建筑节能技术3(制冷)

第六章供冷节能的方法和措施1

第一节制冷节能的原理采暖吸收热（Ⅱ）不损失热（Ⅰ）制冷不吸收热（Ⅰ）损失热（Ⅱ）ⅡⅡⅠⅠ图7-1制冷和采暖节能原理的不同2

第二节制冷的节能方法抑制热辐射进入室内障碍物的存在太阳辐射的方向性开口部的处理反射和再辐射345抑制热辐射进入室内－反射和再辐射

在窗台阳台等地方，容易出现反射和再辐射的问题，可以通过种植树木和草坪，设置倾斜坡和集热器的办法降低反射和再辐射。6第二节制冷的节能方法抑制导热传热进入室内隔热保温不仅有减轻空调负荷的效果，还可以有效防止结露和雪水反渗7第二节制冷的节能方法

促进对流热散失风势排出室内的高温空气人造风89排出室内的高温空气图7-19屋顶天窗排气和顶棚通风口排气10人造风11第三节制冷节能的新技术这一节我们主要介绍两门技术：低温辐射采暖技术空调蓄冷技术121.低温差的辐射供暖（冷）方式定义：辐射供暖（供冷）是指提升（降低）围护结构内表面中一个或多个表面的温度，形成热（冷）辐射面，依靠辐射面与人体、家具以及围护结构其余表面的辐射热交换进行供暖（降温）的技术方法。辐射采暖时房间各围护结构内表面的平均温度高于室内空气温度ta，>ta辐射供冷时房间各围护结构内表面的平均温度

低于室内空气温度ta，

<ta

13分类：(辐射供暖）(1)按辐射面温度辐射面温度>150℃称为高温辐射供暖辐射面温度<150℃称为中、低温辐射供暖辐射面温度控制在30℃以下，属于低温辐射采暖(2)按供暖面设置位置地板辐射供暖顶板辐射供暖立面辐射供暖(3)按工作媒介的不同水(蒸汽)媒辐射供暖电热辐射供暖14一、

低温地板辐射采暖

(一)优点：1.节能性：围护结构耗热量低;供回水温度低;减少不必要的墙渗热损失;室内设计温度低（1-2℃）。2．舒适性:人体辐射散热量小；室温波动小、稳定性好；温度分布合理；增加室内相对湿度。3.节省面积、布置灵活15地板辐射采暖和散热片采暖的示意图

(二)低温地板辐射采暖缺点：1.造价？2倍？2.大空间的舒适性?3.使用后的维修？4.楼板负荷?5.室温的可调性？16(三)低温地板辐射采暖构造：171.保温层：(1)要求：密度小质量轻、有一定的承载能力，热阻要高，不燃或者难燃，吸湿率要低；(2)材料：苯板、玻璃棉、保温砂浆、发泡水泥；(3)作用：防止热量向下散出；2.盘管(1)要求:性能稳定、耐寒、耐热、耐压、耐老化，安装方便。节能规范中要求有50年以上的寿命不老化。(2)材料：PE-X、PB、XPAP、PP-R、PE-RT、PP-B、铜管(3)连接方式：热熔200℃(4)铺设方式：回折型、平行型、双平行型18地盘管铺设方式示意图193.钢丝网在加热盘管的上部和下部宜布置钢丝网：

φ３～φ４mm

(1)下部铁丝网：为了增强绝热材料的整体强度，并便于安装和固定加热管(2)上部铁丝网：均衡地板表面的散热；增强地板的抗裂性。4.填充层：

(1)湿式做法：40~60mm，豆石沙浆、豆石混凝土、水泥砂浆，系统热容量大，采用间歇采暖时温度波动小，舒适性好。(2)干式做法：中空式，在盘管上加铝箔翘片，加强管的热交换，可以减少楼板的承重负荷。目前在试用。讨论：填充层厚度在40~60mm，不要太大和太小？

205．地面装饰层：木地板、PVC质地板、瓷砖、大理石、其他石材。保证地面层的装饰材料热阻不高于0.15m2K/W；6．水盘管系统

211.回水总管

2.回水管

3.送水管

4.铜质球阀

5.Y形过滤器6.计量表(热表)

7.压力表

8.温度计

9.活接头

10.排气阀门

11.地热层

12.结构层

13.分水器

分、集水器示意图22讨论：影响水系统的传热效果的因素：1．管间距：2．管的埋深：3．管材的传热系数：4．盘管总长度：5．保温材料厚度：6．地面装饰层热阻：

2324二、低温电热辐射采暖1．优点：(与水盘管系统相比)(1)填充层的厚度比水媒系统要薄一些。可以节省建筑的层高；(2)热惰性小，室内温升要比水媒系统快。(3)其填充层有一定厚度，因此具有一定蓄热性强，可以在一定程度上使用“低谷电力蓄热”。2．发热元件：(1)发热电缆(2)电热膜25(1)发热电缆：2627(2)电热膜28三、低温辐射供冷技术：

1．优点：

(1)节能;(2)热舒适好;(3)转移峰值耗电，提高热网效率;(4)有利于系统形式和布置方式的优化;(5)“自调节”功能;2．缺点：

(1)结露的可能;(2)无新风提供293.辐射供冷+置换通风30置换通风有效运转应该具备三方面要求：(1)近地板处低风速，大面积送风.(2)房间上部设排风口.(3)房间内存在有效的热源。

312.空调蓄冷系统一、蓄冷的意义：1.我国的电力供应现状：解决电力供需矛盾问题主要应从多方面着手，即“多供、少耗、合理利用”。电网负荷率低，峰谷差大；用电结构发生变化，工业用电减少，民用、商业用电大幅增加我国的电力问题实际上是高峰不够用，低谷用不了。2.如何解决高峰电力不足：(1)利用抽水蓄能电站调峰;(2)采用行政手段，(拉闸限电);(3)采用经济手段，鼓励低谷用电,电力的削峰填谷。323.空调蓄冷出现的背景：空调系统是现代公用建筑与商业用房不可缺少的设备，其耗电量大，且基本处于电负荷峰值期。电能本身难以储存，单靠供电机构本身的设备难以达到削峰填谷的目标。4.空调蓄冷技术概述：即在电力负荷很低的夜间用电低谷期，采用制冷机制冷，利用蓄冷介质的显热或潜热特性，用一定方式将冷量存储起来。在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰期，把存储的冷量释放出来，以满足建筑物空调或生产工艺的需要。33空调蓄冷系统的特点优点：转移制冷机组用电时间，起到了转移电力高峰期用电负荷的作用。空调蓄冷系统的制冷设备容量和装设供率小于常规空调系统。一般可减少30%~50%。空调蓄冷系统的运行费用由于电力部门实施峰、谷分时电价政策，比常规空调系统要低，分时电价差值越大，得益越大。空调蓄冷系统中制冷设备满负荷运行的比例增大，状态稳定，提高了设备利用率。效率较高，只要蓄冷系统保冷措施得当，损失的冷量很少，与抽水蓄能比较，效率很高。34空调蓄冷系统的特点缺点：空调蓄冷系统的一次性投资比常规空调系统要高。如果计入供电增容费及用电集资费等，有可能投资相当或增加不多。35冰蓄冷系统与一般制冷系统的对比一般制冷电能需求的峰值问题：在紧张时间段内,电能费用更加昂贵，且有时电能需求得不到满足；在离峰以外时间，电力需求减少，生产过剩形成浪费。冰蓄冷系统用于消除用电高峰将空调负荷转移到峰值以外的时间选择较小的冷水机获得最佳“参差率”获得较好的投资回收率365.空调蓄冷负荷分摊的基本方式：a.全负荷蓄冷：其策略是将用电高峰期的冷负荷全部转移到电力低谷期。如图，全天所需冷量B均由用电低谷或平峰时间所蓄存的冷量供给；即蓄冷量A+C等于B，在用电高峰时间制冷机不运行。这样，全负荷蓄冷系统需设置较大的制冷机和蓄冷装置。虽然，运行费用低，但设备投资高、蓄冷装置占地面积大，除峰值需冷量大且用冷时间短的建筑以外，一般不宜采用。全负荷蓄冷375.空调蓄冷负荷分摊的基本方式：a.部分负荷蓄冷：即全天所需冷量部分由蓄冷装置供给。如图所示，夜间用电低谷期利用制冷机蓄存一定冷量，补充电高峰时间所需部分冷量；即蓄冷量A+C等于B，而全天需冷量为B+B1。部分负荷蓄冷系统可以按典型设计日制冷机基本为24小时工作设计，这样，制冷机容量最小，蓄冷系统比较经济合理，是目前常采用的方法称之谓负荷均衡蓄冷。部分负荷蓄冷38二、蓄冷设备

(一)蓄冷设备的分类a.显热蓄冷设备：水蓄冷系统。b.潜热蓄冷设备：冰盘管蓄冷装置、封装式蓄冷装置、片冰滑落式蓄冷装置、冰晶式蓄冰装置。39二、蓄冷设备

(二)

蓄冷介质：(1)水:显热式蓄冷以水作为蓄冷介质，是利用水温变化可蓄存的显热量，水的比热4.184KJ/Kg.K

，对于大多数建筑的空调系统来说，供回水温差可为8～11℃。水蓄冷的蓄冷温度为4～6℃，是空调常用冷水机组可适应的温度。此外，空调水蓄冷系统的设计，应尽可能提高空调回水温度（高于12℃），以充分利用蓄冷水槽的体积。蓄冷水槽所需体积受蓄冷水和回水之间保持分层程度的影响。一般蓄冷温差为8℃，每蓄冷1冷吨时（符号为RTH，3024千卡）需0.417m3；如温差为11℃，则蓄冷水量可减为0.303m3/RTH。40二、蓄冷设备

(二)

蓄冷介质：(2)冰:冰的融解热为335kJ/kg，冰蓄冷可以比水蓄冷大大减小蓄冷槽体积，蓄冷槽的体积取决于槽中冰水百分比。蓄冰要求制冷机提供00C以下的冷量一般为-30C～-70C;

它低于常规空调用制冷设备所提供的温度。蓄冰装置可以提供较低的空调供水温度，有利于提高空调供回水温差，以减小配管尺寸和水泵电耗。41二、蓄冷设备

(二)

蓄冷介质：(3)共晶盐：为了提高蓄冰温度，不改变冷水机的空调工况运行，可以采用除冰以外的其他相变材料。目前常用的相变材料为共晶盐，即无机盐与水的混合物。蓄冷介质的共晶盐主要要求有：A.融解（凝固）温度5℃～8℃：融解温度范围适应了空调用制冷设备的工况，制冷机运行于较高温度，COP较高。B.导热系数大：导热系数大使得蓄冷和取冷过程效率高C.热容大、融解潜热大：可降低蓄冷槽体积。D.无毒、无腐蚀性。421.冰盘管式蓄冷装置冰盘管式蓄冷装置是由沉浸在水槽中的盘管构成换热表面的一种蓄冷设备工作原理如图。431.冰盘管式蓄冷装置蓄冷过程：载冷剂（一般为重量百分比为25%的乙烯乙二醇水溶液）或制冷剂在盘管内循环，吸收水槽中水的热量，在盘管外表面形成冰层。取冷过程则有内融冰和外融冰两种方式。

44冰盘管（外融冰）优点空调回水与冰直接接触，换热效果好，取冷快不需要二次换热装置缺点蓄冰槽的蓄冰率低，蓄冰槽容积大盘管外表面结冰不均匀，易形成水流死角需要采取搅拌措施，促进冰的均匀融化举例：矿泉水瓶中的冰块45冰盘管（内融冰）制冰与融冰的工作过程制冰循环开始制冰时卤水（通常为乙二醇溶液）流经储冰槽内使水冻结。空调循环在空调循环时，来自用户或二次换热装置的温度较高的载冷剂仍在盘管中循环，通过盘管换热将外表面冰层自内向外逐渐融化进行取冷冰盘管（内部融冰）优点盘管外表面融冰均匀，不易形成水流死角不需要采取搅拌措施，以促进冰的均匀融化缺点空调回水与冰间有很薄的水层，融冰换热热阻较大多采用细管、薄冰层蓄冰47内融冰与外融冰的比较外融冰方式：空调回水直接送入盘管表面结有冰层的蓄冰水槽，使盘管表面上的冰层自外向内逐渐融化，故称外融冰。空调回水与冰直接接触，换热效果好，取冷快，来自蓄冰槽的供水温度可低达1℃左右。空调用冷水直接来自蓄冰槽，故可不需要二次换热装置。为了使外融冰系统能达到快速融冰放冷，蓄冰槽内水的空间应占一半，也就是说蓄冰槽的蓄冰率（IPF）不大于50%，故蓄冰槽容积较大。（矿泉水瓶中的冰块）由于盘管外表面冻结的冰层不均匀，易形成水流死角，而使冰槽局部形成永不融化的冰层，故需采取搅拌措施，以促进冰的均匀融化。48内融冰与外融冰的比较内融冰方式。来自用户或二次换热装置的温度较高的载冷剂（或制冷剂）仍在盘管内循环，通过盘管表面将热量传递给冰层，使盘管外表面的冰层自内向外逐渐融化进行取冷，故称为内融冰方式。冰层自内向外融化时，由于在盘管表面与冰层之间形成薄的水层，其导热系统仅为冰的25%左右，故融冰换热热阻较大，影响取冷速率。为了解决此问题，目前多采用细管、薄冰层蓄冰。492.封装式蓄冰装置

将蓄冷介质封装在球形或板形小容器内，并将许多这样的小蓄冷容器密集地放置在载冷剂槽内，形成封装式蓄冰装置。工作原理：载冷剂在小容器外流动，将容器内的蓄冷介质冻结蓄冷，取冷时载冷剂在小容器外流动，将容器内的蓄冷介质融冻取冷。蓄冷介质：冰或其它相变材料（共晶盐）如五水硫酸钠等。

50冰球制冰与融冰的工作过程制冰过程密封球体内的结冰过程适是伴随有相变的导热与自然对流的复杂换热过程，而且在实际应用中又是许多球体堆集在一个圆柱形蓄冷罐内，载冷剂从球间流过，球体也有可能在一定范围内自由移动，因此，冰球的蓄冷冷结是很复杂的三维传热问题。融冰过程相对冻结过程，冰球的融冰过程更加复杂一些，因为融冰过程球中的冰块是活动的，在发生相变的同时，冰块受浮力作用上下浮动，固液相界面条件非常复杂。冰球蓄冷的特点在蓄冰槽，因外部形状均匀，水流阻力最小，且均匀吸放热没有热传死角。球体外部为均匀为圆球体机械，强度最大，适合大型储冰传统使用。尤其不冻结液更换时冰球不因堆集，而挤压破裂或变形。圆球式设计于储冰槽内存放密度最高，储冰容积最大，相同储存冷量是圆球式所需储冰槽最小。52版权所有SINOBARON2002立式常压的蓄冰槽–每个的蓄冰量为1000冷吨小时53版权所有SINOBARON2002蓄冷–制冰过程释冷–融冰过程蓄冰槽停用时，与常规空调相同简化的系统运行示意图（只包含制冷主机、蓄冰槽和乙二醇泵）54版权所有SINOBARON2002水平埋入式承压蓄冰槽（吊装中）55版权所有SINOBARON2002水平承压槽-每个蓄冰槽蓄冰量2,500冷吨小时56版权所有SINOBARON2002已经完成的工程–埋入地下的蓄冰槽–只有人孔可见57版权所有SINOBARON2002立式承压蓄冰槽-最小的占用地面面积，满足用户最低的高度要求58版权所有SINOBARON2002经过包装美化后的蓄冰槽体---麦道飞机公司工厂用以冷却飞机引擎59版权所有SINOBARON2002在大学校园的应用1600冷吨小时199660版权所有SINOBARON2002在蓄冰量为10,000冷吨小时的钢筋混凝土蓄冰槽中进行施工61版权所有SINOBARON2002也可以设计体积很小的长方体蓄冰槽，适应特殊的场所钢制长方体蓄冰槽-蓄冰量800冷吨小时62版权所有SINOBARON2002Cryogel

蓄冰球应用于特殊负荷状态工程洛杉矶机场(LAX)三藩市机场(SFO)和其他5个美国大型机场每个蓄能槽1,000冷吨63版权所有SINOBARON2002Cryogel

蓄冰球将已有的罐体改造为蓄冰槽应用于芝加哥市府大楼满足增加的负荷总蓄冷量1,000到20,000冷吨小时64版权所有SINOBARON2002别误会！这仅仅为了广告宣传！从1986年至今，已经有1.8亿个Cryogel蓄冰球应用于美国和欧洲.我们的冰球工厂设在洛杉矶郊区653.片冰滑落式蓄冰装置：上述两种蓄冰装置其蓄冰层或冰球系一次冻结完成，故称为静态蓄冰。蓄冰时，冰层冻结的越厚，制冷机的蒸发温度越低，性能系数也越低。如果控制冻结冰层的厚度，每次仅冻结薄层片冰，而进行高运转率地反复快速制冷，则可提高制冷机的蒸发温度（约-4～-8℃），比采用冰盘管时提高2～3℃。片冰滑落式蓄冰装置就是在制冷机的板式蒸发器表面上不断冻结薄片冰，然后滑落至蓄冰水槽内，进行蓄冷，此种方法又称为动态制冰。663.片冰滑落式蓄冰装置：制冰蓄冷融冰取冷673.片冰滑落式蓄冰装置：蓄冰过程。通过水泵将蓄冰水槽的水自上向下喷洒在制冷机的板状蒸发器表面，使其冻结成薄冰层。当冰层厚度达到3～6mm时，通过制冰机上的四通换向阀，将高温气态制冷剂通入蒸发器，使与蒸发器板面接触的冰融化，则片冰靠自重滑落至蓄冰水槽内，如此反复进行“冻结”和“取冰”过程。蓄冰水槽的蓄冰率为40～50%。取冷过程。空调回水仍可自上向下地喷洒在制冷机的板状蒸发器表面，或向蓄冰水槽均匀送入空调回水。片冰滑落式蓄冰装置，取冷供水温度低，融冰放冷速率极快，特别适合尖峰用冷。但该种蓄冰装置初投资较高，而且需要层高较高的机房。684.冰晶式蓄冰装置冰晶式蓄冰装置也属于动态制冰，它是通过冰晶制冷机将低浓度的乙烯乙二醇水溶液冷却至低于0℃，然后，将此状态的过冷水溶液送入蓄冰水槽，溶液中即可分解出0℃的冰晶。举例：这种过程犹如自然界降过冷态的雨，着地立即形成“雨冰”；又如冬季凌晨过冷状态的雾与树木接触，在其上形成冰层，即所谓“树挂”、“雾凇”。如果过冷温度为-2℃，即可产生2.5%的直径约100微米的冰晶。由于单颗粒冰晶十分细小，冰晶在蓄冰水槽中分布十分均匀，水槽蓄冰率约50%。结晶化的溶液可用泵直接输送。

69三、空调蓄冷系统水蓄冷系统为例：1.优点：投资小，运行可靠，运行温度（蒸发温度）高，运行效率高，有利于提高现有空调冷系统的制冷能力，而且蓄冷水池可兼做消防水池。2.缺点：单位体积蓄冷量小，蓄冷池体积大，冷损失大。3.蓄冷水池系统的主要技术问题：

保持热回水与储存的冷水处于分离状态，即避免冷热水的混合！

通常有几种方案可供选择：隔膜或隔板式、复合水槽式、迷宫式、水分层式。水槽可用钢筋混凝土或钢板制作，也可单建蓄冷水槽或利用消防水池等。

70三、空调蓄冷系统71三、空调蓄冷系统水蓄冷系统为例：4.蓄冷水池分层技术原理：利用冷热水的密度差，通过良好的水流分布措施，使冷热水分层储存，避免紊流研究结果表明，4～60C的冷水密度较大，温度再低变化不大，温度高到60C以上一直到130C之间密度较小，因此只要没有强烈紊流，在水池中可形成图示的状态。72三、空调蓄冷系统73三、空调蓄冷系统745.水蓄冷系统

下图是一个水蓄冷系统，有四种运行工况，即蓄冷工况、蓄冷池供冷工况、冷冻机供冷工况、冷冻机与蓄冷水池同时供冷工况。

75工况冷冻机P1P2P3V1v2V3V4v5V6蓄冷开关开关关开关开关关冷冻机供冷开开关关开关开关关关蓄冷池供冷关关关开关关关关调节调节冷冻机与蓄冷水池同时供冷开开关开开关开关调节调节蓄冷工况表76四、冰蓄冷系统的形式冰蓄冷系统的制冷主机和蓄冷装置所组成的管道系统可以分为并联系统和串联系统两种。对于冰蓄冷系统来说，必须考虑一个问题，就是夜间（即电力低谷期）需要不需要供冷？所需供冷量占所需最大供冷量的百分比？

对于宾馆、饭店等商用建筑，夏季夜间仍需要一定数量的供冷量。由于夜间是蓄冷时间，制冷机需要产生用于蓄冰的0℃以下的低温水，如果同时有空调供冷要求，则需将0℃以下的载冷液经换热器供出约7℃的空调用冷水，这样，制冷系统运行效率低。为了提高运行经济性，应设基载冷水机组，直接供应7℃左右的冷水，以保证夜间或蓄冰时期空调所需冷量。如果夜间建筑所需供冷量很少，也不宜设置基载冷水机组，可由蓄冰用低温载冷液负责承担。77并联系统78并联系统

工况阀V1阀V2阀V3阀V4阀V5制冷机水温蓄冰槽水温供水回水供水回水蓄冰关关开关开－5.0-1.7制冷机供冷开关关关关

5.610.6蓄冰槽供冷关开关调节调节5.610.6制冷机与蓄冰槽同时供冷开开关调节调节