Achieving better energy-ef
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空调在维持室内气温的舒适度方面起着非常重要的作用,尤其对于气候湿热地区来说,空调更是必不可少。
如今的空调,通常兼具降温和除湿两种功能,因此,不管是家用,商用或是在工业生产当中,空调都尤其必要。
在热带地区,供暖通风等的空调设备的能源消耗往往占了整座建筑能耗的50%以上,原因在于空调设备承担着较重的降温负荷。
因此,空调能耗的降低具有极大的可行性。
当今冷却技术中采用的冷却机最终要的成分包括:(1)压缩机;(2)冷却塔;(3)水泵(冷却水)以及(4)空气调节装置中的风扇。
这些装置的主要能源都来自于电力供应。
论文中所提及的能源节省型冷却技术,创新型系统的设计以及智能操控策略等,部分已经过研究证明,部分还处于研究过程当中。
1.介绍
全球能源消耗的急剧增加导致了严重的能源危机。
全球范围内建筑,包括住宅建筑及商用建筑的能耗正在逐步增长。
在发达国家,建筑能耗占比达到20;%-40%。
事实上,建筑能耗远超过其他能耗,例如工业能耗和交通能耗。
而导致这些数字上升有主要以下几个原因:(1)人口增加;(2)建筑基础设施建设需要增加;(3)人们追求更舒适的生活环境;(4)室内生活时间更长。
毫无疑问,这样的能源消耗比例依旧是日后的发展趋势。
因此,提高建筑能耗利用效率已成为当今全球能源政策的当务之急。
2. 气候变化对冷却能的影响
全球能源问题及其对人类生活的影响引起了人们的广泛关注。
政府间气候变化专门委员会(IPCC)在其报告中希望提高公众对能源消耗及环保意识。
政府间气候变化专门委员会(IPCC)的报告中,还提及了公众应加深对能源消耗的理解和认识,了解能耗在建筑中的特性,尤其是了解建筑中的能源模式是如何随气候变化而改变的。
据估计,2002年全球建筑能耗中的温室气体排放量约占全球排放量的33%。
大部分建筑寿命都能延续50年甚至更多。
因此,了解如何改进日后建筑物的能量消耗,尤其是空调能耗以应对气候的变化相当重要。
气候变化引起的室外温度升高,导致空调必须相应降低室内温度,从而导致人们对室内温度舒适度的需求越来越大。
在这一部分,我们将会针对全球气候变化是如何影响全球范围内建筑冷却技术变化趋势的问题进行简单的探讨。
3.3 节能通风系统与装置
改良通风装置及完善能源项目,有助于开发,评估,论证实用的建筑HVAC系统, 从而使系统能够保证持续高质量低耗能的空气流通以及改善人们的生活环境。
通风设备能耗大,尤其是在人流量大的地区。
因此,为HVAC设计整体提高能源利用率,满足现有通风设备标准同时保证室内空气质量的通风装置策略实为必要。
综合考虑一下空气流通对人的影响,通风装置的能耗,建筑中通风装置的缺陷等几点后,开发及研究更高效能的建筑通风设备更为必要。
在这一节中,我们即将探讨一系列综合型的新型智能通风系统和装备。
之前已有很多研究针对空气流通率对健康(病态建筑综合症,呼吸道疾病),缺失率及感受性空气质量等的影响进行过探讨。
其中一些研究以室内二氧化碳浓度代替人均空气流通率。
这些研究中的大部分发现在空气流通率低或二氧化碳浓度高时时健康会恶化,失神,感受性空气质量低。
4.创新系统设计和整合
4.1 节能除湿系统
进口的空调通常适用于夏冬两个季节。
在许多热带国家,室外年均85%的湿度时相当常见的。
在湿热气候条件下,传统的空调系统能够对人体能感知的热度及潜在的热度进行降温。
因此,对空气的降温和除湿能够保证人体的舒适。
通常而言,湿润空气在流通过程中接触到翅片式冷却盘管表面(翅片式冷却盘管的表面保持湿润空气的露点温度),空气冷却除湿。
4.2 可再生能源在空调系统中的应用
这类运用了可再生能源的降温技术主要采用太阳能为降温设备提供能源。
冷却需要在全世界范围急剧上升,尤其是在湿度较高的热带地区。
值得一提的是,空调能源消耗与太阳辐射之间有着密切联系。
比如说,当建筑表面接触到更多的太阳照射时,空调能耗明显增加。
因此,太阳热和冷却技术的结合能够大大地减低冷却设备的冷却能耗。
如今,从小型建筑到大规模的住宅区以及办公大楼都已能成功运用地太阳能冷却设备。
运用了太阳热的冷却设备采用太阳能驱动制冷机,从而带动电压缩冷却机的工作。
太阳能冷却设备通常指的是吸附及吸附制冷技术。
4.3 空调的特殊目的
4.31 区域制冷系统
区域制冷系统通过管道网络将冷却冻水从制冷中心运送到独立建筑中。
用于调控冷却水和散热(冷却塔)的冷却机位于厂区的中心位置,这样的规划使得每栋建筑可以不用再额外配置单独的运行系统。
区域制冷系统有着显著定性效益与经济效益。
主要的定性效益包括更舒适,更可靠,更方面。
而经济效益则体现在更低的原始成本(冷却机采购支出减少),更低的年度维护费,更少的操作成本(能耗减少)。
除此以外,区域制冷系统还具有能够提供更高质的制冷效果,节省空间,减少噪音污染,更低的二氧化碳排放等。
不过另一方面,区域制冷系统需要增加额外的水泵,对运输冷却冻水的设备的低温要求更高,以减少在运输过程中的消耗。
区域制冷系统图示见图9。
香港针对区域制冷系统的进行了相关研究,在其中一项关于区域制冷系统技术可行性的评估研究中,周先生以亚热带都市环境为基础,模拟了各种技术需求以及冷却方案。
他们依照政府提议,选取了一处预计冷却容量为200兆瓦的地方进行研究。
他们采取的模拟方案能够实现对热量需求,能源消耗及合适的厂区配置的测量。
为了进一步提高能源效率,他们提出了可以采取海水作为冷却液的想法。
他们还与一家冷藏系统公司共同开展了一项有趣的研究。
这个系统最显著的特征便是可以把部分冷却需求从冷却峰期转移非高峰时期。
这一转移使得供求双方均可得益。
香港正在实施一款使用了DOE-2和TRNSYS的模拟能源,来研究位于香港的虚拟滨水区的区域冷却设备,这款冷却设备配备有冰蓄设施。
通过这项研究,能够检测部分冰蓄设备的能量性能,成本效益以及控制策略。
主要结果表明拥有40%冰蓄能力及融冰优先控制的区域冷却工厂能够提供更好的能源效应。
能源级数的提升主要依靠以下几个要素,冷却负荷曲线,气候条件,操作策略以及现有的电费结构。
郑先生等针对海水区域冷却-加热系统进行评估研究,这个系统主要以的海水为热源和出水口。
这项研究主要在中国大连展开。
大连估计拥有68兆瓦的供热需求以及76兆瓦的降温需求。
研究中对区域冷却加热的实施可能对该地区的经济,能源以及环境所带来的影响也进行了评估。
评估中参考了系统的年度成本及净现值。
详细的经济分析表明,在有利条件下,投资SWDCHS通常能够盈利(正值NPV)。
总而言之,研究表明,如果具备优良的地理优势的都市环境中,该系统不仅具有技术可行性,同时具有较大的经济效益。
虽然区域冷却项目在全世界范围内的成功例子屈指可数,这项技术依旧存有较大的提升空间。
然而,由于大量资金投入到DCS中,在实施计划之前需要进行详细的评估以保证整个项目能够得到周全的安排从而实现整个系统功能最优化。
4,32 联合发电/冷热电共生系统
当热量和冷却需求量大的时候,联合发电/冷热电共生系统技术工作效率达到最大值。
热冷却,也叫作吸收吸附式冷却。
这种冷却方法是通过可供利用的余热,使得热量转换为冷
却液。
这些冷却冷却装置规模从几吨大小到几千吨大小不等,尤其是当冷却需要联合发电/热冷电共生系统时,冷却装置不同的规模使其能使用与各类冷却设备。
由于联合发电/热冷电共生发电时会产生大量免费的余热,因此比起机械冷却,利用热能进行冷却能够大大节省能源。
邓先生在最近一篇综述文献中,对热冷电共生系统的热能冷却技术进行了论述。
这篇综述主要关注吸附吸收冷却技术,除湿冷却技术以及讨论冷热电共生系统中热能的多元整合技术。
在一项研究中,研究人员设计了微型燃气轮机-溴化锂吸收冷却并且通过实验研究为实验室提供电力供应和室内降温。
这个组合系统由Capstone微型燃气轮机,1台Yazaki吸收冷却机,2台热交换器和一座冷却塔组成(见图10)。
测试结果显示,这款冷热电系统能够为一台24千瓦的微型燃气轮机提供21%的电效率,同时,以电能输出为依据,冷却机运行性能系数范围为0.5-0.58。
整体系统效能范围约为40%-49%。