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制冷及空调系统 节能

  来源:上海市节能监察中心 有571人浏览 日期:2013-06-13放大字体  缩小字体

 

制冷及空调系统是工业,企业,公共建筑等各类建筑物中用于实现一定温湿度要求的设备和系统。随着我国国民经济的快速发展,空调的应用越来越普遍,已与我们的生活息息相关。但是空调的普遍应用带来了能源的大量消耗,特别是在夏季高温季节,大量空调的同时使用,是造成本市夏季高峰用电紧张的主要因素。本市公共建筑和居民的空调用能占全市用能的6%左右,但是在夏季高温日,空调负荷占电力高峰负荷40%以上。访问本网页,您能了解制冷及空调系统节能评价指标、常见的问题的解答和节能案例,还可以在线计算你的空调系统的空调水系统的输送能效比和单位风量耗功率,假如您的大楼是商务建筑的话,还可以对你整个大楼的能源利用状况进行在线节能评价。希望我们的工作能为提高您的建筑物的能源利用效率有所帮助。

 
    一、节能指标

电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水(热泵)机组,在额定制冷工况和规定条件下,性能系数(COP)不应低于下表的规定

类型 额定制冷量(kW) 性能系数(W/W)
水冷 活塞式/涡旋式 <528
528~1163
>116
3.8
4.0
4.2
螺杆式 <528
528~1163
>1163
4.10
4.30
4.60
离心式 <528
528~1163
>1163
4.40
4.70
5.10
风冷或蒸发冷却 活塞式/涡旋式 ≤50
>50
2.40
2.60
螺杆式 ≤50
>50
2.60
2.80

名词解释及公式:

冷水机组能效比

Q:制冷机在规定工况下的制冷量(kW),铭牌参数

W:制冷机再规定工况下输入功率(kW),铭牌参数


溴化锂吸收式机组在名义工况下的性能参数应符合下表的规定

机型 名义工况 性能参数
冷(温)水进/出口温度(℃) 冷却水进/出口温度(℃) 蒸汽压力(MPa) 单位制冷量蒸汽耗量[kg/(kW·h)] 性能系数(W/W)
制冷 供热
蒸汽双效 18/13 30/35 0.25 ≤1.40    
12/7 0.4    
0.6 ≤1.31    
0.8 ≤1.28    
直燃 供冷12/7 30/35     ≥1.10  
供热出口60         ≥0.90
注:直燃机的性能系数为:制冷量(供热量)/[加热源消耗量(以低位热值计)+电力消耗量(折算成一次能)]。

名词解释及公式:

空调系统的水输送能效比

H:水泵扬程(m),测量而得

ΔT:冷(热)水供回水温差(℃),测量而得

η:水泵的效率(%),测量而得


表一、集中采暖系统室内计算温度

建筑类型及房间名称 室内温度(℃) 建筑类型及房间名称 室内温度(℃)
1 办公楼:
  门厅、楼(电)梯
  办公室
  会议室、接待室、多功能厅
  走道、洗手间、公共食堂
  车库
16
20
18
16
5
6 体育:
  比赛厅(不含体操)、练习厅
  休息厅
  运动员、教练员更衣、休息
  游泳馆
16
18
20
26
2 餐饮:
  餐厅、饮食、小吃、办公
  洗碗间
  制作间、洗手间、配餐
  厨房、热加工间
  干菜、饮料库
18
16
16
10
8
7 商业:
  营业厅(百货、书籍)
  鱼肉、蔬菜营业厅
  副食(油、盐、杂货)、洗手间
  办公
  米面储藏
  百货仓库
18
14
16
20
5
10
3 影剧院:
  门厅、走道
  观众厅、放映间、洗手间
  休息厅、吸烟室
  化妆
16
18
20
8 旅馆:
  大厅、接待
  客房、办公室
  餐厅、会议室
  走道、楼(电)梯间
  公共浴室
  公共洗手间
20
18
16
25
16
4 交通:
  民航候机厅、办公室
  候车厅、售票厅
  公共洗手间
  
20
16
16
9 图书馆:
  大厅
  洗手间
  办公室、阅览
  报告厅、会议室
  特藏、胶卷、书库
  
16
16
20
18
14
5 银行:
  营业大厅
  走道、洗手间
  办公室
  楼(电)梯
18
16
20
14

  
  
  
  
  
  



 

表二、空气调节系统室内计算参数

参数 冬季 夏季
温度(℃) 一般房间 20 25
大堂、过厅 18 室内外温差≤10
风速(v)(m/s) 0.10≤v≤0.20 0.15≤v≤0.30
相对湿度(%) 30--60 40--65

表三、公共建筑主要空间的设计新风量

建筑类型与房间名称 新风量[m3/(h*p)]
旅游宾馆 客房 5星级 50
4星级 40
3星级 30
餐厅、宴会厅、多功能厅 5星级 30
4星级 25
3星级 20
2星级 15
大堂、四季厅 4~5星级 10
商业、服务 4~5星级 20
2~3星级 10
美容、理发、康乐设施 30
旅店 客房 一~三级 30
四级 20
文化娱乐 影剧院、音乐厅、录像厅 20
游艺厅、舞厅(包括卡拉ok歌厅) 30
酒吧、茶座、咖啡厅 10
体育馆 20
商场(店)、书店 20
饭馆(餐厅) 20
办公 30
学校 教室 小学 11
初中 14
高中 17


空调系统水泵的冷热水系统的最大输送能效比(ER)

管道类别 两管制热水管道 四管制热水管道 空调冷水管道
严寒地区 寒冷地区/夏热冬冷地区 夏热冬暖地区
ER 0.00577 0.00433 0.00865 0.00673 0.0241
注:两管制热水管道系统中的输送能效比值,不适用于采用直燃式冷热水机组作为热源的空气调节热水系统。

名词解释及公式:

空调能耗系数(CEC)是指建筑物空调系统全年一次能源总耗量与假想建筑物全年空调负荷累计值之比,按下式计算

∑P:建筑物空调系统全年一次能源总耗量(kW.h),统计而得

∑L:假想建筑物全年空调负荷累计值(kW.h),查表计算而得


空调系统风机的单位风量耗功率限值[W/(m3/h )]

系统型式 办公建筑 商业、旅馆建筑
粗效过滤 粗、中效过滤 粗效过滤 粗、中效过滤
两管制定风量系统 0.42 0.48 0.46 0.52
四管制定风量系统 0.47 0.53 0.51 0.58
两管制变风量系统 0.58 0.64 0.62 0.68
四管制变风量系统 0.63 0.69 0.67 0.74
普通机械通风系统 0.32
    注:1 普通机械通风系统中不包括厨房等需要特定过滤装置的房间的通风系统;
          2 严寒地区增设预热盘管时,单位风量耗功率可增加0.035[W/(m3/h)];
          3 当空气调节机组内采用湿膜加湿方法时,单位风量耗功率可增加0.053[W/(m3/h)]。

一般建筑物舒适性空调的能耗系数CEC值,宜小于表下列数值。

建筑物类型 CEC值
办公楼、学校 1.8
商场、游乐场 2.0
旅馆、医院 3.0

    二、节能计算机
    三、常见问题解答
我们国家现行的空调设计规范中规定在采用中央空调系统时制冷机组宜大小搭配,其依据是由于空调系统冷量是根据满足极端情况下的需求来配置其制冷机组的,而实际运行中机组在满负荷情况运行的时间仅占整个运行时间的5%以下,而在50%以下负荷运行的时间占整个运行时间的50%以上,对离心式机组而言,当负荷下载到40%一下时由于喘振现象而使制冷机组无法正常运行,而螺杆机组冷量下载到50%以下时其电耗几乎没有变化,因此不利于机组的节能经济运行。

我们国家现行的空调设计规范中规定在采用中央空调系统时制冷机组宜大小搭配,其依据是由于空调系统冷量是根据满足极端情况下的需求来配置其制冷机组的,而实际运行中机组在满负荷情况运行的时间仅占整个运行时间的5%以下,而在50%以下负荷运行的时间占整个运行时间的50%以上,对离心式机组而言,当负荷下载到40%一下时由于喘振现象而使制冷机组无法正常运行,而螺杆机组冷量下载到50%以下时其电耗几乎没有变化,因此不利于机组的节能经济运行。

一般来说降低冷却水的出水温度有利于提高制冷机组的效率和制冷量,但对于一定型号的机组而言,由于各部分的传热面积和配管尺寸已经合理匹配,因此冷量的变化幅度不大,以溴化锂空调为例,当冷却水的出口温度下降1℃,制冷量约提高3%,但如果温度过低时,溶液液滴极易通过发生器挡液板进入冷凝器中,造成污染。故机组运行中不允许冷却水温度低于26℃。

制冷机组在在额定工况下运行时,正常的进回水温差应该为5℃,但在实际运行中有些制冷机组的进回水温差往往达不到这一标准,一些甚至只有1-2℃,产生这一现象的原因是冷冻水泵的流量大大超过了制冷机组的额定流量,造成了能源的浪费,改善这一状况的方法有变频调速或冷冻水泵减台运行等。

空调系统的冷冻水进回水温差一般在5℃左右,其流量与制冷机组的额定冷水流量相当,当系统的热源由锅炉提供时,进出热交换器的热水温差约在10℃左右,与冷冻水相比其流量可减少一半,根据流量和功率的关系可知电机的实际负载远低于冷水时的负载,此时电动机的效率较低,不利于水泵的节能运行。

非高温季节,即冬季和过度季时,冷却塔风机负荷较小,而室外环境温度又较低,一般情况下不需要强制冷却,因此可根据实际情况,关闭冷却塔风机或对其变频控制。

水系统清洗主要包括冷凝器、蒸发器、盘管、冷却塔和其他换热器的清洗,当水系统运行一定时间后,由于杂质、油污等会吸附在换热器的内外表面,使换热器的换热能力下降,冷冻机的能效降低、出力不足。定期对换热器进行清洗,可提高换热能力,提高冷冻机的能效和出力,同时也可延长设备的使用寿命。

风系统主要包括空调箱、风机、盘管、过滤器、凝水盘、风口等,这些设备运行一定时间后,表面积灰较多,导致换热能力下降、阻力增加、微生物细菌繁殖污染空气等等。清洗风系统后不但可减少系统阻力、提高换热能力,节省电力,而且可以减少空气污染,改善空气质量,有益健康。

    四、节能案例

许多使用单风机空调系统的商场和其它建筑商场等公共建筑出现过渡季和冬季室温偏高、缺氧和冷水机组年运行时间长、甚至造成冬季空调箱冷水盘管冻裂等问题。顾客抱怨室内舒适性差,商场又浪费能源。

造成这些问题的原因是,原系统空调箱新风量仅考虑了夏季制冷工况,但到过渡季和冬季时,要大量利用“免费”新风来调节室内温度时就显得‘捉襟见肘’,不堪应付。

解决此问题的有效途径是安装排风机。

下图所示的空调风平衡图,可以具体地说明问题的症结和解决的方法。

图一 系统风平衡图
A1:新风,A2:回风,A3:门窗排风,A4:送风,A5:改造后排风口排风

改造前风量平衡关系式:

A4=A1+A2

A1=A3

从以上关系式可知改造前新风量等于门窗漏风量,由于门窗漏风有限,导致室内正压过高,新风难以吸入,过渡期和冬季,不能大量利用新风来抵消室内热负荷。如停开冷水机组,则室内温度偏高。故只能通过开启冷水机组来达到降温目的。这样的运行方式是很不合理的,既浪费能源,又可能造成冬季空调箱冷水盘管冻裂。

改造后加了排风系统后的风量平衡关系式:

A4=A1+A2

A1=A3+A5

改造后增加了排风系统,过渡期和冬季利用室外空气焓低于室内空气焓原理,利用大量新风来抵消室内热负荷,从而少开或停开冷水机组。夏季制冷期也充分利用早晚室内外空气焓差进行全新风调节,从而大大缩短冷机工作时间,节约大量电能。

某集购物、娱乐、餐饮为一体的综合性,楼高五层,总建筑面积2.1万平方米,空调使用面积1.8万平方米,空调系统为典型的夏季制冷、冬季供热设计。商场开业运行后,发现在过渡季和冬季营业区温度偏高,冬季非但不需供热,反而有时要制冷。由此造成冷水机组年运行时间长,这样既浪费能源又容易导致空调箱盘管冻裂等设备事故。

经对商场空调运行参数实际测量和分析发现新风量等于门窗漏风量,由于门窗漏风有限,导致室内正压过高,新风难以吸入。为此商场在二至五层各楼面吊顶上加装排风口,夹层作为静压箱,在南侧墙吊顶以上安装八台轴流风机,共计三十二台。并采用计算机来控制风机的开启台数,调节排风量,降低室内压力,增加新风量,实现“免费”空调。

在改造工程实施完成以后,过渡季节和夏季室温基本保持在23℃,冬季无需制冷,室温控制在20℃左右,室内空气质量大大改善。全年冷水机组运行时间缩短了将近一半,空调箱开启台数明显减少,从而节约了能源并取得了良好的经济效益。项目总投资55.5万元,年节约电量36万kwh, 节省电费28.9万元(按电费0.8元/kwh计算),年二氧化碳减排量380吨。此外,项目实施后改善了购物环境,少开空调箱、制冷机组、减少了检修材料费、人工费和管理费。项目投资回收期为2.1年。


众所周知制冷"并不仅仅是一个简单的降温过程,与自然冷却相比,"制冷"的过程实际上是通过消耗一定的外界能量(如电能、热能、太阳能等),把热量从"低温热源"转移到"高温热源"的过程。因此,在"制冷"把载冷剂的温度降低的同时,加上外功转化的热量,必然会产生比冷量更大的热量。如果能够把这部分热量利用起来,则可以实现单向能耗,双向输出,大大提高制冷机组的能源利用率,还可以节约冷却系统的能耗。

南方某以四星级标准设计的现代化旅游度假酒店,建筑面积为17158平方米,原来该酒店的热水供应系统是利用四台175KW 的热水炉向客房24小时供应热水,共消耗柴油55.86吨。而酒店的制冷系统,则由一台6×115KW的活塞式冷水机组制备冷冻水。该酒店通过节能改造,把制冷循环中制冷工质冷凝放热过程放出的热量利用起来制备热水。在开空调的季节,或使用制冷设备的同时,可制备50~60℃的热水,足以满足客房洗浴、厨房洗涤和工艺用热水等用途,减少热水炉的柴油消耗量。

项目总投资18万元,年节约柴油42.9吨,折标煤61.27吨。柴油价格按2800元/吨计,共节约燃料费12.01万元,项目投资回收期为1.5年。

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