5.1空調系統節能的途徑類別空調系統型式空調輸送方式集中空調方式全空氣系統定風量方式變風量方式(即VAV系統)分區、分層空調方式空氣誘導方式冰蓄冷低溫送風方式空氣-水系統新風系統加風機盤管機組誘導機組系統全水系統水源熱泵系統冷熱水機組加末端裝置分散空調方式直接蒸發式單元式空調機加末端設備(如風口)分體式空調器即VRV系統窗式空調器輻射板式輻射板供冷加新風系統輻射板供冷或供熱表主要空調方式

5.1空調系統節能的途徑空調節能當前研究方向：空調設備低能耗和高效率研究，包括能量回收設備，空氣處理設備的節能以及綜合利用。蓄冷系統研究。空調方式綜合措施研究。空調系統運行的節能。集中式空調節能途徑集中式空調是由集中冷熱源、空氣處理機組(又稱組合式空調機組)、末端設備和輸送管道所組成。空調設備節能措施：1.機組風量風壓匹配，選擇運行最正確經濟點運行，要求生產廠生產風機噪聲低、效率高。2.機組整機漏風要少，3.空氣熱回收設備的利用。4.盡量利用可再生熱源如太陽能、地熱、空氣自身供冷能力等。5.1空調系統節能的途徑低溫送風空調方式

項目低溫送風方式常規空調方式送風溫差(℃)10～208～10送風溫度(℃)3～1110～15空調機組尺寸減少比例(％)20～300風管尺寸減少比例(％)30O風機功率減小(％)30～50O表低溫送風與常規空調方式比較

方案12345項目系統型式全空氣全空氣全空氣空氣—水空氣—水無蓄冰部分蓄冰全蓄冰部分蓄冰全蓄冰送風溫度（℃）12.84.44.44.44.4一次風風量(m3／h)14746084100841003168031680蓄冰量（%）—4610046100用電時間晝夜晝夜晝夜晝夜晝夜高峰制冷量(kW)930490390890450390840高峰空調用電量(kW)

制冷／水系統284/115/10717/292102/10725/292空氣分布系統1371011015959白天總耗電量(kW)42121611816184年空調電費相對值10.70.690.490.53系統初投資相對值10.971.180.891.06表幾種低溫送風方式方案比較一、空調設備系統的節能空調系統的能耗區別與其他能耗的特點是：〔1〕空調系統所需能源品位低，且用能有季節性；〔2〕系統同時存在需要冷〔熱、濕〕量和放出冷〔熱、濕〕量的過程；〔3〕設計和運行方案的不合理會給系統帶來多種無效能耗。主要從以下幾個方面進行：〔一〕空調系統節能方法〔二〕空調設計中采用局部負荷分析〔三〕建筑設備的自動化系統能源室內溫濕度標準

室外空氣量

空調方式

圖全年負荷的時間頻率圖

5.2.1空調系統節能方法空調系統能源的有效利用，使用太陽能、地熱能和熱回收等方式進行供熱制冷。合理降低室內溫濕度標準。室外空氣量的控制：冬夏采用最小新風比，過渡季節采用全新風。根據室內人員的變化，增減室內新風量，采用全熱換熱器，減少新風冷熱負荷，在預冷預熱時停止取用新風。空調方式：空調系統合理分區，采用適宜的高效空調系統；加大送風溫差，變流量，變風量空調系統，降低風道風速，減少系統阻力，采用額定負荷和局部負荷效率高的冷、熱源設備，熱泵回收系統，蓄冷裝置，計算機自動控制，降低運行費用。室內照明適當降低照度，充分利用日光照明，考慮頂棚照明的排熱利用。維護管理。主要優點：根據各分區負荷變化自動調節送風參數，沒有冷熱抵消現象。設備容量較小。自控系統偏于實現中央監控和調節。過渡季節充分利用新風冷卻代替人工制冷。智能全自動控制裝置可以實現非工作時間風機低速節電運行。冷凍水管和凝水管不必進入建筑吊頂，防止管道滲漏，外表結露問題。自控系統包括：送風閥調節，電動水閥調節，冬季加濕控制，新風量節能調節，投資比風機盤管加新風方式高40%左右，與變風量空調方式比低很多。概述高大空間建筑中，空氣的密度隨垂直方向的溫度變化而呈自然分層現象，利用合理的氣流組織，可做到僅對下部工作區進行空調，上部不空調或通風排熱，稱為分層空調。可節省冷負荷30%左右。冷負荷計算：空調區得熱形成冷負荷，非空調區向空調區的熱轉移負荷。氣流組織計算：設計要點包括氣流流型，送風口安裝高度，送風參數，對噴射流上邊界搭界位置，射流溫度衰減。系統的選擇根底知識應用前景目的：平衡冷量的供給，提高制冷設備效率，降低供冷本錢。應用場合：用冷量波動、間歇供冷、制冷機與用冷量不匹配。商場、劇院、寫字樓。電網負荷白天與深夜有很大的峰谷差調節發電能力調節用戶負荷一次性投資高蓄能成本高效率低蓄冷空調技術十三陵抽水蓄能電站，投資27億元，填補頂峰負荷時發電本錢為1.3元/KWh，是常規電價的2.5倍。至1998年，日本已有蓄冷空調系統5566個，其中水蓄冷系統2249個，冰蓄冷系統3317個。至2000年，我國轉移1～1.2×104MW峰負荷到低谷使用，其中3～5×103MW要依靠蓄冷空調解決。常規空調系統根本原理負荷變化大，制冷主機需滿足最大負荷，且留備用量。大多數時間不是滿負荷工作，效率低。用電頂峰期，電價貴。蓄冷空調系統根本原理常規空調供冷循環蓄冷循環聯合供冷循環〔局部負荷蓄冷〕單蓄冷供冷循環〔全負荷蓄冷〕設計根本步驟確定典型設計日的空調負荷選擇蓄冷方式確定制冷主機和蓄冷裝置的容量確定運行策略和設計系統循環流程選擇配套設備：循環泵、換熱器、閥門及膨脹水箱計算蓄冷期和供冷期的制冷負荷(蓄冷負荷)與供冷負荷逐時運行圖經濟分析蓄冷劑選擇原那么溫度條件：蓄冷空調相變材料最正確的融點和凝固點在5～6℃〔共晶鹽〕熱物性條件經濟性條件：來源廣泛，廉價。環保條件：無毒、無腐蝕、無污染。蓄冷設備分類類型蓄冷介質蓄冷流體取冷流體顯熱式水蓄冷水水水潛熱式冰盤管（外融冰）冰或其他共晶鹽制冷劑水或載冷劑載冷劑冰盤管（內融冰）冰或其他共晶鹽載冷劑載冷劑制冷劑制冷劑封裝式冰或其他共晶鹽水水載冷劑載冷劑片冰滑落式冰制冷劑水冰晶式冰制冷劑載冷劑載冷劑1冷噸＝3023大卡＝3.517KW水的蓄冷溫度為4－6℃冰的蓄冷溫度為0℃，制冷機應提供－3～－7℃的溫度融解或凝固溫度5～8℃融解潛熱大，熱導率大密度大無毒，無腐蝕盤管式蓄冰裝置蓄冷過程取冷過程：外融冰；內融冰。外融冰：空調回水與冰直接接觸，換熱效果好，取冷快，供水溫度可低達1℃；IPF不大于50％，故蓄冰槽容積較大。；內融冰換熱熱阻大，影響取冷速率。多采用細管、薄冰層蓄冷。蛇形圓形U形封裝式蓄冰裝置片冰滑落式蓄冰裝置冰晶式蓄冷裝置原理：通過冰晶制冷機將低濃度的乙二醇水溶液冷卻至低于0℃，然后，將此狀態的過冷水溶液送入蓄冰水槽，溶液中即可分解出0℃的冰晶。水蓄冷系統分層式隔膜式多池式冰蓄冷系統－根本系統根本串聯系統外融冰系統冰晶或冰漿系統思考題畫圖說明蓄冷空調系統的四種根本運行工況。請寫出常用的蓄冷設備？解決蓄水槽中熱回水與冷水相混合的措施有哪些？一、概述二、熱泵的根本工作原理與評價1.工作原理熱泵的工作原理與制冷機相同，都是按熱機的逆循環工作的，所不同的是工作溫度范圍不同，使用的目的也不同。制冷機利用吸收熱量而使對象變冷，到達制冷的目的；而熱泵那么是利用排放熱量，向對象供熱，到達制熱的目的。制冷機與熱泵的根本能量轉換關系熱泵裝置：從環境中吸取熱量，傳遞給高溫物體，實現供熱目的；制冷機：從低溫物體吸取熱量傳遞給環境中去，實現制冷目的；聯合循環機：從低溫物體吸熱，實現制冷，同時又把熱量傳遞給被加熱的對象，實現供熱目的。壓縮式制冷機工作原理圖在正常的大氣壓力下，水要到達100℃才能沸騰蒸發。而在低于大氣壓力〔即真空〕條件下，水可以在很低的溫度沸騰。比方說在6mmHg的真空條件下，水的沸點只有4℃。溴化鋰溶液就可以創造這種真空條件，因為溴化鋰(LiBr)是一種吸水性極強的鹽類物質，可以連續不斷地將周圍的水蒸汽吸收過來，維持容器中的真空度。熱泵供熱系統原理圖1-壓縮機；2-冷凝器；3-節流機構；4-蒸發器；5-地板輻射供熱；6-熱網的循環水泵；7-熱網；8-低溫熱源水的循環泵；9-河水2.熱泵經濟性的評價問題復雜，影響因素很多。包括：負荷特性、系統特性、地區氣候特性、低位熱源特性、設備價格、設備使用壽命、燃料價格和電力價格等。“節能效果〞與“經濟效益〞節能效果－制熱性能系數COP一般3～4左右經濟效益評價－投資回收年限法Β：投資回收期〔年〕；I：熱泵系統所需的投資〔年〕；A：燃料價格〔元/J〕；QE：熱泵系統與傳統系統相比，年節約能量〔J/年〕。一般回收年限應在3～5年內初始投資少一機多用。一座建筑物要實現冬季采暖、夏季制冷和日常提供生活熱水三項功能，如果采用傳統方式，一般需要安裝各自獨立的供暖系統和制冷系統，有的還需再獨立安裝供熱水系統。而如果采用熱泵系統，安裝一套就可以了。投資工程少。安裝熱泵系統，不必再建燃料儲存場地和運輸燃料的通道，不必配備特殊的消防裝置，不必對配電系統做大規模的增容。綜合上述因素，熱泵系統具備了優異的性能價格比，使用戶用較少的初始投資，得到較多的實惠。動態費用年值分析將參與比較方案的系統造價按資金的時間價值折算為每年的費用，并與年運行費用相加得出費用年值，從假設干方案中選取費用年值最小的作為最正確方案。f—費用年值，元/年； i—利率或標準內部收益率，取0.08； m—經濟壽命，取15年； Csys—造價〔初投資〕，元； c—年運行本錢，元/年。三、熱泵分類空氣源熱泵水源熱泵水環熱泵地源熱泵地表水熱泵地下水熱泵土壤源熱泵污水源熱泵1.空氣源熱泵〔Air-source〕以室外空氣為熱源；低溫熱源的溫度隨室外溫度的變化而改變。其制熱量隨室外空氣溫度降低而減少，這與建筑熱負荷需求趨勢正好相反；在夏季高溫天氣，由于其制冷量隨室外空氣溫度升高而降低，同樣可能導致系統不能正常工作；當室外空氣溫度低于熱泵工作的平衡點溫度時，熱泵就難以正常工作，減少了機組的換熱能力，需要用電或其他輔助熱源對空氣進行加熱；空氣源熱泵供熱量等于建筑耗熱量時的室外計算溫度水環熱泵系統是用水環路將小型水/空氣熱泵機組和能量采集裝置并聯在一起，為建筑物供熱、制冷。系統由室內熱泵機組、水循環環路、其它設備〔如淺層地能采集裝置〕等構成。一般用于全年都有制冷需要的建筑物中。主要設備：小型水/空氣熱泵、循環水泵、水循環環路、能量采集裝置等。

2水

環

熱

泵水環熱泵系統夏季利用冷卻塔或地能將系統內熱負荷排放掉，冬季那么將內區的熱量轉移到需要供熱的外區，缺乏局部由輔助熱源〔電、燃氣、燃煤、熱水、蒸汽、太陽能〕供給。該系統適用于大型建筑物，特別是內區冷負荷較大，而且冬季時內區仍然需要供冷，而外區需要供熱的場合。工況和性能：水循環管路溫度：15~30oC供冷時COP可達3.5~4.3供熱時COP可達3.1~4.7地源熱泵的應用只有近二十年的歷史。速度穩步增長：如美國，截止1985年全國共有14,000臺地源熱泵，而1997年就安裝了45,000臺，到目前為止已安裝了400,000臺，而且以每年10%的速度增長。1998年美國商業建筑中地源熱泵系統己占空調總量的19%，其中在新建筑中占30%。中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用淺層地熱資源，地下埋管〔埋深<400米深〕的地源熱泵，用于室內地板輻射供暖及提供生活熱水。據1999年的統計，在家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。地源熱泵3.地下水源熱泵〔Groundwater-source〕地下水地源熱泵系統可分為開式系統和閉式系統。開式系統：將地下水直接供給到每臺熱泵機組，經換熱后將井水回灌到地下或直接定點排放。由于可能導致管路阻塞，更重要的是可能導致腐蝕的發生，通常不建議在地源熱泵系統中直接應用地下水。閉式系統就是通過一個板式換熱器將地下水與建筑物內的水系統分隔開，防止了建筑內熱泵系統設備的腐蝕。地下水源熱泵系統又可分為兩種，一種為單井式系統，另一種為雙井式系統。單井式系統在取水井內設置潛水泵，抽取地下水與地上系統換熱后直接排走，由于其不斷地大量抽取地下水而不能進行及時的補充，長期運行會導致地下水位下降，地面根底降等一系列地質問題，所以已經很少采用。雙井式系統分別設置取水井和回灌井，能在取水的同時向地下含水層補水，運行穩定性和系統壽命大大提高。但由于含水層較深，顆粒細，滲透性能差，回灌水較困難。生活熱水系統由井口換熱器將地下水和熱泵系統循環水隔開。一定深度的地下水經潛水泵注入井口換熱器放〔吸〕熱后，再返回同一口井中，形成循環。地下水在返回地下時直接與土壤〔砂石〕進行換熱，使地下水恢復至初始的溫度；由循環泵驅動二次循環水通過熱泵蒸發器〔冬季〕或冷凝器〔夏季〕與其內部工質進行熱交換，外部輸入電能對低位能量進行提升；由循環泵驅動末端循環水通過熱泵冷凝器〔冬季〕或蒸發器〔夏季〕與其內部工質進行熱交換，通過末端裝置與室內環境進行熱〔冷〕交換，滿足建筑物冬季供暖或夏季制冷。井深：100m一口井：3000m2左右國家大劇院金四季購物中心金泰閣海淀外國語實驗學校工程特點：該校總占地240畝，共有9棟建筑。各建筑物相對分散，冷熱源機房設計表達了機房按冷熱負荷要求靈活布局的特點，采用分散冷熱源形式，機房面積小，無需其他輔助建筑。機房附近設置冷熱源井，外管線短,熱損失小；各機房獨立運行，調節靈活，運行費用低。運行實況：該系統于2001年9月投入運行，系統運行效果良好。北京市統計局對其進行了能耗測定分析，冬季供暖期為126天，建筑總耗電2072248度，其中供暖耗電量為2063283度，新風耗電量為4600度，生活熱水耗電量為11693度。每平米建筑面積耗電量為31.73度。單位面積供暖費為14.29元/平米，生活熱水加熱費為5.23元/噸。電費：峰0.54，平0.54，谷0.2元/度海淀區政府大樓工程特點：該工程地上12層、地下3層，建筑容積率高，室內采用風機盤管加新風系統。運行實況：該工程應用集中式機房，設備利用率高，管理方便，運行費用低。該系統于2002年投入運行，系統運行效果良好。北京市統計局對其進行了能耗測定分析，冬季供暖期為126天，其中供暖耗電量為1819049度，新風耗電量為457320度，生活熱水耗電量為10231度。單位面積供暖費為24.64元/平米〔含新風〕，不含新風的供暖費用為17.29元/平米。生活熱水加熱費為6.5元/噸。電費價格：峰0.67；平0.67；谷0.23元/度

當然，應用這種地下水熱泵系統也受到許多限制。首先，這種系統需要有豐富和穩定的地下水資源作為先決條件。因此在決定采用地下水熱泵系統之前，一定要做詳細的水文地質調查，并先打勘測井，以獲取地下溫度、地下水深度、水質和出水量等數據。地下水熱泵系統的經濟性與地下水層的深度有很大的關系。如果地下水位較低，不僅鉆井的費用增加，運行中水泵的耗電將大大降低系統的效率。存在問題1〕初期投資偏高：打井費用、機組費用、管道及控制設備的費用等。水井的單位打井費用是隨著井深的增加而增加的，因此對初投資影響很大。2〕受地質條件的制約3〕對水源水有較為嚴格的要求：水量充足、水溫適度、水質適宜、供水穩定。水源水的水量必須能滿足用戶制熱負荷或制冷負荷的需要。水源的水溫應適合機組運行工況要求。水源的水質，應適宜于系統機組、管道和閥門的材質，不至于產生嚴重的腐蝕損壞。另外水源系統供水具有長期可靠性，能保證水源熱泵長期和穩定運行。該系統冬季取抽水井的熱水取熱后回灌到回灌井中；而夏季那么抽取回灌井的低溫水，回灌到抽水井中。4〕受當地能源政策的限制地下水作為國家戰略儲藏物質，其利用更是受到國家、當地政府的嚴格控制。雖然總體來說，地下水源熱泵的運行效率較高、費用較低，但與傳統的空調制冷取暖方式相比，在不同的地區不同需求的條件下，其投資經濟性會有所不同。5〕井的老化：砂堵、腐蝕、膠結、巖化等。6〕回灌問題4.地表水熱泵地表水地源熱泵是利用江、河、湖、海的水作為熱源或熱匯的熱泵系統。這種熱泵系統要求具有足夠體積的地表水源可供使用而且地理位置便利。當然，這種地表水熱泵系統也受到自然條件的限制。與空氣源熱泵相似，地表水源熱泵的熱源溫度受氣候的影響較大，當環境溫度越低時熱泵的供熱量越小，而且熱泵的性能系數也會降低。一定的地表水體能夠承擔的冷熱負荷與其面積、深度和溫度等多種因素有關，需要根據具體情況進行計算。這種熱泵的換熱對水體中生態環境的影響有時也需要預先加以考慮。根據熱泵機組與地表水的連接式不同，地表水熱泵系統可分為開路和閉路兩種系統。在寒冷地區，開路系統并不適用，只能采用閉路系統。總的來說，地表水熱泵系統具有相對造價低廉、泵耗能低、維修率低以及運行費用少等優點。5.土壤源熱泵〔Ground-source〕土壤熱源的特點土壤熱源和空氣熱源相比，具有如下特點：1〕土壤的蓄熱性能好。土壤的溫度變化較空氣溫度的變化有滯后和衰減的特點。這使得土壤作為熱泵的低位熱源與空氣源相比更能適應負荷的變化，能與負荷較好的匹配，這對熱泵的運行是有利的。2〕土壤的熱容量大。土壤的溫度較空氣的溫度變化要穩定，當熱泵制熱工況運行時，土壤熱源的溫度要比空氣源的溫度高。從而使得在同樣的工況下，土壤源熱泵的性能系數更高。3〕土壤的熱流密度小。為20～40W/m2，一般為25W/m2。這就決定了當土壤作為熱泵的單一低位熱源時，其承擔的負荷不宜太大，一般只用于負荷不大于1MW的場合。另外，土壤源熱泵有一定的面積要求。土壤的熱物性土壤是一個非均質的，多相的，顆粒狀的多孔系統。自然界中的三相也在土壤中存在：固相，由土壤顆粒組成；液相，即為土壤空隙中的水與土壤的溶解物形成的土壤溶液；氣相，為土壤中的空氣。每種成分所占的比例影響影響土壤的熱物性。土壤的熱物性參數主要有：土壤的比熱、含水率、密度、孔隙率、導熱系數和導溫系數〔熱擴散系數〕等。其中土壤的含水量和密度對其導熱系數起著決定性的作用。土壤溫度土壤熱量來源于三個方面：太陽的輻射能、地球內部向外輸送的熱量和土壤微生物分解有機質所產生的熱量。對一般土壤來說，太陽輻射能是其熱量的主要來源，生物熱與地熱只是在某些特定條件下才能發揮作用。土壤溫度是土壤熱量的表現形式。土壤熱量的根本來源既然是太陽輻射能，那么土壤溫度必然隨著太陽輻射能的變化而有相應的變化。土壤表層日間增熱和夜間散熱，引起土壤溫度有明顯的日變化。由于土壤熱量是從地面逐步向下輸送，在不同的下層深處，由于受熱散熱的先后和程度不一，它們溫度變化的情況也不相同。一般規律是：1)表土的日最高溫出現在下午2時前后，最低溫出現在清晨6時，即日出之前；2)下層土壤最高溫與最低溫出現的時間落后于表土。下層土壤溫度變化不如表土大，在2米深處，土壤溫度的日變化消失；3)白天表層土溫高于下層，晚間下層土溫高于表層。埋管材料要求：較好的導熱性能、較高的強度和抗腐蝕性能、經濟。50年代：金屬管，抗腐蝕性差。70年代后：塑料管，壽命50年。聚乙烯：高密λ=0.46-0.52W/(m.K)聚丁烯〔PB〕：λ=0.23W/(m.K)聚氯乙烯：硬質λ=0.13-0.29W/(m.K)PVC：軟質λ=0.13-0.17W/(m.K)各類地源熱泵優缺點比較污水源熱泵①污水水質的優劣是污水源熱泵供暖系統成功與否的關鍵,因此要了解和掌握污水水質以判斷其是否可作為低溫熱源。同時,也要針對污水水質的特點,設計和優化污水源熱泵的污水/制冷劑換熱器的構造,換熱器應具有防堵塞、防腐蝕、防繁殖微生物等功能,通常采用水平管淋水式或浸沒式換熱器。②城市污水干渠(污水干管)通常是通過整個市區,如果直接利用城市污水干渠中的原水作為污水源熱泵的低溫熱源,那么可節省輸送熱量的能耗,從而提高其系統的經濟性。但同時應注意:在取水設施中設置適當的水處理裝置(見圖),考慮利用原水余熱對后續水處理工藝的影響,如原水水溫降低過多將會影響市政曝氣站的正常運行。國外應用情況國內應用前景根據“十五〞方案綱要要求,2005年城市污水集中處理率將到達45%,根據國務院2000年36號文件,2021年城市排水管道普及率和城市污水處理率分別到達90%和60%,城市污水排放總量為464億m3/a,城市污水二級處理將增加6.157萬m3/d。在污水資源化過程中如何回收和利用污水余熱是一項十分重要的任務。①

城市污水是一種巨大的低溫余熱源。北京地區以高碑店污水處理廠為例,其二級出水溫度在冬季為13.5～16.5℃,夏季為22～25℃;黃河以及長江流域污水處理廠的二級出水溫度為17～28℃；哈爾濱某藥廠污水溫度也在20℃左右,且在整個采暖期內水溫波動不大,因此城市污水是水/水熱泵或水/空氣熱泵優良的低溫熱源。北京市排水集團在高碑店污水處理廠開發了污水源熱泵試驗工程,利用熱泵裝置向300m2的車間和600m2的機房冬季供暖、夏季制冷,經三年的運轉效果良好。繼高碑店污水源熱泵試驗工程后,北京市排水集團又在北京北小河污水處理廠安裝了一套規模更大的污水源熱泵,為該廠6000m2的辦公樓和廠房供熱與制冷。污水源熱泵的優越性①城市污水排放量巨大,污水源十分豐富,如北京高碑店污水處理廠排放量為100萬m3/d,可解決500萬m2建筑物的供熱供冷問題。②與地下水源熱泵相比,既可省掉打井費用,又不需要抽水與回灌所需的動力,也可防止出現由于回灌不當而引發的地下水資源的破壞問題。③顯示出較好的經濟效益。北小河污水處理廠原采用燃煤鍋爐供暖,運行費用