暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能

南京工業(yè)大學暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能暖通空調(diào)研究所張廣麗 內(nèi)容1.建筑節(jié)能概述

1.1建筑的概念建筑：用特定圍護結(jié)構(gòu)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(shè)備的關(guān)系建筑設(shè)備包括暖通空調(diào)、建筑電氣〔強弱電〕、建筑給排水等專業(yè)建筑是建筑設(shè)備依附的主體，建筑設(shè)計是建筑設(shè)備節(jié)能的重要根底建筑設(shè)備是實現(xiàn)建筑功能的主要手段建筑與設(shè)備專業(yè)密切結(jié)合才能真正實現(xiàn)建筑的功能和節(jié)能61.3建筑的能耗

建筑能耗的組成:建筑材料的生產(chǎn)和運輸能耗建造過程能耗運行過程能耗〔建筑能耗的主要局部〕廢棄拆卸處理能耗——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“運行〞能耗：維持室內(nèi)環(huán)境能耗，包括建筑設(shè)備能耗、照明能耗等——因此才有所謂“零能耗〞、“負能耗〞建筑2024/5/4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(shù)和行為節(jié)能虛擬能源無碳替代能源低品位熱源利用2〕建筑設(shè)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(nèi)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——窗是外圍護結(jié)構(gòu)中的薄弱點?自然通風：不消耗動力的通風——需要建筑設(shè)計密切配合?自然光照明：不消耗能源的室內(nèi)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(shè)備

民用：給排水、電氣、暖通空調(diào)等工業(yè)：還要增加工藝、動力、原材料及成品建筑設(shè)備的運行能耗構(gòu)成建筑“運行〞能耗的主要內(nèi)容，在民用建筑中需要建筑專業(yè)密切配合，在工業(yè)建筑中還需要工藝專業(yè)密切配合。?3〕建筑材料及構(gòu)件?材料：綠色、可持續(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(nèi)保溫〕、內(nèi)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(nèi)、外遮陽 2.暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能根底2.1暖通空調(diào)系統(tǒng)概述

暖通空調(diào)包括供熱、通風與空氣調(diào)節(jié)

空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

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

?必須具備對空氣冷卻和減濕的能力 ——此特征將空氣調(diào)節(jié)與制冷緊密聯(lián)系起來降低空調(diào)負荷是空調(diào)節(jié)能的關(guān)鍵之一從負荷的構(gòu)成分析節(jié)能的途徑〔3〕空調(diào)負荷的構(gòu)成外部熱源：通過建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱負荷〔墻、頂、地、門、窗等〕內(nèi)部熱源：人員、照明、設(shè)備等新風：設(shè)計新風及自然通風換氣圍護結(jié)構(gòu)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(nèi)散熱〔設(shè)備、人體〕夏季問題：

1如何減少進入室內(nèi)的熱量？

2已進入的熱量如何排除？圍護結(jié)構(gòu)各局部的傳熱比例圍護結(jié)構(gòu)各局部所產(chǎn)生的采暖空調(diào)負荷的比例-----以50%節(jié)能標準的居住建筑為例，夏熱冬冷地區(qū)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冬季負荷比例夏季策略外窗：太陽能輻射：遮陽溫差傳熱：提高熱阻。外墻：提高熱阻；一定的蓄熱能力。開窗通風：帶走室內(nèi)熱量；改善室內(nèi)空氣品質(zhì)〔時段選擇〕

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墻體節(jié)能2021.10綠色建筑評價標準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西窗百葉遮陽百葉水平遮陽

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(nèi)設(shè)備，人體。冬季問題:1如何減少室內(nèi)熱量的外泄？----保溫

2如何增加室內(nèi)熱量？冬季策略外墻：提高熱阻：抵抗熱量流失外窗：提高熱阻：面積大?。航邮芴栞椛洌辉黾訜釗p失提高氣密性。

南向邊庭室內(nèi)卷簾遮陽嚴寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖和溫和5個不同的建筑氣候區(qū)，除溫和地區(qū)外，建設(shè)部已經(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(shè)計標準。建設(shè)部所公布的居住建筑節(jié)能設(shè)計標準的節(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件和圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能。能耗的單位是kWh。一定負荷的建筑，用能設(shè)備的使用時間越長，能耗量就越大。負荷是根底，圍護結(jié)構(gòu)的隔熱保溫只是創(chuàng)造了節(jié)能的必要條件，而只有通過設(shè)備和系統(tǒng)才有實質(zhì)性節(jié)能，才是節(jié)能的充分條件。即使是能效最高的設(shè)備，使用時間越長，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(nèi)自由溫度測試案例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(nèi)溫度過熱的主要因素；房間無太陽輻射時，室內(nèi)根底溫度接近于室外空氣平均溫度；墻體內(nèi)外表溫度對室內(nèi)熱舒適影響大。冬季：太陽輻射是室內(nèi)補熱的重要熱源；室內(nèi)外最大溫差在20-25℃以內(nèi)。

2〕空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)成與分類〔1〕空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)成?冷熱源〔主機〕空氣熱濕處理設(shè)備〔末端〕流體動力設(shè)備〔風機、水泵等〕?管路〔風管、水管、蒸汽管、冷媒管等〕?調(diào)節(jié)控制部件〔傳感器、閥門等〕2024/5/4b〕按負擔室內(nèi)負荷的 工作介質(zhì)?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(diào)箱空調(diào)房間新風空調(diào)箱空調(diào)房間風機盤管空調(diào)房間室外機冷熱源冷熱水制冷劑

室內(nèi)機新風空調(diào)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〔封閉式〕 能耗低，空氣質(zhì)量差 ?混合式 兼顧空氣質(zhì)量與能耗 d〕按效勞對象 ?工藝性 以工藝過程與產(chǎn)品的質(zhì)量為目的，兼顧人員 ?舒適性 以室內(nèi)人員的健康、舒適為目的制冷系統(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(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到區(qū)域外部，實現(xiàn)熱量由低溫向高溫處的傳遞需要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(nèi)“供冷〞時，必須向區(qū)域外放熱，而且放熱量大于“制冷量〞??制冷系統(tǒng)的構(gòu)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

綜合局部負荷性能系數(shù)IPLV〔Integrated PartLoadValue〕IPLV=A×COP100%+B×COP75%+C×COP50%+D×COP25% ?工程應(yīng)用關(guān)注系統(tǒng)總產(chǎn)出/系統(tǒng)總能耗，即系統(tǒng)能效比2〕熱泵的概念?熱泵是可以通過轉(zhuǎn)換冷凝器與蒸發(fā)器的功能來實現(xiàn)供熱的制冷裝置通過消耗少量能量獲得較多的熱量，所以得到廣泛的應(yīng)用，有很好的開展前途根據(jù)熱源形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(diào)器工作原理2021.10綠色建筑評價標準42空氣冷卻或加熱壓縮機室內(nèi)熱量排出到室外〔夏季〕提取室外熱量〔冬季〕室外機室內(nèi)機冷媒帶走室內(nèi)熱量〔夏季〕或?qū)κ覂?nèi)加熱〔冬季〕

冷熱源末端熱泵系統(tǒng)舉例：傳統(tǒng)的大型空調(diào)系統(tǒng)供熱系統(tǒng) 1〕供熱的概念 ?定義： 生產(chǎn)、輸配和應(yīng)用中、低品位熱能以滿足生產(chǎn)和生活的需要 ?分類： 工質(zhì)：蒸汽、水、制冷劑 系統(tǒng)：區(qū)域、集中、分散2〕熱源的形式?一次能源化石能源：煤、油、氣、〔核〕等可再生能源：生物質(zhì)、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，不使用高品位能源生產(chǎn)低品位熱能2024/5/42.1.4流體輸送系統(tǒng)1〕輸送工質(zhì)分類空氣系統(tǒng)?水系統(tǒng)制冷劑系統(tǒng)

2〕輸送系統(tǒng)能耗的構(gòu)成冷熱源能耗〔主機〕末端能耗〔空調(diào)箱、風機盤管、各類風口〕管路能耗〔包括各類調(diào)節(jié)控制部件如閥門〕開式系統(tǒng)提升能耗〔進出口壓差或位差〕需要設(shè)計人員計算系統(tǒng)阻力3〕流體動力機械〔1〕類別泵——輸送液體風機——輸送氣體——有不同的工作原理及容量(2〕主要性能指標?流量全壓〔揚程、壓頭〕?轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速時〕2.2暖通空調(diào)系統(tǒng)與節(jié)能的關(guān)系?在大型公共建筑中，暖通空調(diào)能耗占建筑運行能耗的主要局部?住宅建筑的暖通空調(diào)能耗受居民的生活方式及經(jīng)濟條件影響很大，但總體處于較低水平?在工業(yè)建筑中，暖通空調(diào)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)濟興旺地區(qū)夏季用電負荷的頂峰主要是由空調(diào)用電造成的?許多暖通空調(diào)系統(tǒng)有節(jié)能改造的潛力

2.3暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的理念

節(jié)能的前提是保障必要的建筑環(huán)境質(zhì)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(diào)節(jié)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(shè)備、材料、控制、管理等專業(yè)密切相關(guān)系統(tǒng)性：涉及設(shè)計、施工、調(diào)試、運行管理、維護保養(yǎng)全過程節(jié)能與環(huán)保、可持續(xù)、綠色、低碳等理念本質(zhì)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〕合理選用與組合暖通空調(diào)系統(tǒng)形式 ?根據(jù)使用功能采用合理的系統(tǒng)形式 ?根據(jù)使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(yīng)設(shè)備 4〕關(guān)注系統(tǒng)可調(diào)節(jié)性及局部負荷性能 ?系統(tǒng)全負荷運行的時間比例是很低的 ?主機、末端及輸送設(shè)備的“出力〞均應(yīng)可調(diào)節(jié)??

空氣源熱泵空調(diào)器工作原理2021.10綠色建筑評價標準57空氣冷卻或加熱壓縮機室內(nèi)熱量排出到室外〔夏季〕提取室外熱量〔冬季〕室外機室內(nèi)機冷媒帶走室內(nèi)熱量〔夏季〕或?qū)κ覂?nèi)加熱〔冬季〕

冷熱源末端熱泵系統(tǒng)舉例：傳統(tǒng)的大型空調(diào)系統(tǒng)

大地是極好的冷熱源10-15米深的土壤〔水〕溫度相當于該地區(qū)全年的平均氣溫，南方地區(qū)一般低于25℃，地下1-10米的土壤溫度在隨著深度的增加受氣溫變化影響遞減。大地熱容量極大。非常適合熱泵使用。地源熱泵能效比較高。2021.10綠色建筑評價標準59

水源熱泵2021.10綠色建筑評價標準60

地下水源熱泵：利用抽水井群將地下水抽出，通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：通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綠色建筑評價標準61冷熱熱熱冷

土壤源熱泵示意圖—夏季熱冷2021.10綠色建筑評價標準62

溫暖冷溫暖溫暖冷

寒冷溫暖溫暖溫暖土壤源熱泵示意圖—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，應(yīng)用區(qū)域有限制〔注意可以運行與有效 運行的區(qū)別〕 水地源熱泵問題更為復(fù)雜，不僅同樣存在“源〞 參數(shù)變化的問題，還與設(shè)計、施工及運行管 理密切相關(guān)??

?問題：實際節(jié)能效果的評價增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和能耗熱回收裝置的實際回收效率、價格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(shè)備而利用自然冷熱源〔非真正免費〕優(yōu)點：降低暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗?形式：過度季節(jié)增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?〕?過渡季開啟門窗使用拔風煙囪引入室外新風良好的自然通風效果

拔風煙囪5〕大空間內(nèi)的區(qū)域調(diào)節(jié)?分層空調(diào)僅對工作區(qū)〔一般為離地高度2米以內(nèi)〕實行空調(diào)工位空調(diào)僅對人員活動區(qū)實行空調(diào)優(yōu)點：降低負荷、提高效果???3〕要精心設(shè)計、施工、調(diào)試和運行管理，社4〕要重視設(shè)備、部件節(jié)能與系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)系，更加關(guān)注系統(tǒng)節(jié)能2024