中央空调系统的节能以及节能措施.doc

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1、 北京化工大学 机电工程系系机电一体化专业级毕业设计（论文）题目：中央空调系统的节能以及节能措施 姓名学号_指导教师 二 零xx年x月xx日 目录摘要.1中央空调系统的节能以及节能措施2第一章 中央空调系统的组成41.1组成41.2中央空调节能探讨51.3如何节能6第二章 当前空调系统设计中的节能措施72.1自动控制技术进行控制72.2变频器进行控制7第三章 比较具体的中央空调系统中的节能措施93.1围护结构93.2空调冷热源93.3空调机组和末端设备103.4冷冻水系统123.5积极利用土壤热源133.6加强中央空调的管理采用一定的计量方法14结论参考文献中央空调系统的节能以及节能措施摘要在

2、各类建筑物中，大量采用先进设备和相应配套设备而成的中央空调系统已成为现代化建筑技术的重要标志之一，是现代建筑创造舒适高效的工作和生活环境所不可缺少的重要基础设施。本文就中央空调的节能现状、节能措施等进行探讨。 关键字:重要标志 高效 节能第一章 中央空调系统的组成1.1 组成中央空调系统是由一系列驱动流体流动的动件(如水泵、风机及压缩机)、各种型式的热交换器(如风机盘管、蒸发器、冷凝器及中间热交换器等)及连接各种装置的管道(如风管、水管及冷媒管)和阀件所组成。中央空调系统一般可分下列五个循环：(1)室内空气循环；(2)冷水循环；(3)冷媒循环；(4)冷却水循环；(5)室外空气循环。总体说来，构

3、成中央空调系统的元件主要是热交换器和流体机械两种。热交换器是作为高低温两种工作流体能量交换的设备。当任何一组热交换器效果不好时，会增加系统耗电率(kW/RT)，不是系统耗电量增加，就是冷冻能力下降。而流体机械则是推动工作流体循环的动力泵，其耗电量W=QHhr/。耗电量的多少决定于运转时数h，输送的工作流体流量Q，工作流体循环所需要的扬程H以及效率，减少其中任何一项，都可达到节能的目的。 1.2中央空调节能探讨 众所周知，能源是人类生存和社会发展必需的物质基础，节约能源是人类共同的使命。“节约能源”一直是我国的一项基本国策，坚持“节约和开发并举，把节约放在首位”一直是我国节能工作的长期方针。大力

4、推进节能技术进步，大幅度提高能源利用率，提高社会经济效益，是我们面临的促进国民经济向节能型转变的一项重要任务，国家相关部门已经制订了相关节能政策，例如空调、热水器的能效提升，热泵技术的提升都体现了节能已经成为全球关注的一个问题。具体到我们暖通制冷行业来说，空调、热水器、热泵技术等产品的节能效果如何是离不开原材料的节能的。再者，在我国建筑物的能耗约占全国能耗的13，中央空调系统的能耗占了我国建筑物能耗的65，这是一个非常惊人的数字。空调系统的节能对于降低整幢建筑的能耗是非常关键的。为此，中央空调节能控制产品的研发成了每一个中央空调企业的重要任务，也只有这样不断适应市场的需求，企业才能做强做大。

5、目前我国空调一拥有突破9000万台，年耗电量超过400亿kwh，占总耗电量的40%，是众多能耗当中重要的一部分，因此在空调行业推广节能技术显得极为迫切。很多空调系统在交付使用的前几年运行良好，随着时间的推移，空调系统普遍存在以下问题：制冷（制热）量衰减、风量减小、噪音增大、新风系统效果不理想、机组故障频繁、能耗增加等，其主要的原因是缺乏良好的运行管理和系统维护保养。1.3如何节能 节能，顾名思义就是节能能源，就是合理使用能源，不断提高能源利用率。所谓建筑节能，就是在满足居住舒适性要求的前提下，在建筑中使用隔热保温的新型墙体材料和高能效比的采暖空调设备，达到节约能源、减少能耗、提高能源利用效率之

6、目的。显然中央空调的节能效果直接影响建筑物的节能效果。对于中央空调系统节能而言，一方面是要从系统本身的设计上,考虑整体的能耗;另一方面，在使用和维护过程中,要尽量按要求进行管理,这样,既可延长系统的使用寿命，也可减少不必要的物资、能源浪费。那么中央空调如何实现最大化节能，除了它本身外，其末端产品即风机盘管、风机、压缩机等中央空调末端产品都要求最大化节能。 第二章 当前空调系统设计中的节能措施2.1自动控制技术进行控制 在智能建筑中通常采用楼宇设备自控系统，对中央空调系统末端的新风机、回风机、变风量风机、风机盘管等装置进行状态监视和使用的“精细化”控制，以实现节能的目的。它通过DDC(直接数字控

7、制器)控制器，将检测的相关量值进行PID(比例、积分、微分)运算，实现对上述设备的PID控制，达到一定的节能效果。这种对空调末端设备的控制可节能10-15，因为不能实现对空调制冷站及空调水系统的智能控制，因此，节能效果不显著。这种节能控制技术的典型代表产品和生产厂商有：美国霍尼韦尔公司EXCEL5000楼宇设备自控系统、美国Johnson公司的楼宇自动化系统、德国西门子公司S600顶峰系统等。 空调末端设备的控制采用楼宇自动化系统(BAS)，这些设备的主要特性均实现了对空调末端设备的节能自动控制，并为动态变流量空调节能控制系统的运行创造了更为良好的外部条件。 2.2变频器进行控制 为降低中央空

8、调系统的能源浪费，宜采用通用变频器来控制空调系统的水泵和风机，通过对供、回水压差或温差的采集，对水泵和风机进行PID调节，以达到节能效果。这种控制方法通常可以节约水泵和风机等电机拖动系统的电能约20，最高可达30。这种节能控制技术的生产厂商和典型代表产品有：法国施耐德电气 (SchneiderElectric)公司，代表产品有Ahivar38系列异步电动机变频器；德国西门子(SIEMENS)公司，代表产品有通用变频器MICROMASTER440系列产品。 第三章 比较具体的中央空调系统中的节能措施 3.1围护结构 围护结构方面,诸如墙体和屋面一般建筑物中已经比较注意。以下从就门窗节能方面进行阐

9、述: 控制窗墙比通过外窗的耗热量占地筑物总耗热拉的35%45%在保证室内采光的前提下;合理确定窗墙比十分重要。一般规定各朝向的窗墙比不得大于下列数字:北向25%;东、面向30%;南向35%. 提高门窗气密性房间换气次数由0.8h-1降到0.5h-1,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。密闭条应采用弹性良好、镶接牢固严密、经久耐用的产品。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,其形状可为条形或冲形。可用粘贴、挤紧或钉结方法固定。 3.2空调冷热源 中央空调能耗一般包括三部分,即1.空调冷热源;2

10、.空调机组及末端设备;3.水或空气输送系统。这三部分能耗中,冷热源能耗约占总能耗的一半左右,是空调节能的主要内容。以下就冰蓄能系统谈谈主机的节能。冰蓄能系统即:建筑物空调时所需冷负荷的全部或者一部分在非使用空调时间制备好,将其能量蓄存起来供空调时使用。该系统主机所耗的总能量变化不大,但是可以在用电低峰时用电,而在高峰时少用或不用电能平衡电网峰谷荷,减缓电厂和供配电设施的建设,是一种值得推荐的节能方法。采用蓄冷系统时,有两种负荷管理策略可考虑。当电费价格在不同时间里有差别时,我们可以将全部负荷转移到廉价电费的时间里运行。可选用一台能蓄存足够能量的传统冷水机组,将整个负荷转移到高峰以外的时间去,这

11、称之为“全部蓄能系统”。 这种方式常常用于改建工程中利用原有的冷水机组,只需加设蓄冷设备和有关的辅助装置,但需注意原有冷水机组是否适用于冰蓄冷系统。这种方式也适用于特殊建筑物,需要瞬时大量释冷,如体育馆建筑物。在新建的建筑中,部分蓄能系统是最实用的,也是一种投资有效的负荷管理策略。在这种负荷均衡的方法中,冷水机组连续运行,它在夜间用来制冷蓄存,在白天利用蓄存的制冷量为建筑物提供制冷。将运行时数从14小时扩展到24小时,可以得到最低的平均负荷。需电量费用大大地减少,而冷水机组的制冷能力也可减少50-60%或者更多一些。通过杭州市几个工程如:建行杭州分行办公大楼、杭州市新景福百货大楼的实践表明该系

12、统节能(经济指标)可在25-35%之间。 3.3空调机组和末端设备 国产风机盘管从总体水平看与国外同类产品相比差不多,但与国外先进水平比较,主要差距是耗电量、盘管重量和噪声方面。因此设计中一定往意选用重量轻,单位风机功率供冷(热)量大的机组。空调机组应该选用机组风机风量、风压匹配合理,漏风量少,空气输送系数大的机组。以下就空调机组的变风量系统的节能:全空气空调系统设计的基本要求,是要决定向波空调房间输送足够数量的、经过一定处理了的空气,用以吸收室内的余热和余湿,从而维持室内所需要的温度和湿度。 它的基本计算公式是: 式中L送风量,m3/h; Qq、Qx空调送风所要吸收的全热余热和显热余热,W;

13、 空气密度,kg/m3,可取1.2; C空气定压比热,kj/kg.,可取C=1.01; in、is室内空气焓值和送风状态空气焓值,kj/kg, tn、ts,室内空气温度和送风温度,。 从公式中可以看出,当室内余热Qx值发生变化而又需要使室内温度tn保持不变时,可将送风量L固定,而改变送风温度,也可将送风湿度人固定,而改变进风量,那种固定送风量而改变送风温度的空调系统,一般便称其为定风量系统,而固定进风温度,改变送风量的空调系统,则称其为变风量系统。对于服务于多个房间 (或区域)的定风量空调系统来说,由于经过空调设备处理过的空气其送风温度一定,为了适应某个房问(或区域)的负荷变化,往往需要设立再

14、热装置,才能维持该房间(或区域)的温湿度在所要求的范围内,否则,因为送到各房间(或区域)去的风量是按它们的最大负荷求得的风量,且送风温度相同,在这些房间(或区域)出现部分负荷时,势必产生过冷现象。迫使经过冷却去湿处理过的空气又需进行再热处理,这种冷热抵消的处理过程,显然是一种能量的浪费。对于多数舒适性空调要求来说,并不需要十分严格的温度和湿度的控制。变风量系统则可以克服上述缺点,它可以通过改变送到房间(或区域)里去的风量的办法, 来满足这些地方负荷变化的需要。当然,整个系统的总送风量也在发生变化。因此,变风量系统在运行中是一种节能的空调系统。在一幢大型民用建筑中,各个朝向的房间一天中最大负荷并

15、不出现在同一时刻。对于定风量系统来说,由于它送到房间去的风县和系统总风景都是固定的,因而只能按各房间的最大负荷来设计送风量。而变风量系统则可以适应一天中同一时间各朝向房间的负荷并不都处于最大值的需要,空调系统输送的风量(实际上输送的是能量)可以在建筑物由各个朝向的房间之间进行转移,从而系统的总设计风量可以减少。这样,空调设备的容量也可以减小,既可节省设备费的投资,也进一步降低了系统的运行能耗。3.4冷冻水系统 一般空调水系统的输配用电,在冬季供暖期间约占整个建筑动力用电的20%-25%;夏季供冷期间约占12%-24%,因此水系统节能也具有重要意义。目前,空调水系统存在着许多问题,如1.选择水泵

16、是按设计值查找水泵样本的铭牌参数确定,而不是按水泵的特性曲线选定水泵号;2.本对每个水环路进行水力平衡计算。对压差相差悬殊的回路也未采取有效措施,因此水力、热力失调现象严重;大流量、小温差现象普遍存在,设计中供、回水温差一般均取5,但经实测夏季冷冻水系统供回水温差较好的为4,较差的只有2-2.5,造成实际水流量比设计水量大1.5倍以上,使水系电耗大大增加。水系统节能应从如下方面着手:设计人员应重视水系统设计,认真进行水系统各环路的设计计算,并采取相应措施保证各环路水力平衡。认真核对和计算空调水系统相关系数,切实落实节能设计标准的要求值,积极推广变频调速水泵,冬、夏两用双速水泵等节能措施。三、

17、设计方案及说明： 方案选择： 从全空气系统与空气-水系统，机盘管+新风系统全水系统，冷剂系统的各系统的特点起先比较，选用风机盘管+新风系统。 风机盘管+新风系统的特点表 优点 1）布置灵活，可以和集中处理的新风系统联合使用，也可以单独使用 2）各空调房间互不干侥，可以独立的调节室温，并且可以随时根据需要开停机组，节省运行费用，灵活性大，节约效果好 3）与集中式空调相比不需要回风管道，节约建筑空间 4）机组部件多为装配式，定型化，规格化程度高，便于用户选择和安装 5）只需新风空调机房，机房面积小 6）使用季节长 7）各房间之间不会相互污染 缺点 对机组制作要求高，则维修工作量大 机组剩余压头小室

18、内气流分布受限制 分散布置设备中管线较麻烦，维修管理不便 无法实现全年多工况节能运行调节 水系统复杂，易漏水 过滤性能差 适用性 用于旅馆，公寓，医院，办公楼等高层多层的建筑物中，要增设空调的小面积多房间建筑室温余姚进行个别调节场合供给方式 示意图 特点 适用范围 房间缝隙自然渗入 1) 无规律渗透风,室温不均匀 2) 简单方便 3) 卫生条件差 4) 初投资与运用费用低 5) 机组承担新风负荷,长时间在湿工况下工作 1) 人少,无正压要求,清洁度要求不高的空调房间 2) 要求节省投资与运行费用的房间 3) 新风系统布置有困难或旧有 机组背面墙洞引入新风 1)新风口可以调节,冬,夏季最小新风量

19、:过渡季大新风量 2)随新风负荷变化,室内直接受影响 3)初投资与运行费用节省 4) 须做好防尘,防噪,防雨,防冻措施 5) 机组长时间在湿工况下工作 同上 房间高为6m一下的建筑物 单设新风系统,独立供给室内 1) 单设新风机组,可以随室外气象变化进行调节,保证室内湿度与新风量要求 2) 投资大 3) 占用空间大 4) 新风口尽量紧靠风机盘管,为佳 要求卫生条件严格和舒适的房间,目前最常采用此方式 单设新风系统供给风机盘管 1) 单设新风机组,可以随室外气象变化进行调节,保证室内湿度与新风量要求 2) 新风按至风机盘管,与回风混合后进入室内 要求卫生条件严格的房间,目前较少采用此种方式 管道

20、保温设计的设计考虑： 1. 保温材料的选用 保温材料的热工性能主要取决于取导热系数，导热系数越大，说明性能越差，保温效果也越差，因此选车导热系数低的保温材料是首要原则。同时综合考虑保温材料的吸水率、使用温度范围、使用寿命、抗老化性、机械强度、防火性能、造价及经济性，可以在本设计中对供回水管的保温材料均采用网络格线铝泊帖的防潮离心玻璃棉。 2.保温管道防结露 下表为各管径下要求的防结霜厚度。 表10.1 保温材料（玻璃棉）的防结露厚度表 管径 DN15 DN20 DN25 DN32 DN40 DN50 DN70 DN80 DN100 厚度/mm 11 12 12.5 13 13.5 14 14.

21、5 14.5 15 3. 保温度材料的经济厚度 从上可以选出冷介质管道防结霜所需要的最小厚度。应该明确的是，除空气凝结水管外，其余计算的保温防结露通常都不是最经济的厚度而只是满足了最地使用要求的厚度。关于经济厚度，要考虑以下一些因素： 1）保温材料的类型及造价（包括各种施工、管理等费用）； 2）冷（热）损失对系统的影响； 3）空调系统及冷源形式； 4）保温层所占的空间对整个建筑投资的影响； 5）保温材料的使用寿命 通过对现有大量工程的实际调研，结合实际情况，本设计一下表作为经济厚度的参考，因此供回水管及风管的保温材料可以选用25mm厚的采用带有网络线箔帖面的防潮离心玻璃棉。消声减振方面的设计考

22、虑： 1. 概述 空调系统的消声减震是空调设计中的重要一环，它于于减小噪音和振动，提高人们大额舒适感和工作效率，延长建筑的使用年限有着及其重要的意义。 对于设有空调等建筑设备的现代建筑，都可能室外及室内两个方面受到噪音和振动的影响。一般而言室外噪声源是经过维护结构穿透进入的，而建筑物内部的噪声、振动源主要是由于设置空调、给排水、电气设备后产生的，其中以空调制冷设备产生的噪声影响最大。包括其中的冷却塔、空调制冷机组、通风机、风管、风阀、等产生的噪声。其中主要的噪声源是通风机。风机噪声是由于叶片驱动空气产生的絮流引起的宽频带气流噪声以及相应的旋转噪声所组成，后者由转数和叶片数确定其噪声频率。 2.

23、 消声设备选型 风机盘管：空调方式为风机盘管加新风。根据所选的风机盘管的技术参数可以知道，分级盘管的噪声基本满足设计要求，不需要设置消声器，只需在风口与风机连接处设置软连接即可。 新风机组：新风是由各层的单独的新风机组供给，由新风机组的噪声参数知道，需要设置消声器，型号为ZP200（500*320） 3. 空调装置的防震 空调系统的噪声除了通过空气转播到室内外，还能通过建筑物的结构和基础转播，例如：转动的风机和压缩机所产生的振动可以直接传给基础，并以弹簧性波的形式从机械继续沿房屋结构传到其他房间，又以噪声的形式出现，因此，对空调系统的振动机构削弱讲有效的降低噪音。削弱由机器传给基础的振动是用消

24、除他们之间的刚性谅解来实现的，即在振源的和他的基础之间安设避振构件（如弹簧减震器或者橡皮软木等），可以使从振源传到的振动得到一定程度的减弱3.5积极利用土壤热源 目前我国南方地区空调系统主要用空气源热泵作为冷热源,由于其室外机受环境空气季节性温度变化规律的制约,夏季供冷负荷越大时对应的冷凝温度越高;众所周知,制冷系统冷却水进水温度的高低对主机耗电量有着重要影响;一般推算,在水量一定情况下,进水温度提高1,压缩机主机电耗约增加为2%,溴化锂主机能耗提高约6%.为此若能寻找到更理想的新热源形式取代或部分取代目前多采用的空气热源,无疑将有广泛的应用前景和明显的节能效果。与地面上环境空气相比,地下5米

25、以下全年土壤温度稳定且约等于年平均温度,可以分别在夏冬两季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度。所以从原理上讲,土壤是一种比环境空气更好的热泵系统的冷热源。已有的研究表明土壤热源热泵主要优点有:节能效果明显,可比空气源热泵系统节能约20%;埋地换热器不需要除霜,减少了冬季除霜的能耗;由于土壤具有较好的蓄热性能,可与太阳能联用改善冬季运行条件;埋地换热器在地下静态的吸放热,减小了空调系统对地面空气的热及噪音的污染。所以若能用土壤热源热泵部分取代空气源热泵,则必然节约能源并有可能形成新的空调产品系列。3.6加强中央空调的管理采用一定的计量方法 加强对空调操作人员的培训,提高管理人员素质,实行空调

26、操作人员操作证制度。各项调节和节能措施的实施,都与操作人员的技术汇质直接相关;具备必要的制冷空调知识;要懂得根据室外参数的变化进行调节;要懂得怎样调节才会节能。集中空调实行计量收费,是建筑节能的一项基本措施。目前在欧美等国热量计量已是成熟的技术,据国外调查资料表明:实行集中空调计量收费后,其节能率在8%-15%. 我国也在计量方面取得一定得成就。节能是实现可持续发展得关键。我们应该将目光重点放在占总能耗20%左右的空调能耗上来。作为一个暖通专业的工作者,应该积极地争取所有可能挽回的能量。 结论 通过上述手段,可以保证空调工作在最佳状况,不仅降低了空调的故障率,而且单台空调在夏季可以节约1020

27、%的能量,因此,加强空调维护,对空调的制冷效果、空调寿命、尤其是节约能源具有重要的意义。自改革开放以来,我国的经济持续高速发展,人民生活水平日益提高。但与此同时也应看到,与成两位数增长的经济相伴随的是对环境的毁灭性破坏。温室效应、臭氧空洞、工业污染、水污染及以土地荒漠化都是与市场的慷慨赠与相伴而来的一些主要危害。每年,我国大城市由环境污染而造成的患病人数大幅增加。下一个“五年计划”里,我国经济仍将保持高速平稳增长,有专家认为,如果不采取有力措施,2015年主要污染物排放总量将比2013年增加1020,因此,在各行各业中,环境保护,与自然界协调发展已显示出越来越重要的地位。对于暖通空调制冷行业,

28、必须树立起一种跨时空的全新道德观以约束我们的行动,在考虑到我们需求的同时,决不能对子孙后代满足他们需要的可能性构成危害。从一定意义上说,协调发展就是可持续发展。从目前来说,应当本着实事求是的态度,努力解决好建筑能耗及CFC方面的问题,为自己和子孙后代留下一片蓝天。 参考文献参考文献 1、尉迟斌 主编 实用制冷与空调工程手册2003年 2、上海家用电器行业协会 家用中央空调设计规范 2002年 3、胡兴邦、朱华、叶水泵、冯踏君主编储冷空调系统原理、工程设计及应用 M杭州：浙江大学出版社1997年 4、赵荣义 主编 简明空调设计手册M北京：中国建筑工业出版社 2003年 5、要志生 主编 中央空调

29、冷却水处理技术比较分析 J制冷与空调。2006年 6、马平 主编 简析中央空调系统调试浅谈 J山西建筑2008年 7、叶丽影 主编 某空调工程设计与施工中存在的问题和解决方法 J建筑热能通风空调2005年 8、项端祈 主编 空调系统消声与隔振设计 M北京：机械工业出版社2005年 9、胡兆奎 主编 集中中央空调冷却水系统洁垢与腐蚀问题的探讨 J 暖通空调2006年 10、失勇等中央空调北京：人民邮电出版社2003 11、曾德胜制冷空调系统的安全运行、维护管理及节能环保北京：中国电力出版社2003 12、马最良姚杨主编民用建筑空调计设北京：化学工业出版社2003 13、何青等主编中央空调常用数据速查手册北京：机械工业出版社2005 14、刘卫华等制冷空调新技术及进展北京：机械工业出版社2005 15、张百福空调制冷设备维修手册北京：新时代出版社1996 16、电子工业部第十设计研究院空气调节设计手册（第二版）北京：中国建筑工来出版社1995