结合冰蓄冷技术的低温送风变风量空调

中国设计师网2011杭州站结合冰蓄冷技术的低温送风变风量空调

热舒适性与能耗研究2024年2月4日浙江省建筑设计研究院报告人：孙涛浙江省建筑节能资金补助研究项目项目委托单位： 浙江省住房和城乡建设厅项目承担单位： 浙江省建筑设计研究院完成单位： 浙江省建筑设计研究院 杭州华电华源环境工程有限公司 杭州龙华设备安装实业有限公司 西子联合控股有限责任公司报告主要内容研究背景和意义工程案例概况冰蓄冷优化控制及能耗测试低温送风热舒适性评价与优化低温送风优化与能耗测试总结第一篇背景和意义课题研究背景和意义低温送风技术：低温送风空调通常按送风温度的高低可分为三大类：第一类 送风温度范围为4~6℃；第二类 送风温度范围为6~8℃；第三类 送风温度范围为9~12℃；本项目研究的低温送风为第二类低温送风系统。此类低温送风技术可以充分利用冰蓄冷系统提供的＜5℃的低温冷冻水，从而大大提高冰蓄冷系统的整体效能。课题研究背景和意义低温送风技术优点：降低末端机电设备配套费用；降低了楼层高度要求；用较低的室内湿度提高热舒适；减少风机的电耗与电力需求；利用低温送风改造既有建筑提高现有送风系统的供冷能力。课题研究背景和意义空调蓄冷技术的意义：利用夜间制冷白天释冷的空调技术转移制冷机组用电时间，起到转移电力高峰期用电负荷的作用。减少电网负荷和提高发电效率。课题研究背景和意义冰蓄冷和低温送风空调技术在我国已经有15-20年的应用史，据不完全统计至今已有建成投入运行和正在施工的工程蓄冷工程共计794个，其中冰蓄冷空调工程有681项。我国冰蓄冷的应用与走在前列的日本（项目近1万例）、美国相比，差距仍然十分巨大，与其他发达国家的差距也十分明显。与此同时采用低温送风空调的工程实际案例更少。课题研究背景和意义推广冰蓄冷和低温送风空调技术存在的问题：对冰蓄冷和低温送风空调实际能效缺乏客观评价数据；对已经使用冰蓄冷供冷的系统仍然采用常规的空调末端；低温送风空调关键的设计、产品制造、调试技术缺乏自主性，未形成有规模完整的产业体系，导致商业成本偏高。案例工程概况-西子联合大厦西子联合大厦位于杭州市钱江新城，纯办公楼。总建筑面积37475㎡。该建设项目获2008年住建部和美国能源基金会“绿色建筑十佳设计方案”。列为浙江省、杭州市建筑节能示范项目、住建部绿色建筑与低能耗建筑“双百示范工程”。设计标准：中国绿色建筑三星认证和美国LEED金奖认证。案例工程概况-西子联合大厦杭州日报2010-10-14对西子联合大厦报道：……走进会议室，不用按开关，屋内就会徐徐亮起来。原来是LED节能灯通过散光板，洒下明亮柔和的灯光。这看起来很普通的灯光，就是LED节能灯，比一般的日光灯节能约50％左右。像这样的LED节能灯，整幢大楼约有2000多盏。

要是天气热的话，空调也会送来徐徐轻风。墙壁上安装了敏感的红外感应器，这也是空调系统的智能控制系统，可根据人流量和室内温度的变化进行自动控制。拉开窗帘，感应到屋外阳光后，一排窗边灯缓缓熄灭。走出房间没多久，灯和空调均自动关闭。

电梯装置了能量回馈装置,四部电梯每个月发电大约有3000多度，每部电梯每天的发电量可以供大厦办公室的一盏LED照明灯使用100多天。案例工程概况-西子联合大厦中央空调为冰蓄冷系统，采用主机上游串联单循环回路内融冰流程，空调水侧供回水温度3.8/12.8℃，循环温差9℃。末端为低温送风单风道变风量系统，送风口采用国产诱导型低温射流送风风口。新风排风采用转轮式全热交换西子联合大厦-蓄冰系统流程

冷水机组

蓄冰装置末端负荷板式热交换器2.8oC3.8ºC12.8ºC

案例工程概况-杭州银行大楼中央空调为冰蓄冷系统，采用主机上游串联双循环回路内融冰流程，空调水侧供回水温度3.8/12.0℃，循环温差8.2℃。末端为低温送风单风道变风量系统，送风口采用国产诱导型低温射流送风风口。杭州银行蓄冰工程简化流程图第二篇冰蓄冷空调优化与能耗冰蓄冷空调优化运行与能耗研究内容：不完全冻结式纳米导热蓄冰盘管性能测试蓄冰系统优化控制和经济运行策略分析不同运行策略能耗对比测试纳米导热蓄冰盘管蓄冰融冰性能实测融冰出口出口温度Ti2在2.1℃～3.3℃之间，出口平均温度为2.7℃。图3-1制冰过程进出口温度及累计蓄冰量图3-2制冰过程主机出口温度及小时制冰量图3-3融冰过程进出口温度及剩余冰量冰蓄冷融冰策略优化研究传统融冰优先控制模式融冰供冷蓄冰主机供冷冰蓄冷融冰策略优化研究 优化控制目的：充分利用蓄冰盘管高速融冰特点，通过负荷预测软件预测出次日的负荷分布，并由系统优化控制软件自动分配冰量、设定主机和水泵开启开台数以及主机出口温度，并根据实际负荷变化动态调整系统参数设置。由此实现经济和节能运行。冰蓄冷融冰策略优化优化研究测试时间：2010-8-25；室外最高温度：35.1℃，相对湿度：48%，总蓄冰量：2785.86RTh。预测总负荷：6008RTh实际总负荷：5707RTh两者的相对误差为5%，绝对误差为301RTh，预测空调负荷基本和实际建筑负荷相近。优化控制软件界面与负荷预测结果检验冰蓄冷融冰策略优化研究杭州银行办公楼用电费用分段表时段分类时段分类电价尖峰时段19:00—21:001.329元/kWh高峰时段8:00—11:0013:00—19:0021:00—22:001.036元/kWh低谷时段11:00—13:0022:00—8:000.39元/kWh冰蓄冷融冰策略优化研究

优化控制与融冰优先控制模式性能对比测试冰蓄冷融冰策略优化模式 优化运行策略对比优化控制运行实际负荷分配图融冰优先控制实际负荷分配图冰蓄冷融冰策略优化研究 测试条件：测试日气温与空调负荷优化控制测试日冷负荷5707.2RTh融冰优先控制测试日冷负荷5111.5RTh冰蓄冷融冰策略优化研究 运行逐时耗电量对比测试优化控制模式机房电力消耗图融冰优先模式机房电力消耗图冰蓄冷融冰策略优化研究 运行电费对比冰蓄冷系统能效研究

冰蓄冷空调与常规方式将耗费更多的电能这是业内共识。但是结合发电和输配效率，蓄冰是否节能节能一直没有答案。本项目试图结合测试和计算来给出初步的答案。冰蓄冷系统能效研究方法：利用冰蓄冷空调测试所得逐时负荷，复原到常规空调系统计算主机房系统能耗，然后对比。《浙江省大型公共建筑能耗测评标准DB33/1070-2010》冰蓄冷系统能效研究常规空调系统主机配置制冷量为380RT机组3台，冷冻水泵3台，每台功率37kW，冷却水泵3台，每台功率37kW，冷却塔3台，每台功率15kW；主机效率取值与蓄冰系统相同；夜间电耗按0.6电耗折算。计算采用的主机能效图冰蓄冷系统能效研究时间冰蓄冷常规空调冰蓄冷常规空调实际耗电量(kWh)计算耗电量(kWh)总耗电量(kWh)电费(元)电费（元）1:00625.8375.5024402:00565.3339.20220.503:00580.4348.20226.404:00565.3339.20220.505:00545.1327.10212.606:00570.3342.20222.407:00560.2336.10218.508:00000009:00345345717.6357.4743.510:007575691.577.7716.411:009090692.993.2717.912:00615369656240679.613:00675405674.6263698.914:007575700.977.7726.115:00330330696341.972116:00660660668.3683.8692.417:00660660672.2683.8696.4合计7537.45416.56170.14383.46392.2节省率耗电节省12.2%基准值运行费用节省31%基准值冰蓄冷系统研究小结纳米导热复合盘管蓄冰融冰性能符合低温送风技术要求能耗和运行费：工况 能耗节省率 电费节省率优化控制蓄冰 6.40% 14.60%传统融冰优先 0 0

优化控制蓄冰 4-12.2% 31%常规空调 0 0冰蓄冷系统经优化后至少较常规空调削除峰值用电负荷64%。考虑到全制冷季，部分技术经济指标可望优于上述数据。第三篇变风量低温送风热舒适性变风量低温送风热舒适性与优化西子联合大厦标准层：建筑面积1100平方米总送风量13000立方米/时主送风管800x320每个柱网送风管320x250风口支管D160设计送风温度8℃

变风量低温送风热舒适性与优化研究内容和方法：截取西子联合大厦西侧一办公区为研究对象，通过数值分析，对比变风量低温送风系统和风机盘管系统的热舒适性。变风量低温送风口模型 常规风机盘管风口模型变风量低温送风热舒适性与优化

变风量低温送风热舒适性与优化场景编号送风方式房间空调负荷空调负荷率总设计送风量送风温度回风温度W%m³/h℃℃1-1低温送风7554.210012009271-2低温送风5665.7759009271-3低温送风3777.1506009271-4低温送风1888.6253009272-1风机盘管7554.2100201216272-2风机盘管5665.775150916272-3风机盘管3777.150100616272-4风机盘管1888.6255031627低温送风变风量热舒适性与优化

气流分布特性：变风量低温送风与风机盘管在100%-25%负荷率对比：

对于本章所研究低温风口及布置方式，其在变风量工况下使用时的气流贴附性，要优于对比模型中所使用的散流器送风口。低温送风变风量热舒适性与优化

气流分布特性：变风量低温送风与风机盘管在100%-25%负荷率对比：低温变风量送风系统与常温散流器风机盘管系统相比，能更好地避免因气流碰撞导至局部风速过高的问题。气流组织评价方法实验证明体感温度与测试点干球温度

、风速

有如下关系：

空气分布特性指标(ADPI)

反映室内气流和温度对人员舒适性影响的指标。 ADPI=100%当为最佳，达到80%时已表示气流分布达

到目的。

低温送风变风量热舒适性与优化

工作区气流分布指数ADPI：从工作区总体来讲，不管是采用射流型低温风口送风，还是常规散流器送风，都可达到较均匀的空气分布，且二者间无显著差异。低温送风变风量热舒适性与优化

场景编号场影描述ADPI值低温送风系统风机盘管系统1-1/2-1100%风量负荷率97.3%92.9%1-2/2-275%风量负荷率97.1%93.2%1-3/2-350%风量负荷率97.2%95.5%1-4/2-425%风量负荷率84.3%87.9%热舒适性评价方法

-预计平均热感觉指数PMV（predictedmeanvote）：PMV=0表示人体热感觉处于“中性”状态PMV与预期不满意率

低温送风变风量热舒适性与优化

低温送风变风量热舒适性与优化

PMV特性对比：变风量低温送风与风机盘管在100%-75%负荷率对比低温送风变风量热舒适性与优化

PMV特性对比：变风量低温送风与风机盘管在50%-25%负荷率对比低温送风变风量热舒适性与优化

场景场景描述加权平均|PMV|-0.5~0.5的点占整个工作区的比例-1~1的点占整个工作区的比例1-1低温100%0.2293.00%100.00%1-2低温75%0.2095.70%100.00%1-3低温50%0.2295.60%100.00%1-4低温25%0.4473.50%100.00%2-1散流器100%0.5736.20%96.52%2-2散流器75%0.4854.67%96.74%2-3散流器50%0.4564.49%96.75%2-4散流器25%0.930.04%74.36%PMV特性汇总：

与常规散流器风机盘管系统相比，低温送风系统可实现让人更加满意的空调效果。为获得与风机盘管送风有同样冷热感，低温送风可投入较少的冷气量，因此从这一角度看低温送风有利于降低空调能耗。风口凝露风险分析：本研究仅考察房间热平衡时的风口凝露风险为简化描述，我们定义凝露风险指数：Dp=房间露点温度-当前点计算温度风险指数正值越大，则表示该位置处越容易产生凝露现象，而当指数小于0时，表示该计算点不会发生凝露。低温送风变风量热舒适性与优化

风口凝露风险分析：低温送风变风量热舒适性与优化

低温送风25%负荷工况低温送风100%负荷工况风机盘管25%负荷工况风机盘管100%负荷工况蓝绿色——不会凝露黄橙色——凝露可能图示表明：与散流器送风系统相比，稳态运行阶段阶段低温送风系统凝露风险更低！第四篇低温送风变风量空调能耗测试研究内容： 影响低温送风变风量节能性的关键性设计及运行指标。 以西子联合大厦低温送风变风量系统为主要研究对象。评价方法：

与常规变风量空调系统的水、风输配系统的能耗做对比测试分析。第四篇低温送风变风量空调能耗测试

研究内容： 影响低温送风变风量节能性的关键性设计及运行指标。 以西子联合大厦低温送风变风量系统为主要研究对象。评价方法：

与常规变风量空调系统的水、风输配系统的能耗做对比测试分析。低温送风变风量空调能耗测试

在本项目研究中，我们将引入两个指标用于判断空调末端系统的能效和能耗：1）空气侧的单位冷量输送能效ε： ε=空气输送能耗/空气输送的冷热量2）单位建筑面积的冷（热）量消耗(W/㎡) 通过测量空气处理机水侧冷热量计获得低温送风变风量空调能耗测试

空气输送能耗与耗冷量对比图低温送风变风量空调能耗测试

低温送风变风量常规送风变风量定风量低温送风变风量空调能耗测试空气输送能耗对比实例工程系统形式冷量输送能效W/W实例一西子联合低温送风变风量0.0123实例二宁波万华常规定风量0.105实例三宁波万华常规变风量0.0392低温送风变风量空调能耗测