室外微环境对空调节能的影响.doc

室外微环境对空调节能的影响摘要：室外微环境的改善，特别是空气温度的降低可以减小新风负荷，提高机组的cop值，从而实现空调节能，达到降低建筑能耗的目的。并通过一个实例，求得在室外温度降低1.2的情况下，可以使空调能耗降低7.5 w/m2，节省电量3.2 w/m2，同时还改善了周围的居住环境，提高了空气质量。关键词：新风负荷 cop 空调节能influence of the outdoor microenvironment on air conditioner energy-savingabstract: the improvement of the outdoor microenvironment, especially the reduce of air temperature can reduce fresh air load, improve cop value of the unit and realize air conditioner energy-saving, achieve the goal of reducing building energy consumption. and it can make air conditioner energy consumption reduce 7.5 w/m2, save electric consumption 3.2 w/m2 when the outdoors temperature reduces 1.2 by calculating the instance. at the same time it improves the living environment and air quality around.key words: fresh air load; cop; air conditioner energy-saving0.引言21世纪，随着我国现代化建设的不断发展，各类现代化建筑特别是空调建筑不断增多。空调系统在为人们提供舒适工作、生活环境的同时，空调能耗随之也成为建筑能耗大户。据统计，我国建筑能耗约占全国总能耗的35%，空调能耗又约占建筑能耗的50%65%左右。由此可见，暖通空调能耗占总能耗的比例可高达 22.75%1。在炎热的夏季，成千上万的空调将大量的废热排入周围的环境中，使周围环境温度升高，而这又反过来增加了空调的使用数量。如此反复，形成了恶性循环。这也是形成城市“热岛效应”的一个重要因素。因此节能与环保已成为当今世界关注的焦点，我国甚至将它列为是否能实现可持续发展的关键。建筑界早已提出了低能耗健康建筑的概念，即追求在尽量少用不可再生资源和能源条件下，为人民的生活和生产创造卫生、健康和合理的建筑环境，且将之定位为保证人居环境可持续发展的关键之一。在建筑能耗占整个能源消耗的比例不断增加的现状下，尤其是当前世界“能源危机”日益紧迫的关头，空调建筑节能特别是建筑中的空调系统节能已成为节能领域中的一个重点和热点。而建筑室外微环境是影响空调能耗的重要因素，从室外环境着手考虑是解决空调节能问题的关键。1. 室外环境对空调节能的影响室外环境主要从气象和绿化来影响空调节能，这是因为空调负荷是由建筑周围的空气温度决定的。空调负荷的确定是建立在室外环境的基础上，研究空调节能应该充分利用室外对室内的热作用，使之对改善室内热环境起到积极的作用。1.1 绿化对室外温度的影响众所周知，空调建筑周围良好的植树和绿化不仅能降低微气候的温度，减少建筑物吸收的太阳辐射量，改变环境的热、湿平衡，有效的降低环境温度，降低建筑空调负荷，提高舒适性，同时还能实现建筑节能。据研究，好的绿化在夏季可降低室外向建筑物内部传热6%30%。在现代城市中，由于城市人口的急剧增加，城市中人为活动变得十分剧烈，这其中包括物质和能源的大量消耗，城市建筑物、道路的大量增加，污染物的大量排放，它不仅改变了自然环境，而且在不断地破坏着自然生态环境。在市区一方面由于城市人口密度、建筑物密度远比郊区高，而且建筑物和各种铺砌的硬化道路等所占的面积约在%以上，绿地相对较少，城市中各种建筑物及硬化路面对太阳辐射的吸收和反射强烈，使市区的局部温度急剧升高；另一方面，市区由于各种汽车排热、家用及商用空调放热、工厂排热等各种人为热源的放热也使其局部温度升高，使得城市“热岛效应”越来越严重。笔者曾经在济南市某条车辆、空调很多的街道和一个绿化较好的广场分别进行过测试，结果发现街道处的空气温度的确明显高于广场的空气温度。如图1所示。 图1 街道、广场两处的空气温度 从图中可以看出两处的空气温度都随太阳辐射的增强而增大，在14：00时达到最大值。街道的空气温度比广场处约高1.0左右，差异比较明显，这主要是因为在树木和草坪的蒸发冷却作用下使广场的空气温度得到降低，相对湿度相对大一些。同时由于实测时天空有云出现，使空气温度有一些波动。同时从图中也可以看出中午的时候温差小一些，而早、晚时刻温差大一些，这也符合热岛效应的特征。1.2 室外温度对空调节能的影响室外微环境对建筑空调负荷的影响主要是通过室外温度的降低从而降低通过围护结构的传热量、新风负荷和通过影响冷却水进而影响机组cop值，从而间接影响空调能耗。通过围护结构的冷负荷涉及的因素太多，因此在这里也还是按照参考文献2进行计算，笔者主要通过对新风负荷和机组cop值的计算来研究室外环境对空调负荷的影响。1.2.1 新风负荷集中式空调系统一次回风系统的“新风冷负荷”： （1）式中：是新风冷负荷；是新风量；是室外空气焓值；是室内空气焓值。对于空调系统而言，室内维持一定的空调状态，室内空气的温度、为定值，所以为定值。现行空调负荷计算中室外空气计算温度按gbj19-87规定夏季空气室外计算温度采用历年平均不保证50h的温度计算，对某地区而言为定值，且为计算日的最高温度，故由此计算得来的新风负荷为定值，且为计算日的最大值。但事实上一天中空气状态不断变化，这种新风状态的变化（即室外空气温度的变化）导致新风负荷在一天中周期性变化，而且最大值为按室外空气计算温度得来的新风负荷。可见当房间冷负荷出现峰值的时刻与新风负荷出现峰值的时刻不同时，传统的按室外空气计算新风负荷会增大空调系统的计算冷负荷，不利于设备的合理选型及空调系统的节能运行。通过对室外温度和相对湿度的确定，就可以得到室外空气焓值，从而确定不同时刻的新风负荷。1.2.2 机组cop值理论性能系数cop（coefficient of performance）为：3 （2）式中：为蒸发温度，为冷凝温度。一般情况下，蒸发温度可以看作为定值，而冷凝温度则随室外环境温度的变化而变化：室外环境温度越高，即的值越大，的值就越大，机组的cop值就越小；相反，如果通过改善室外微环境使环境温度得到降低，即减小值，那么的值就变小，机组的cop值就增大。这样就可以提高机组的cop值，从而达到节能、降低能耗的目的。实际上机组不可能按照卡诺循环进行，考虑到机组实际和理想工况间的差异，以及系统中各种组成设备的效率，有的资料给出其效率为0.55。 （3）蒸发温度一般取为5；确定冷凝温度，一般=354。确定冷凝器出口的冷却水温度，设水的进出口温差=5，则。所以， 2. 计算实例 建筑是济南市的一个会议厅，位于测试的街道附近，建筑面积525m2，可容纳440人，此会议室一般只在下午使用，因此值计算14：0018：00这段时间。夏季室内设计参数： =0.25m/s， =55%， =27，新风量：10m3/h.人。按参考文献使用供热空调设计手册，逐项计算各种负荷，计算结果如下表所示。 表1 房间冷负荷表 单位：w 房间冷负荷汇总 负荷项目计算时刻14：0015：0016：0017：0018：00传热负荷1401214487149731545915617辐射负荷397330263236209室内发热负荷1000410004200072155423100人体潜热负荷236542365423654236540房间全热冷负荷4806748475588976090338926考虑街道处和广场的温度有较明显的差异，根据测试的干球温度和相对湿度用idtu软件计算求得各时刻的室外空气焓值，采用动态计算法由公式（1）计算求得各时刻的新风负荷。并与房间的冷负荷汇总，见表2。 表2 总负荷表 单位：w总冷负荷汇总负荷项目计算时刻14：0015：0016：0017：0018：00房间全热冷负荷4806748475588976090338926新风负荷街道22488.8920777.7816377.7814666.6710144.44广场2811.1111711.1113544.4443911.1113422.222负荷总和街道7336770963.8978819.2279480.7852492.67广场70555.8969252.7875274.7875569.6749070.44空调的能耗由房间的得热和空调制冷系数cop有关。室内得热随着室外温度的升高而增大，而cop随温度的升高而减小。这就是说，室外温度越高，耗电量就越大。如果住区附近有分布合理、面积足够的草地，就可以降低住区的室外温度，使空调能耗显著降低。计算结果表明下午17：00房间总负荷最大，此时室外气温为34.5，新风负荷为35.4w/m2。大约是房间围护结构得热量、机器，照明，热体发热等其他热负荷的三分之一，后者为116w/m2。这样，空调负荷总量就是151.4 w/m2。由室外气温为34.5，测得，所以；带入公式（3），计算出cop值为4.3，算出耗电量为35.2 w/m2。在广场上由于有很多的树木和草坪，绿化好，使附近住的空气温度降低了1.2，这时室外空气温度就是33.3，新风负荷为27.9 w/m2，cop为4.5，空调负荷总量为143.9 w/m2，算得耗电量为32 w/m2。因此，当室外空气温度降低1.2时，空调总负荷降低7.5 w/m2，这样每平方米面积平均就有3.2w的电量被节省下来，即空调能耗节省了9.1%之多。由此造成的人为排放废热量的减小，同时还可以提高住区周围的空气质量。按照一个100,000m2的建筑来计算，那么在下午17：00到18：00的一个小时内，就可以节省320kw h的电量，其节能效果是很可观的，而且空气质量和居住环境也会大大提高。3. 结论（1） 本文中没有考虑室外微环境对房间的围护结构的热量的影响，如果考虑其节能效果会更加明显。需要说明的是，以上的计算结果只是说明室外微环境的改变能够改善环境，降低空调负荷，实现建筑节能；数据只是一个参考。（2） 考虑新风状态的变化，计算逐时新风动态冷负荷，使空调负荷的计算更科学，同时也有利于设备的正确选型和空调节能，而且新风量越大越节能。（3） 室外环境温度的降低，不仅可以改善人居环境，而且可以使空调负荷减小7.5 w/m2，节省电量3.2 w