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解读空调系统冷、热源选择
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-01-10 10:38:14

 随着社会文明的发展、技术的进步和人们生活水平的提高,空调产品已成为各种建筑物不可或缺的系统和设备,尤其对一个现代建筑物来说,空调设备性能的优劣是直接影响建筑物使用经济效益的重要因素。

  空调系统不仅占有较大的投资份额,同时也是建筑耗能大户。有关统计资料表明,其能耗约占建筑能耗的50%-60%,约占总能耗的15%-25%.空调能耗由三部分组成:冷热源设备能耗、末端设备能耗和辅助设备能耗。其中冷热源设备能耗约占空调能耗的50%-60%.可见,空调冷、热源系统的设计和冷、热源设备的选型直接关系到社会能源合理利用和人们生活环境质量改善的大问题。
  自然界给予人类的能源形式丰富多彩,为我们进行空调系统冷、热源的选择提供了可能。那么在具体的工程设计中,我们该如何去选择,选择时又该注意些什么呢?
  冷、热源系统设计选型的原则空调冷、热源系统的设计需遵循一个统一、两个选择和三个原则。所谓一个统一,是指能源的终端用户利益与社会和国家利益之间的协调统一;所谓两个选择是指能源形式的选择和能源利用方式(即设备类型)的选择;所谓三个原则,是指合理利用能源资源的原则、减少对环境影响的原则和技术经济合理可行的原则。
  进行方案设计,首先应考虑空调工程的使用性质和具体使用要求,然后因地制宜,全面分析,按初投资、年运行费、能源供应、环境影响等因素,进行综合评价,选择能源结构合理、能源利用率高、对环境影响最小的设计方案。
  方案比较是一项影响因素多、专业技术强且复杂的工作。方案设计中必须综合考虑和运用诸多方面的技术知识,主要包括:国家的能源资源状况,国家的能源政策、法规和能源建设方针;相关设计标准、规范;提高能源利用率、节约能源的技术措施;各种冷、热源形式,各种能源转换设备的种类、工作原理、性能特点及其适用场合;冷、热源设计方案比较中采用的评价准则和指标;能源利用及冷热源设备的运行与环境的关系、保护环境的设计措施;冷、热源系统设计和冷、热源设备开发的新思路、新成果等。
  因此,冷、热源系统的设计是一个多目标决策的过程。
  各种冷、热源系统的能效特性目前冷、热源设备的种类繁多,消耗的能源种类不同,工作原理各不相同,能效特性也各不相同。为了衡量各种设备的节能性,通常采用一次能源效率(在提供等量需求的条件下各不同设备消耗的能源折算成同一种一次能源的消耗比叫做一次能源效率,用符号OEER来表示)来进行比较。
 
  冷、热源系统的部分负荷性能
  建筑物的空调负荷是变化的,冷、热源所要提供的冷、热量在大多数情况下都小于设计最大负荷,冷(热)水机组在部分负荷下工作的效率都小于机组额定负荷运行时的效率。所以,在选择冷、热源设备时,应该重视机组的部分负荷性能。行业内,用符号IPLV来表示部分负荷性能系数。对空调用冷(热)水机组,美国暖通制冷学会的有关标准中给出了IPLV的计算公式:
  IPLV=0.17 A+0.39B+0.33C+0.11D(kW/kW)
  式中A、B、C、D分别为100%、75%、50%、25%负荷时机组的性能系数COP(或EER)。在进行方案设计时,可以参照该公式进行计算比较,但需要注意的是,该公式中的系数0.17、 0.39、0.33、0.11是根据美国亚特兰大一座办公楼的冷、热源设备全年运行小时分布数据统计而得,实际上对于不同地区、不同建筑物、不同使用条件,系数的数值是不同的。
  据有关资料介绍,IPLV值每提高0.1,在设备的经济寿命期内节约的能耗费用就可达到其初投资的30%~45%.
 
  冷、热源系统的寿命周期
  设备的寿命周期是指所用的设备在不更换主要零、部、组件的情况下,能保证正常运行并确保使用性能及效果所能维持的使用时间。设备的寿命周期体现了产品的使用价值。产品的寿命周期包含物理寿命、折旧寿命、经济寿命等。
 
  冷、热源系统的投资费用
  系统的投资费用,不仅取决于产品的报价,还与具体项目的能源憎容费、配套设施费、水电气入网费、机房建设费、职业安全与卫生设施费、环境保护设施投资等有关,对于贷款建设项目,好要考虑贷款利息和还贷期限等动态因素,应具体分析计算。
 
  仅就单位冷量设备比价而言,几种冷(热)源设备的排序(从大到小)大致如下:
  风冷式冷(热)机组>直燃型溴化锂吸收式机组>水冷螺杆机组>蒸汽型溴化锂吸收式机组>离心式机组
  据有关资料介绍,几种常用冷、热源组合系统的投资排序(从大到小)大致如下:
  燃气综合能源系统>电制冷机加电锅炉系统>空气源热泵系统加燃油(气)锅炉系统>电制冷机加燃油(气)锅炉系统>直燃机系统。
 
  冷、热源系统的运行费用
  冷、热源系统运行费用主要取决于系统的能源消耗和所用能源的价格及设备折旧。能源价格有地区的差别及市场的波动,就当前京、沪地区而言,几种冷、热源系统的运行费排序(从大到小)大致如下:直燃机系统>电制冷机加电锅炉系统>空气源热泵系统加燃油(气)锅炉系统>电制冷机加燃油(气)锅炉系统>燃气综合能源系统
 
  冷、热源系统的环境行为
  能源生产和能源利用所引起的环境影响主要是化石燃料的燃烧而引起的温室效应、酸雨和臭氧层破坏。当前在我国,冷、热源系统消耗的一次能源基本是化石燃料和电力,而我国的总发电量中,燃煤发电占70%以上。所以,在我国,如何减少冷、热源系统对环境的影响是个十分重要的课题。冷、热源系统的环境行为已成为评价设计方案的重要指标。
  温室效应,主要是指在消耗化石燃料过程中,向大气排放的CO2等温室气体使地球变暖的作用。
  酸雨,是在消耗化石燃料过程中(特别是煤炭在直接燃烧利用过程中),向大气排放SO2、氮氧化物等致酸性物质与雨水形成的酸性雨。其影响,多雨地区比干燥地区严重。
  冷、热源系统是耗能大户,因此限制其在使用过程中有害物质排放量是空调冷、热源系统设计的一个艰巨任务。
  关于臭氧层的破坏,现已证明氟里昂制冷剂中所含的氯原子对大气平流层中的臭氧层具有很大的损耗破坏力。所以在选择制冷机组时,首先应选择使用不含或含氯原子少的制冷剂的机组。对空调冷、热源来说,我国于1999年正式实施的《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案》中制定的淘汰目标是:2003年停止CFC11/CFC12新灌装,2010年停止维修补充的再灌装,但尚未对HCFCS(如R22)的淘汰做出承诺。作为发展中国家,我国应该充分利用国际社会给予发展中国家30~40年的“宽限期”,充分发挥HCFCS(如R22)物质在淘汰CFCS物质过程中作为过渡性替代的作用。
 
  据有关资料介绍,几种常用冷、热源组合系统环境行为的排序(影响从大到小)大致如下:
  电制冷机加电锅炉系统>电制冷机加燃油(气)锅炉系统>空气源热泵系统加燃油(气)锅炉系统>直燃机系统>燃气综合能源系统。
 
  提高冷、热源系统能源转换率、减少耗能对环境负面影响的原则性措施
  1、对以燃气为一次能源的场合,并兼顾经济性的条件下,宜优先考虑采用燃气热、电、冷联供形式和回收燃气余热的燃气热泵形式,尽可能避免燃气的直接热利用。
  2、对以电为一次能源的场合、尽可能选取各种形式的电动热泵。除非特殊需要,直接电热供热的系统,必须采用蓄热式电热供热系统。
  3、尽可能减少系统中各个能量转换环节的损失。如尽可能回收系统排放的余热;尽可能选用部分负荷效率高的冷源设备;直接利用地下水降温或利用地下风道新风夏季降温和冬季加热;利用室外低湿球温度来进行蒸发冷却;载冷、载热介质输送系统的变量调节、水力平衡等。
  冷、热源系统设计选型中存在的一些误区和不足我国地域广大,各地气候、地理条件、能源资源条件、经济发展水平差别很大,即使同一地区的终端用户,各方面的条件也是不一样的,所以对单个建筑物或一个区域来说,总有一个最适用的冷、热源系统方案,或者说每一个设计方案都有其一定的适用范围,在其适用范围之外,就可能变成不合理了。在具体工作中存在以下几种偏向或不足之处:
  1、不顾或不作具体分析,盲目追求最新技术、最新产品,并以此作为:“时尚”,当作先进进行炒作;
  2、不顾或忽略系统使用期内的综合效果,片面追求投资最低的方案。投资低可能带来能源浪费,运行费用高、环境行为恶劣的后果。因此,投资最低不一定是最佳方案;
  3、过分着眼于系统完美无缺,把系统搞得十分复杂。其实,复杂的方案可能投资高,可靠性、可控性、可操作性差,管理维护难度大,复杂不一定是高水平;
  4、对设备的取舍,未把握不同种类冷、热源设备所具备的适应社会发展需要的特定个性,简单地以其问世及应用历史的长短而论其先进与否,或只以其某方面的优缺点而论其先进或落后;
  5、在当前的建筑设备设计中,大部分情况下,各专业设计人员各自为战,很少考虑建筑设备总体系统和各专业设备内部的优化组合,也缺乏这方面的人力;
  6、进行经济比较时,不经调查研究,不做详实的计算,盲目引用产品样本或没有权威性的数据,发生谬误。
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