結合冰蓄冷技術的低溫送風變風量空調

中國設計師網2011杭州站結合冰蓄冷技術的低溫送風變風量空調

熱舒適性與能耗研究2024年2月4日浙江省建筑設計研究院報告人：孫濤浙江省建筑節(jié)能資金補助研究項目項目委托單位： 浙江省住房和城鄉(xiāng)建設廳項目承擔單位： 浙江省建筑設計研究院完成單位： 浙江省建筑設計研究院 杭州華電華源環(huán)境工程有限公司 杭州龍華設備安裝實業(yè)有限公司 西子聯(lián)合控股有限責任公司報告主要內容研究背景和意義工程案例概況冰蓄冷優(yōu)化控制及能耗測試低溫送風熱舒適性評價與優(yōu)化低溫送風優(yōu)化與能耗測試總結第一篇背景和意義課題研究背景和意義低溫送風技術：低溫送風空調通常按送風溫度的高低可分為三大類：第一類 送風溫度范圍為4~6℃；第二類 送風溫度范圍為6~8℃；第三類 送風溫度范圍為9~12℃；本項目研究的低溫送風為第二類低溫送風系統(tǒng)。此類低溫送風技術可以充分利用冰蓄冷系統(tǒng)提供的＜5℃的低溫冷凍水，從而大大提高冰蓄冷系統(tǒng)的整體效能。課題研究背景和意義低溫送風技術優(yōu)點：降低末端機電設備配套費用；降低了樓層高度要求；用較低的室內濕度提高熱舒適；減少風機的電耗與電力需求；利用低溫送風改造既有建筑提高現(xiàn)有送風系統(tǒng)的供冷能力。課題研究背景和意義空調蓄冷技術的意義：利用夜間制冷白天釋冷的空調技術轉移制冷機組用電時間，起到轉移電力高峰期用電負荷的作用。減少電網負荷和提高發(fā)電效率。課題研究背景和意義冰蓄冷和低溫送風空調技術在我國已經有15-20年的應用史，據(jù)不完全統(tǒng)計至今已有建成投入運行和正在施工的工程蓄冷工程共計794個，其中冰蓄冷空調工程有681項。我國冰蓄冷的應用與走在前列的日本（項目近1萬例）、美國相比，差距仍然十分巨大，與其他發(fā)達國家的差距也十分明顯。與此同時采用低溫送風空調的工程實際案例更少。課題研究背景和意義推廣冰蓄冷和低溫送風空調技術存在的問題：對冰蓄冷和低溫送風空調實際能效缺乏客觀評價數(shù)據(jù)；對已經使用冰蓄冷供冷的系統(tǒng)仍然采用常規(guī)的空調末端；低溫送風空調關鍵的設計、產品制造、調試技術缺乏自主性，未形成有規(guī)模完整的產業(yè)體系，導致商業(yè)成本偏高。案例工程概況-西子聯(lián)合大廈西子聯(lián)合大廈位于杭州市錢江新城，純辦公樓?？偨ㄖ娣e37475㎡。該建設項目獲2008年住建部和美國能源基金會“綠色建筑十佳設計方案”。列為浙江省、杭州市建筑節(jié)能示范項目、住建部綠色建筑與低能耗建筑“雙百示范工程”。設計標準：中國綠色建筑三星認證和美國LEED金獎認證。案例工程概況-西子聯(lián)合大廈杭州日報2010-10-14對西子聯(lián)合大廈報道：……走進會議室，不用按開關，屋內就會徐徐亮起來。原來是LED節(jié)能燈通過散光板，灑下明亮柔和的燈光。這看起來很普通的燈光，就是LED節(jié)能燈，比一般的日光燈節(jié)能約50％左右。像這樣的LED節(jié)能燈，整幢大樓約有2000多盞。

要是天氣熱的話，空調也會送來徐徐輕風。墻壁上安裝了敏感的紅外感應器，這也是空調系統(tǒng)的智能控制系統(tǒng)，可根據(jù)人流量和室內溫度的變化進行自動控制。拉開窗簾，感應到屋外陽光后，一排窗邊燈緩緩熄滅。走出房間沒多久，燈和空調均自動關閉。

電梯裝置了能量回饋裝置,四部電梯每個月發(fā)電大約有3000多度，每部電梯每天的發(fā)電量可以供大廈辦公室的一盞LED照明燈使用100多天。案例工程概況-西子聯(lián)合大廈中央空調為冰蓄冷系統(tǒng)，采用主機上游串聯(lián)單循環(huán)回路內融冰流程，空調水側供回水溫度3.8/12.8℃，循環(huán)溫差9℃。末端為低溫送風單風道變風量系統(tǒng)，送風口采用國產誘導型低溫射流送風風口。新風排風采用轉輪式全熱交換西子聯(lián)合大廈-蓄冰系統(tǒng)流程

冷水機組

蓄冰裝置末端負荷板式熱交換器2.8oC3.8oC12.8oC

案例工程概況-杭州銀行大樓中央空調為冰蓄冷系統(tǒng)，采用主機上游串聯(lián)雙循環(huán)回路內融冰流程，空調水側供回水溫度3.8/12.0℃，循環(huán)溫差8.2℃。末端為低溫送風單風道變風量系統(tǒng)，送風口采用國產誘導型低溫射流送風風口。杭州銀行蓄冰工程簡化流程圖第二篇冰蓄冷空調優(yōu)化與能耗冰蓄冷空調優(yōu)化運行與能耗研究內容：不完全凍結式納米導熱蓄冰盤管性能測試蓄冰系統(tǒng)優(yōu)化控制和經濟運行策略分析不同運行策略能耗對比測試納米導熱蓄冰盤管蓄冰融冰性能實測融冰出口出口溫度Ti2在2.1℃～3.3℃之間，出口平均溫度為2.7℃。圖3-1制冰過程進出口溫度及累計蓄冰量圖3-2制冰過程主機出口溫度及小時制冰量圖3-3融冰過程進出口溫度及剩余冰量冰蓄冷融冰策略優(yōu)化研究傳統(tǒng)融冰優(yōu)先控制模式融冰供冷蓄冰主機供冷冰蓄冷融冰策略優(yōu)化研究 優(yōu)化控制目的：充分利用蓄冰盤管高速融冰特點，通過負荷預測軟件預測出次日的負荷分布，并由系統(tǒng)優(yōu)化控制軟件自動分配冰量、設定主機和水泵開啟開臺數(shù)以及主機出口溫度，并根據(jù)實際負荷變化動態(tài)調整系統(tǒng)參數(shù)設置。由此實現(xiàn)經濟和節(jié)能運行。冰蓄冷融冰策略優(yōu)化優(yōu)化研究測試時間：2010-8-25；室外最高溫度：35.1℃，相對濕度：48%，總蓄冰量：2785.86RTh。預測總負荷：6008RTh實際總負荷：5707RTh兩者的相對誤差為5%，絕對誤差為301RTh，預測空調負荷基本和實際建筑負荷相近。優(yōu)化控制軟件界面與負荷預測結果檢驗冰蓄冷融冰策略優(yōu)化研究杭州銀行辦公樓用電費用分段表時段分類時段分類電價尖峰時段19:00—21:001.329元/kWh高峰時段8:00—11:0013:00—19:0021:00—22:001.036元/kWh低谷時段11:00—13:0022:00—8:000.39元/kWh冰蓄冷融冰策略優(yōu)化研究

優(yōu)化控制與融冰優(yōu)先控制模式性能對比測試冰蓄冷融冰策略優(yōu)化模式 優(yōu)化運行策略對比優(yōu)化控制運行實際負荷分配圖融冰優(yōu)先控制實際負荷分配圖冰蓄冷融冰策略優(yōu)化研究 測試條件：測試日氣溫與空調負荷優(yōu)化控制測試日冷負荷5707.2RTh融冰優(yōu)先控制測試日冷負荷5111.5RTh冰蓄冷融冰策略優(yōu)化研究 運行逐時耗電量對比測試優(yōu)化控制模式機房電力消耗圖融冰優(yōu)先模式機房電力消耗圖冰蓄冷融冰策略優(yōu)化研究 運行電費對比冰蓄冷系統(tǒng)能效研究

冰蓄冷空調與常規(guī)方式將耗費更多的電能這是業(yè)內共識。但是結合發(fā)電和輸配效率，蓄冰是否節(jié)能節(jié)能一直沒有答案。本項目試圖結合測試和計算來給出初步的答案。冰蓄冷系統(tǒng)能效研究方法：利用冰蓄冷空調測試所得逐時負荷，復原到常規(guī)空調系統(tǒng)計算主機房系統(tǒng)能耗，然后對比?！墩憬〈笮凸步ㄖ芎臏y評標準DB33/1070-2010》冰蓄冷系統(tǒng)能效研究常規(guī)空調系統(tǒng)主機配置制冷量為380RT機組3臺，冷凍水泵3臺，每臺功率37kW，冷卻水泵3臺，每臺功率37kW，冷卻塔3臺，每臺功率15kW；主機效率取值與蓄冰系統(tǒng)相同；夜間電耗按0.6電耗折算。計算采用的主機能效圖冰蓄冷系統(tǒng)能效研究時間冰蓄冷常規(guī)空調冰蓄冷常規(guī)空調實際耗電量(kWh)計算耗電量(kWh)總耗電量(kWh)電費(元)電費（元）1:00625.8375.5024402:00565.3339.20220.503:00580.4348.20226.404:00565.3339.20220.505:00545.1327.10212.606:00570.3342.20222.407:00560.2336.10218.508:00000009:00345345717.6357.4743.510:007575691.577.7716.411:009090692.993.2717.912:00615369656240679.613:00675405674.6263698.914:007575700.977.7726.115:00330330696341.972116:00660660668.3683.8692.417:00660660672.2683.8696.4合計7537.45416.56170.14383.46392.2節(jié)省率耗電節(jié)省12.2%基準值運行費用節(jié)省31%基準值冰蓄冷系統(tǒng)研究小結納米導熱復合盤管蓄冰融冰性能符合低溫送風技術要求能耗和運行費：工況 能耗節(jié)省率 電費節(jié)省率優(yōu)化控制蓄冰 6.40% 14.60%傳統(tǒng)融冰優(yōu)先 0 0

優(yōu)化控制蓄冰 4-12.2% 31%常規(guī)空調 0 0冰蓄冷系統(tǒng)經優(yōu)化后至少較常規(guī)空調削除峰值用電負荷64%?？紤]到全制冷季，部分技術經濟指標可望優(yōu)于上述數(shù)據(jù)。第三篇變風量低溫送風熱舒適性變風量低溫送風熱舒適性與優(yōu)化西子聯(lián)合大廈標準層：建筑面積1100平方米總送風量13000立方米/時主送風管800x320每個柱網送風管320x250風口支管D160設計送風溫度8℃

變風量低溫送風熱舒適性與優(yōu)化研究內容和方法：截取西子聯(lián)合大廈西側一辦公區(qū)為研究對象，通過數(shù)值分析，對比變風量低溫送風系統(tǒng)和風機盤管系統(tǒng)的熱舒適性。變風量低溫送風口模型 常規(guī)風機盤管風口模型變風量低溫送風熱舒適性與優(yōu)化

變風量低溫送風熱舒適性與優(yōu)化場景編號送風方式房間空調負荷空調負荷率總設計送風量送風溫度回風溫度W%m3/h℃℃1-1低溫送風7554.210012009271-2低溫送風5665.7759009271-3低溫送風3777.1506009271-4低溫送風1888.6253009272-1風機盤管7554.2100201216272-2風機盤管5665.775150916272-3風機盤管3777.150100616272-4風機盤管1888.6255031627低溫送風變風量熱舒適性與優(yōu)化

氣流分布特性：變風量低溫送風與風機盤管在100%-25%負荷率對比：

對于本章所研究低溫風口及布置方式，其在變風量工況下使用時的氣流貼附性，要優(yōu)于對比模型中所使用的散流器送風口。低溫送風變風量熱舒適性與優(yōu)化

氣流分布特性：變風量低溫送風與風機盤管在100%-25%負荷率對比：低溫變風量送風系統(tǒng)與常溫散流器風機盤管系統(tǒng)相比，能更好地避免因氣流碰撞導至局部風速過高的問題。氣流組織評價方法實驗證明體感溫度與測試點干球溫度

、風速

有如下關系：

空氣分布特性指標(ADPI)

反映室內氣流和溫度對人員舒適性影響的指標。 ADPI=100%當為最佳，達到80%時已表示氣流分布達

到目的。

低溫送風變風量熱舒適性與優(yōu)化

工作區(qū)氣流分布指數(shù)ADPI：從工作區(qū)總體來講，不管是采用射流型低溫風口送風，還是常規(guī)散流器送風，都可達到較均勻的空氣分布，且二者間無顯著差異。低溫送風變風量熱舒適性與優(yōu)化

場景編號場影描述ADPI值低溫送風系統(tǒng)風機盤管系統(tǒng)1-1/2-1100%風量負荷率97.3%92.9%1-2/2-275%風量負荷率97.1%93.2%1-3/2-350%風量負荷率97.2%95.5%1-4/2-425%風量負荷率84.3%87.9%熱舒適性評價方法

-預計平均熱感覺指數(shù)PMV（predictedmeanvote）：PMV=0表示人體熱感覺處于“中性”狀態(tài)PMV與預期不滿意率

低溫送風變風量熱舒適性與優(yōu)化

低溫送風變風量熱舒適性與優(yōu)化

PMV特性對比：變風量低溫送風與風機盤管在100%-75%負荷率對比低溫送風變風量熱舒適性與優(yōu)化

PMV特性對比：變風量低溫送風與風機盤管在50%-25%負荷率對比低溫送風變風量熱舒適性與優(yōu)化

場景場景描述加權平均|PMV|-0.5~0.5的點占整個工作區(qū)的比例-1~1的點占整個工作區(qū)的比例1-1低溫100%0.2293.00%100.00%1-2低溫75%0.2095.70%100.00%1-3低溫50%0.2295.60%100.00%1-4低溫25%0.4473.50%100.00%2-1散流器100%0.5736.20%96.52%2-2散流器75%0.4854.67%96.74%2-3散流器50%0.4564.49%96.75%2-4散流器25%0.930.04%74.36%PMV特性匯總：

與常規(guī)散流器風機盤管系統(tǒng)相比，低溫送風系統(tǒng)可實現(xiàn)讓人更加滿意的空調效果。為獲得與風機盤管送風有同樣冷熱感，低溫送風可投入較少的冷氣量，因此從這一角度看低溫送風有利于降低空調能耗。風口凝露風險分析：本研究僅考察房間熱平衡時的風口凝露風險為簡化描述，我們定義凝露風險指數(shù)：Dp=房間露點溫度-當前點計算溫度風險指數(shù)正值越大，則表示該位置處越容易產生凝露現(xiàn)象，而當指數(shù)小于0時，表示該計算點不會發(fā)生凝露。低溫送風變風量熱舒適性與優(yōu)化

風口凝露風險分析：低溫送風變風量熱舒適性與優(yōu)化

低溫送風25%負荷工況低溫送風100%負荷工況風機盤管25%負荷工況風機盤管100%負荷工況藍綠色——不會凝露黃橙色——凝露可能圖示表明：與散流器送風系統(tǒng)相比，穩(wěn)態(tài)運行階段階段低溫送風系統(tǒng)凝露風險更低！第四篇低溫送風變風量空調能耗測試研究內容： 影響低溫送風變風量節(jié)能性的關鍵性設計及運行指標。 以西子聯(lián)合大廈低溫送風變風量系統(tǒng)為主要研究對象。評價方法：

與常規(guī)變風量空調系統(tǒng)的水、風輸配系統(tǒng)的能耗做對比測試分析。第四篇低溫送風變風量空調能耗測試

研究內容： 影響低溫送風變風量節(jié)能性的關鍵性設計及運行指標。 以西子聯(lián)合大廈低溫送風變風量系統(tǒng)為主要研究對象。評價方法：

與常規(guī)變風量空調系統(tǒng)的水、風輸配系統(tǒng)的能耗做對比測試分析。低溫送風變風量空調能耗測試

在本項目研究中，我們將引入兩個指標用于判斷空調末端系統(tǒng)的能效和能耗：1）空氣側的單位冷量輸送能效ε： ε=空氣輸送能耗/空氣輸送的冷熱量2）單位建筑面積的冷（熱）量消耗(W/㎡) 通過測量空氣處理機水側冷熱量計獲得低溫送風變風量空調能耗測試

空氣輸送能耗與耗冷量對比圖低溫送風變風量空調能耗測試

低溫送風變風量常規(guī)送風變風量定風量低溫送風變風量空調能耗測試空氣輸送能耗對比實例工程系統(tǒng)形式冷量輸送能效W/W實例一西子聯(lián)合低溫送風變風量0.0123實例二寧波萬華常規(guī)定風量0.105實例三寧波萬華常規(guī)變風量0.0392低溫送風變風量空調能耗測