建筑节能原理与技术(6)-空调系统

建筑节能原理与技术(6)—空调系统第一页，共22页。第5章空气处理系统节能技术冷热源制取的冷量、热量通过输配系统传至空气处理系统，最终与被处理空气进行冷、热交换。因此，空气处理方式和空气处理系统的节能对建筑节能有根本性的影响。5.1蒸发冷却空调节能技术蒸发冷却空调技术是一种绿色空调，以水作制冷剂替代传统制冷剂-氟利昂，可减少温室气体的排放以及对大气臭氧层的破坏；并且有效地利用天然能源改善室内空气品质。特点：环保、节能及较高COP第二页，共22页。5.1.1蒸发冷却技术的原理及分类原理：利用不饱和的空气与水接触，利用水蒸发吸热的原理获得低温的冷水或冷风。分类：直接蒸发冷却（简称DEC)：利用循环水直接喷淋未饱和湿空气形成的增湿、降温、等焓过程称为直接蒸发冷却。间接蒸发冷却(简称IEC)：利用DEC处理后的空气(二次空气)或水，通过换热器冷却另外一股空气(一次空气)，其中一次空气不与水接触，其含湿量不变，这种等湿冷却过程称为间接蒸发冷却。第三页，共22页。直接一间接蒸发冷却：由上述两种方法的联合而成，即由两级组成，第一级为间接蒸发冷却器，经间接蒸发冷却后的一次空气再送入直接蒸发冷却器进行等焓加湿冷却。（1）直接蒸发冷却原理：空气与雾化的水直接接触，由于水的蒸发，空气和水的温度都降低，而空气的含湿量有所增加，使用加湿后的空气对房间进行空调或降温。适合地区：在空气比较干燥的地区，如我国西北地区，加湿也正好符合需要，因为过低的相对湿度也会引起许多疾病。第四页，共22页。图1直接蒸发冷却装置原理图

图2直接蒸发冷却i—d图表示该过程要在冷却塔、喷水室或其他绝热加湿设备内实现，其装置原理如下图1所示，对应的蒸发冷却过程的i～d图如下图2。由图2可知，状态①的室外空气在接触式换热器内与水进行热湿交换后，温度下降，含湿量增加，沿绝热线变到状态②，温度由T1下降到T2。第五页，共22页。（2）间接蒸发冷却原理：将直接蒸发冷却得到的湿空气或循环水的冷量，通过非直接接触式换热器传递给待处理的空气，实现空气的等湿降温。间接蒸发冷却是通过各种类型换热器来实现的，其主要类型有管束式、板式、热管式等形式。间接蒸发冷却的两种形式：①将一部分空气进行直接蒸发冷却处理后，使其（二次空气）温度降低，再将这部分空气经过热交换器冷却需要处理的另一部分空气（一次空气），进行减湿降温处理，一次空气送至室内，二次空气排出室外；第六页，共22页。②将水直接喷淋在间壁式换热器的二次空气侧，使之进行直接蒸发吸热，需要处理的一次空气流经换热器的另一侧，实现等湿降温。（a）间接蒸发冷水机组原理图（b）冷却过程在焓湿图上的表示1-空气-水逆流换热器；2-空气-水直接接触逆流换热器；3-循环水泵；4-风机；图5-3间接蒸发冷水机组原理图第七页，共22页。上图为间接蒸发冷却器的原理图，状态为O的空气从进风口进入空气冷却器1，被从塔底部流出的冷水冷却到A状态，之后进入塔的尾部喷雾区和B状态的冷水进行充分热、湿交换后，近似等焓过程到达接近饱和的状态。在排风的作用下，空气进一步沿塔内填料层上升，上升过程中与顶部淋水逆流接触，沿饱和线升至C后排出。塔部分的热湿交换过程同时产生B状态的冷水，一部分进入空气冷却器冷却进口空气，一部分输出到用户，两部分回水混合到塔部分喷淋产生冷水，完成水侧循环。第八页，共22页。5.1.3蒸发冷却空调系统的设计原则（1）蒸发冷却技术的适宜性蒸发冷却技术有广泛的应用空间，但也同时存在自身的不足，如：受气候环境因素的制约、缺乏除湿功能等。（2）满足室内舒适度的要求。1)

由于蒸发冷却空调系统的送风量较传统空调系统的送风量大，风感较强。一般在相同舒适条件下，室内空气设计干球温度的设定值可以高于传统参数的设定值。

2)

正确地确定蒸发冷却的级数，合理控制送风除湿能力，以满足室内的相对湿度。第九页，共22页。3)

蒸发冷却空调系统的换气次数较大，空气品质好，合理的气流组织(如：下送风、置换通风等)会带来更舒适的空气环境；

4)

蒸发冷却系统的室外空气采集口(进风口)是决定室内空气品质的重要因素。（3）设计参数的选择（4）水资源条件设计时要考虑地区的水资源条件，保证用水质量。系统设计时要明确定期对水质的管理和系统的维护，以便更好的控制蒸发冷却水系统的硬度，减少水垢的产生。第十页，共22页。5.2温湿度独立控制空调系统该系统在国外称为独立新风系统（dedicatedoutdoorairsystem），简称DOAS系统。基本原理：只将新风独立处理到较低的温度（7℃左右），让新风承担室内全部的湿负荷和部分或全部的显热负荷，其余的负荷由室内的干工况设备来承担。特点：室内没有凝结水的出现，无需凝结水盘和凝结水管路，除去了霉菌等细菌滋生的环境，改善了室内空气品质。第十一页，共22页。与传统空调系统相比较具有的适用性：

很好的解决最近几年在建筑物中出现的一系列问题：①传统空调方式热湿混合处理引起的能质不匹配和能量浪费问题；②9·11事件引发的建筑物室内环境的安全性问题；③ASHRAE标准62新版公布引发的新风问题；④室内高相对湿度引起的室内空气品质问题；⑤欧洲空调技术(辐射吊顶、置换通风等)在北美应用推广问题等。第十二页，共22页。5.2.2

温湿度独立控制空调系统的工作原理与组成图5-4温湿度独立控制空调系统第十三页，共22页。与传统空调系统相比具有的优越性：1）采用温度与湿度两套独立的空调控制系统，分别控制、调节室内的温度与湿度，从而避免了常规系统中温、湿度联合处理所带来的能源浪费和空气品质的降低；2）由新风来调节湿度，显热末端调节温度，可满足不同房间热湿比不同的变换要求，克服了常规空调系统中难以同时满足温、湿度参数的要求，避免了室内湿度过高（或过低）的现象。第十四页，共22页。5.3.5温湿度独立控制空调系统的能效分析传统空调方式的热湿联合处理的空调方式造成了能源的浪费和能质的不匹配，而温湿度独立控制空调系统则通过热湿分别处理较好的解决这些问题：①避免了热湿联合处理的能源浪费和能质的不匹配；②适应热湿比的变化，降低了空气处理过程的能耗；③改善了室内空气品质，避免了“病态建筑综合症”；④改善室内末端送风的气流组织；⑤降低输配能耗；⑥实现高效蓄能，解决热电联供和分布式能源系统的能量平衡问题；⑦可以进一步实现太阳能利用与建筑一体化。第十五页，共22页。5.3毛细管平面辐射空调系统5.3.1毛细管平面辐射空调系统的组成及工作原理（1）组成由辐射供冷供热末端系统、新风系统和冷热源三部分组成。毛细管辐射空调方式将室内空气品质与热环境分开考虑，空调新风系统保证室内的空气品质，毛细管辐射空调系统维持室内的热环境。第十六页，共22页。

1）辐射供冷供热末端系统毛细管平面辐射空调系统与常规空调系统的本质性区别是其末端系统—毛细管网组成的毛细管式辐射板。毛细管网原料是PP-R（无规共聚聚丙烯），是整个系统中最具特色的部分。（a）（b）（c）图5-5毛细管席的三种产品形式第十七页，共22页。2）新风系统采用独立新风系统，主要用来保证室内的空气品质及相对湿度，处理室内的潜热负荷（湿负荷），通过调整送风参数，新风系统同样可以负担室内的部分显热负荷。3）冷热源可利用高温冷源和低温热源，实现低品质能量的利用，引发了空调系统从热源到末端系统的根本性变革，这是其对于建筑节能最大的贡献。该空调系统可直接或间接利用各种工业余热、太阳能、地下水或其他低温能源，节约煤、油、气等有限的不可再生资源，并能减少废气、废物排放，减轻环境污染。第十八页，共22页。毛细管平面辐射空调系统工作原理图(2)毛细管平面辐射空调系统的工作原理以下送上回式的送风方式的毛细管平面辐射空调为例来说明其工作原理：第十九页，共22页。（3）毛细管平面辐射空调系统的优点①冬季循环热媒水温在28℃～32℃之间，夏季冷媒水温在18℃～20℃之间，可直接或以热泵间接利用各种工业余热、太阳能、天然温泉水或其它低温能源,，节约不可再生资源，并能减少废气、废物排放，保护环境。②毛细管平面辐射空调单位面积供热和制冷效率均高于普通的混凝土埋管方式的辐射顶板，可实现快速制冷供热，克服后者调解慢的问题，另外由于交换面积大，室内温度非常均匀，能有效解决传统空调在大房间出现温度死角的问题。总结：1）环境优雅；2）提高室内环境的舒适度；3）节能、环保。第二十页，共22页。(2)设计与应用中注意的问题

1）防止冷辐射表面凝露；利用新风控制室内露点温度始终低于冷辐射表面