空调节能技术分析

时间:2022-10-15 12:47:24

空调节能技术分析

摘要:对集中式空调如何节能进行了三方面的研究,一是集中式空调系统设计中的节能,二是集中式空调冷水机组操作中的节能,三是集中式空调运行管理中的节能;指出了在节能设计、节能操作和节能运行上的一些问题和措施。

关键词:集中式空调 节能 操作运行管理

中图分类号:TE08 文献标识码:A 文章编号:

前言 随着科学技术的飞速发展,工农业生产水平的提高,人民文化生活的改善,集中式空调在楼宇建筑中的应用日趋广泛。楼宇集中式空调系统是一个庞大的设备群体,大量的统计结果表明,空调系统所消耗的电能,一般宾馆、写字楼空调能耗约占建筑总能耗的30%~40%,大中型商场空调能耗则高达50%,有的空调系统建筑物总能耗中空调能耗约占60% 或者更多。因此,空调节能意义巨大。

空调节能技术及方法

(一)冷冻基础理论简述

冷冻循环过程文字表述:

由蒸发器(4)出来的状态为1(T1,P1)的气体冷媒;经压缩机绝热压缩以后,变成状态2(T2,P2)。被压缩后的气体冷媒,在冷凝器(2)中,等压冷却冷凝,经状态3(T3,P2)而变化成状态4(T3,P2)的液态冷媒,再经节流阀(3)膨胀到低压(P1),变成状态5(T1,P1)的气液混合物。其中低温(T1)低压(P1)下的液态冷媒,在蒸发器(4)中吸收被冷物质的热量,在P1下气化,变成状态1(T1,P1)的气态冷媒。气态冷媒经管道重新进入压缩机,开始新的循环。这就是冷冻循环的四个过程。

2、冷冻理论分析空调节能途径(一)

(1)冷冻系数∑=Q1-W=Q1(-Q2)-Q1

式中 Q1--冷媒从环境(冷物体T1)吸收的热量,为正值;Q2--冷媒向环境(热物体T2)放出的热量,为负值。

W--压缩机对物系(冷媒)所作的功,为负值。

文字表述: ∑表明外加1个单位的功,冷冻剂从冷物体所能够吸取能量。它是衡量冷冻循环效率的一个重要指标。

3、冷冻理论分析空调节能途径(二)

(2)理想冷冻循环(可逆循环)

数字表达式: ∑可=Q1(-Q2)-Q1=T1 T2-T1

式中:T1―冷物体的绝对温度(蒸发温度)

T2―热物体的绝对温度(冷凝温度)

文字表述:对理想冷冻循环来说,因为每一部都是可逆的,故理想冷冻循环的效率可为最大。而且与T1、T2有关,而与冷冻剂无关。

分析:当蒸发温度T1升高时,冷冻系数升高;T1降低时,则反之。

当冷凝温度T2降低时,冷冻系数升高;T2升高时,则反之。

4、冷冻理论分析空调节能途径(三)

(1)在T--S 图上求算冷冻能力

由冷冻循环的T-S图分析可得:

标准冷冻工况为(1-2-3-4-5-1)其制冷量积分面积Q1;

当冷凝温度降低至T2’时,其冷冻工况为(1-2-3-4’-5’-1),其制冷量积分面积为Q1+Q1’;

当蒸发温度升高至T1’时,其冷冻工况为(1-2-3-4-5’’-1),其制冷量积分面积为Q1+Q1’’。

(2)改变操作工况分析冷冻量的变化案例分析

(a)冷冻机以氨为冷媒。标准运行工况:

蒸发温度T1=-15℃

冷凝温度T2=30℃过冷温度T2’=25℃

制冷量100000KCalh

(b)改变运行工况后:

蒸发温度T1=-10℃

冷凝温度T2=25 ℃

过冷温度T2’=20℃

制冷量135000KCalh。

(5)冷冻理论分析空调节能途径(四)

冷冻理论与实践证明

在蒸发温度一定条件下:

冷凝温度T2升高1℃,空调冷水机组效率降低约4.2%左右。

冷凝温度T2降低1℃,空调冷水机组效率升高约4.0%左右。

在冷凝温度一定条件下:

蒸发温度T1降低1℃,空调冷水机组效率降低约4.2%左右。

蒸发温度T1升高1℃,空调冷水机组效率升高约4.0%左右。

(6)冷冻理论分析空调节能途径(五)

冷冻理论支持节能的途径方向

A、冷凝温度越低,冷冻系数越大,可减少压缩机的电耗。

B、蒸发温度越高,冷冻系数越大,可减少压缩机电耗。

C、蒸发过程中所吸收被冷物体的热量和压缩机做功产生的热量是可以回收利用的

根据冷冻理论支持的空调节能的途径,就可有的放矢的设计相应的节能设备和自动化控制系统以及工艺管路等等,以达到节能改造的最佳化。

中央空调循环水系统变频节能技术空调运行冷负荷分析:

目前大多数中央空调循环水系统的冷冻泵和冷却泵转速都是不可调节的,只要空调一运行,无论负荷情况如何、季节如何,冷冻泵和冷却泵都是以额定转速运行,所以能源浪费现象严重。节能改造的技术可行性采用交流变频器控制水泵运行,是目前中央空调系统节能的有效途径之一。图一和图二给出了阀门调节和变频调速器控制两种运行状态的压力-流量(H--Q)关系及功率-流量(P--Q)关系。

除了节省电能外,变频器的应用还会给冷水机组运行带来如下优点:

1)调节水流量,把冷水机组进水和回水温度控制在适当的范围内,保证主机的热交换率,节省主机能耗。

2)管路阀门开启最大,消除阀门上节流局部损失而节省电能。

3)实现电机软启动(最大启动电流小于额定电流),并有欠压、过流、缺相、漏电等保护措施,改善了电机运行条件,提高了运行的可靠性。

4)启动平稳,无冲击负荷,大幅度降低设备损耗, 延长了设备使用寿命,减少了维修费用。

(4)中央空调循环水系统变频节能控制

(5)中央空调循环水系统变频节能技术实际应用的基本条件:

1)广泛应用于冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔。较大型冷风柜(空气处理机)以及其他可变负荷的场所。一般节能空间20~50%左右。

2)采用变频闭环控制电机,按需要设定温度,使设备系统储备的热容量和随时间季节变化的热负荷通过转速自动调节,在满足热负荷正常使用的条件下,达到最大限度的节能。

3)需对循环水系统做全面的水力计算求出管道总阻力

P = ∑hf=ho+hc+hjn=ho+(λ•L/d+∑C)w2/2g [mH2O]i=1式中:ho流体静压头[mH2O]hc管路的阻力压头[mH2O]hj流体的动压头[mH2O]计算该系统的水泵扬程的富裕量是多少?从而确认节能空间。

4)选择合适位置,设置最小压力差保护,加强管路降阻管理。

空调系统设计中的节能民用建筑集中式空调系统一般由冷冻主机、冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵和末端设备等组成。在空调系统的设计及设备选型中均以最大负荷作为设计工况,且留有10%~15% 的余量。但在实际运行中,空调负荷会随各种因素而变化,最小时甚至还不到设计负荷的10%,存在很大的能源浪费现象。因此,如何在系统设计中对设备进行节能选配就成为空调节能的关键。

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℃~ 1 9℃ 。

(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8次降到5次,建筑物的耗冷可降低8% 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

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35%~45%。一般规定各朝向的窗墙比不得大于下列数字:北向25% ;东、西向30%;南向3 5%。减少窗、墙面积比,对减少夏季冷负荷有较好的效果。

结束语:

通过空调节能的控制,使得空调使用更加环保。

参考文献

[1] 陈沛霖,岳孝方.空调与制冷技术手册[M],同济大学出版社1990

[2] 陆耀庆,实用供热空调设计手册[M],北京,中国建筑工业出版社1993

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