)能〞技術7〕節(jié)能改造一定要首先進展系統(tǒng)診斷2024/1/13.4關于節(jié)能效果的評價節(jié)能建筑：建筑經(jīng)過合理的節(jié)能建筑設計，采取加強建筑圍護構造隔熱、保溫性能和提高空調、采暖設備能效比〔和照明〕的節(jié)能措施，在保證一樣的室內熱環(huán)境的前提下，與未采取節(jié)能措施前相比，建筑全年空調采暖〔和照明〕總能耗減少50%或50%以上，這樣的建筑稱為節(jié)能建筑。

綠色建筑首先是節(jié)能的建筑，但綠色建筑要求范圍更廣。

1〕節(jié)能率〔%〕的含義?對于新建建筑 所謂的節(jié)能率是對于“20世紀80年代〞的“基準建筑〞而言的，是一個