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14種冷熱源及空調系統特點介紹(一)
2016-12-28  來源:互聯網轉載    發布者:小A

一、常規電制冷空調系統

目前使用較多的空調形式,經過一個多世紀的發展,制冷主機的形式多種多樣,具有制冷效率高等的優點,它有如下特點:

優點:

1)系統簡單,占地比其他形式的稍小。

2)效率高,COP(制冷效率)一般大于5.3。

3)設備投資相對于其它系統少。

不足之處:

1)冷水機組的數量與容量較大,相應的其他用電設備數量、容量也增加,運動設備的增加加大了維護、維修工作量。

2)總用電負荷大,增加了變壓器配電容量與配電設施費。

3)所使用電量均為高峰電,不享受峰谷電價政策,運行費用高。

4)在拉閘限電時出現空調不能使用的狀況。2003、2004年夏季空調主機減半運行,造成大部分中央空調達不到效果。

5)運行方式不靈活,在過渡季節、節假日或休息時間個別區域供冷,需要開主機運行,形成大馬拉小車,浪費了機組的配置能力,增加了運行費用。

6)對于大型區域供冷系統較難實現較好的供冷(供水溫度不能降低),管網的投資大、輸送能耗高、空調品質差。

二、冰蓄冷空調系統

冰蓄冷空調是在常規水冷冷水機組系統的基礎上減小制冷主機容量增加蓄冰裝置,利用夜間低谷低價電力時段將冷量通過冰的形式儲存起來,白天需要供冷時釋放出來。該技術在二十世紀30年代開始應用于美國,在70年代能源危機中得到發達國家的大力發展。從美國、日本、韓國、臺灣等較發達的國家和地區的發展情況來看,冰蓄冷已經成為中央空調的發展方向。比如,韓國明令超過2000㎡建筑,必須采用冰蓄冷或煤氣空調,日本超過5000㎡的建筑物,就在設計時考慮采用冰蓄冷空調系統。很多國家都采取了獎勵措施來推廣這種技術,比如韓國轉移1KW高峰電力,一次性獎勵2000美元,美國一次性獎勵500美元,等等。

中國也加大對蓄能技術的推廣力度,國家計委和經貿委特地下達《節約用電管理辦法》,要求各單位推廣蓄能技術,并逐步加大峰谷電差價。全國采用蓄能技術的空調系統大幅度增加,2001年10月舉辦APEC會議的10萬㎡的上海科技城、浙江大學紫金港新校區13萬㎡、廣州大學城500萬㎡等大型建筑采用的就是冰蓄冷空調系統。

冰蓄冷中央空調代表當今世界中央空調的先進水平,預示著中央空調的發展方向,有如下特點:

優點:

1)減少冷水機組容量(降低主機一次性投資),總用電負荷少,減少變壓器配電容量與配電設施費。

2)冷主機制冷效率高(COP大于5.3),同時利用峰谷荷電價差,大大減少空調年運行費,可節約運行費用35%以上(與熱泵和溴化鋰空調形式比可以節約40%以上)。

3)減少建筑的配電容量,節約變配電的投資,節約約30%(空調的配電投資);免雙線路的高可靠性費用,節約投資。

4)使用靈活,部分區域使用空調可由融冰提供,不用開主機,節能效果明顯。

5)可以為較小的負荷(如只用個別辦公室)融冰定量供冷,而無需開主機。

6)在過渡季節,可以融冰定量供冷,而無需開主機,不會出現大馬拉小車的狀況,運行更合理,費用節約明顯。

7)具有應急功能,提高空調系統的可靠性。在拉閘限電時更能顯示其優勢:只要具備帶動水泵的電力(如發電機發電、限電減電力供電)就能夠融冰供冷,不會出現空調不能使用的狀況(2003、2004年夏季空調主機減半運行,造成大部分中央空調達不到效果,只有冰蓄冷空調的效果沒有受到影響)。

8)制冷溫度低而穩定,空調效果佳,提高大樓的舒適性和品位。

9)有低溫冷源制冷速度快,上班前啟動時間短。上班前啟動時間越長,則空調無效運行越多,無謂的浪費越大。

10)作為驅動能源,清潔、環保、穩定、簡單可靠,且峰谷電差價在不久的將來勢必會更優惠(周邊省份在去年均已大幅優惠,國外的峰谷差更大)。

11)對于大型多建筑區域供冷,可以低溫供水,降低送水能耗、減少管網投資;同時與每一建筑一個供冷站的形式比可以節約投資、減少管理費用、減少機房面積。(如廣州大學城500萬㎡,浙江大學紫金港新校區13萬㎡、杭州商學院10萬㎡,杭州市民中心58萬㎡等)

12)可以為末端提供低溫冷凍水,降低末端的投資;加強除濕能力,大幅提高空調舒適性;如果采用低溫送風系統,更是可以節約末端的風機能耗、提高空調品質、減少風管的尺寸和投資。

13)空調系統智能化程度高,可以實現系統的全自動運行,而且具備與大樓的BAS接口,是目前世界上先進的空調系統。

不足之處:

1)如果主機和蓄冰裝置等設備均布置于冷凍機房內,蓄冰裝置需要占用一定的空間(解決辦法:可以埋在綠化帶下、布置在汽車坡道下等無用空間)。

2)機房設備投資比常規水冷電制冷和溴化鋰機組系統稍高。

3)冰蓄冷只能夏天供冷,需要供熱系統(可以采用熱網換熱采暖,熱網容量遠低于溴化鋰機組所需,只有50%左右容量)。

三、水源熱泵空調系統

1、屬于可再生能源利用技術

水源熱泵是具備了利用地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源,進行能量轉換的供暖空調系統。其中可以利用的水體,包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個巨大的集熱器,收集了47%的太陽輻射能量,比人類每年利用能量的500倍還多(地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量),而且是一個巨大的動態能量平衡系統,地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散地相對地均衡。這使得利用儲存于其中地近乎無限地或地能成為可能。所以說,水源熱泵利用的是清潔的可再生能源地一種技術。

2、便于計量和收費

空調用電負荷在用戶位置,因此便于空調的計量與收費。這對于用戶合理使用空調系統,節約空調系統的能耗,公平、公正、公開地攤派空調運行管理是很有利的。

3、運行安全可靠

水源熱泵機組的空調系統是可以基本保證全年按用戶的需要開啟空調系統,特別是春秋空調過渡季節均能運行,也就相當于四管制空調系統。一般,水源熱泵供、回水的溫度一年四季相對穩定,其波動的范圍遠遠小于空氣的變動。夏季水體作為空調的冷源,冬季作為空調的熱源,水體溫度較恒定的特性,使得熱泵機組運行更可靠、穩定,也保證了系統的高效性和經濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。

4、高效節能

水源熱泵機組可利用的環境水體溫度冬季為12-22℃,水體溫度比環境空氣溫度高,所以熱泵循環的蒸發溫度提高,能效比也提高。而夏季水體為18-35℃,水體溫度比環境溫度低,所以制冷的冷凝溫度降低,機組效率提高。

5、靈活應用

有的建筑物內,特別在過渡季節,部分區域需要供冷,部分區域需要供熱,水源熱泵可以同時供冷和供熱,可以實現建筑內冷熱量的轉移和平衡,從而系統少用能源。

水地源空調以其卓越的節能環保特點得到了廣泛認可,06年我國科技部把建筑節能作為十一五科技支撐計劃項目,其中課題六為水地源熱泵應用技術,07年“兩會”已把全面推進節能環保技術的應用作為會議重要議題之一。在短短幾年間,水地源熱泵中央空調在大中城市的發展如火如荼,特別是在北京、山東、長三角等經濟發達區域,已經成為節能環保高檔空調系統的象征。目前正快速向中、西部地區發展,各地紛紛建立水地源空調示范工程,政府也積鼓勵企事業單位選用水地源熱泵空調。

當前,氣候變暖嚴重威脅到人類的可持續發展,應對氣候變化已成為全球面臨的重大挑戰。氣候變化的原因除了自然因素外,同人類的活動,特別是同使用化石燃料、排放二氧化碳的程度密切相關。

節能必然成為衡量未來建筑品質的必要指標,“低碳排放”的概念正受到環保行業、學術研究機構的普遍重視。

中央空調系統作為建筑耗電的一個設備,其節能減排的的必要性應該首當其沖的。

根據《中國節能技術政策大綱》 3.3.4 發展地熱源、水源、空氣源熱泵技術和污水源熱泵技術,一般情況下不應采用直接電采暖方式。提倡蓄冷、蓄熱空調和采暖,盡量利用電網低谷負荷。

國務院文件(國發(2008)03號)節能技術推薦采用水源熱泵與蓄冰技術。

四、電蓄熱空調系統

電蓄熱空調是利用夜間低谷低價電力電鍋爐制熱,制取的熱量以熱水的形式儲存在蓄熱裝置中,白天將所儲存熱量釋放出來向空調末端供熱。

電蓄熱空調具有穩定的供熱能力,有如下特點:

1)利用蓄能技術移峰填谷,平衡電網負荷,提高電廠發電設備的利用率,降低電廠、電網的運行成本,節約電廠、電網的基礎建設投入。

2)利用峰谷荷電價差,大大減少空調年運行費。

3)使用靈活,過渡季節、節假日或者下班后部分辦公室使用空調可由蓄熱定量提供,無需開機組,節能效果明顯,運行費用大大降低。

4)具有應急功能,提高空調系統的可靠性。

5)自動化程度高,可以作到無人值守,根據空調的變化實時跟蹤,需要多少冷量供多少,不會出現大馬拉小車的狀況,節能明顯。

五、風冷熱泵空調系統

風冷熱泵是靠室外空氣來冷卻的一種空調形式,其制冷和供暖的性能與室外環境溫度密切相關,它有如下特點:

1)冷熱一體,不需要另外配置熱源。

2)在不考慮其對建筑外觀的影響和機組運行振動影響時,可以將機組放置于屋頂,不需要專門的空調機房。在小面積無冷凍機房的建筑比較適合。

3)空氣冷卻,不需配置冷卻塔

4)靠空氣冷卻,制冷、制熱性能與室外環境溫度密切相關,造成性能不穩定:夏季室外溫度較高,需冷量較多時,其制冷能力變差;冬季室外溫度較低,需供熱較多時,其供熱能力變差。冬季需要采取特定的除霜手段,影響了制熱效果;供熱溫度低,使室內的溫度在天冷時達不到要求。

5)靠空氣冷卻,制冷效率低(名義COP低于3.2,實際運行一般為2.5左右),運行費用高。

6)因機組放于室外靠風冷卻,時間長了冷凝器上結滿灰塵,大的影響了換熱效率,機組運行效率下降,制冷量也急劇下降,一般3年后需重新考核其制冷能力,進行相應處理,有時甚至需加配機組。

7)機組選型時需考慮環境對系統的影響,需要增大配置,投資增加,投資為幾種空調形式中。

8)效率低,總用電負荷大,增加了常規空調系統本身就較大的變壓器配電容量,配電設施費高,且需交納較多的電力貼費和電力施工費。

9)由于機組放置于室外,運行、管理、維護難度大,機組容易損壞,維修工作量大。

10)過渡季節,需冷量或熱量減少時,其制冷或制熱能力卻達到水平,大馬拉小車,形成浪費,也增加了運行費用。

六、溴化鋰空調系統

溴化鋰機組是利用熱能作為機組的能源、通過溴化鋰和水之間的吸收與釋放、由水作為制冷劑循環來達到制冷的目的。根據提供熱能的方式,溴化鋰機組又分為直燃型(燃油、燃煤氣或燃天然氣)、蒸汽型(熱網蒸汽或自備鍋爐提供蒸汽)和熱水型(熱網熱水或自備鍋爐提供熱歲),由于不通熱網,因此只能為直燃型。

由于水做制冷劑、溴化鋰做吸收劑,使得制冷主機的特性完全不同于其他空調:

其優點如下:

1)系統的能源主要為熱能,因此配電容量小(約為常規電制冷的1/3,冰蓄冷系統的1/2),運行耗電量小。(但在停電時仍然不能運行,采用自備發電機只能保證部分水泵,整個系統不能供冷,無法象冰蓄冷系統開水泵全融冰可以供冷;如果出現2003年夏季的限電使用開一半機組,則達不到空調效果,而冰蓄冷可以保證空調效果)

2)用于有廢熱產生的場合較為可行,如鋼廠、紡織廠等,歐美發達國家溴化鋰機組的應用均在有廢熱的場合。

3)(直燃型)冷熱一體,不需另外配置采暖設備(采暖時就是一臺燃氣鍋爐,但熱效率比單獨的燃氣鍋爐低一些)。

4)機房占地面積比冰蓄冷稍小。

不足之處:

1)由于溴化鋰機組的特性,制冷量存在衰減(年衰減約為3%~8%),因此溴化鋰機組的容量設計時按15%的余量配置。

2)制冷主機的出水溫度高,實際運行高于8℃(眾多的實際工程就均如此),空調效果差、制冷速度慢、上班前啟動時間長,降低了大樓的品位;同時由于供水溫度高,必須加大末端設備的容量才能達到降低室內溫度的效果,增大了投資。

3)溴化鋰是具有腐蝕性的無機鹽,容易造成機組的腐蝕和制冷量的衰減。

4)效率低,能效比(COP)約為0.8—1.2,屬于節電不節能型產品,運行能耗高、運行費用高,在能源緊張的現在,發達國家根本就不提倡使用(除非有廢熱)。

5)由于采用水作制冷劑,必須確保系統真空度,但由于工藝以及實際運行后會產生不凝性氣體,導致真空度下降,制冷量衰減。

6)溴化鋰機組部分負荷運行時卸載能力差,因此部分負荷時容易造成“大馬拉小車”狀況,浪費運行費用;如果只有部分區域冷負荷較小時機組甚至無法啟動(低于機組的40%負荷即無法運行);當要求的冷量很小,遠低于溴化鋰機組能夠啟動運行的容量時無法供冷;在部分負荷下運行,如果機組調節不好,溴化鋰易結晶造成系統難以運行。

7)冷卻水系統大于常規電制冷系統,冷卻塔是冰蓄冷系統的2倍(詳見后設備配置比較),補水量大,在屋頂的布置更難以處理;冷卻水管大,管道井也大。

8)由于溴化鋰機組的特殊性,運行維護復雜;日常的維護保養工作特別重要,如果保養不好,制冷量的衰減更快,因此日常的維護管理人員要求具有較高的專業水平,費用遠高于電制冷系統。

9)溴化鋰溶液必須每年保養更換,費用大;現場更換容易造成系統不潔制冷效果下降。

10)機組尺寸大,需要更大的檢修空間和通道。

11)油、氣的價格持續走高且供應緊張,運行費用很高。

12)油氣必須考慮消防因素,管理不方便。

七、VRV空調系統

1)不是中央空調,空調品質差。

2)系統相對簡單,冷熱一體,不需專用空調機房。

3)系統設計靈活,可以為小的供冷區域配置獨立系統。

4)投資高。

5)采用空氣冷卻,冷卻效果比水冷差,機組的能效比(COP)很低(樣本標定一般小于3,而實際運行時遠低于2.5),空調效果差、運行費用高。在熱的天的COP更低(COP隨環境溫度的升高而急劇下降),運行費用很高;同樣冬季采暖也存在同樣的效率低的問題,且隨著環境溫度的下降制熱量不斷的降低。

6)因機組放于室外靠空氣冷卻,時間長了冷凝器上結滿灰塵,大的影響了換熱效率,機組運行效率下降,制冷量也急劇下降,3年后基本不能滿足冷量的需要,需另外加配機組。

7)一個室外機與多個室內機通過銅管連接,制冷劑在管道內,因此安裝時必須保證無泄漏。而由于室內室外機安裝時接點較多,有一個接點泄漏會造成整個系統空調失去效果。

8)當室內機與室外機距離過大時,會造成回油困難,影響壓縮機的工作與壽命,同時影響機組的換熱能力。

9)維修不便,室內維修時會破壞裝修。

10)機組的數量與容量較大,維護工作量大。

11)總用電負荷大,增加了變壓器配電容量與配電設施費。

12)需要通過加配其他冷水機組解決新風問題。

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