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14种冷热源及空调系统特点介绍(一)
2016-12-28  来源:网络    发布者:小A

一、常规电制冷空调系统

目前使用较多的空调形式,经过一个多世纪的发展,制冷主机的形式多种多样,具有制冷效率高等的优点,它有如下特点:

优点:

1)系统简单,占地比其他形式的稍小。

2)效率高,COP(制冷效率)一般大于5.3。

3)设备投资相对于其它系统少。

不足之处:

1)冷水机组的数量与容量较大,相应的其他用电设备数量、容量也增加,运动设备的增加加大了维护、维修工作量。

2)总用电负荷大,增加了变压器配电容量与配电设施费。

3)所使用电量均为高峰电,不享受峰谷电价政策,运行费用高。

4)在拉闸限电时出现空调不能使用的状况。2003、2004年夏季空调主机减半运行,造成大部分中央空调达不到效果。

5)运行方式不灵活,在过渡季节、节假日或休息时间个别区域供冷,需要开主机运行,形成大马拉小车,浪费了机组的配置能力,增加了运行费用。

6)对于大型区域供冷系统较难实现较好的供冷(供水温度不能降低),管网的投资大、输送能耗高、空调品质差。

二、冰蓄冷空调系统

冰蓄冷空调是在常规水冷冷水机组系统的基础上减小制冷主机容量增加蓄冰装置,利用夜间低谷低价电力时段将冷量通过冰的形式储存起来,白天需要供冷时释放出来。该技术在二十世纪30年代开始应用于美国,在70年代能源危机中得到发达国家的大力发展。从美国、日本、韩国、台湾等较发达的国家和地区的发展情况来看,冰蓄冷已经成为中央空调的发展方向。比如,韩国明令超过2000㎡建筑,必须采用冰蓄冷或煤气空调,日本超过5000㎡的建筑物,就在设计时考虑采用冰蓄冷空调系统。很多国家都采取了奖励措施来推广这种技术,比如韩国转移1KW高峰电力,一次性奖励2000美元,美国一次性奖励500美元,等等。

中国也加大对蓄能技术的推广力度,国家计委和经贸委特地下达《节约用电管理办法》,要求各单位推广蓄能技术,并逐步加大峰谷电差价。全国采用蓄能技术的空调系统大幅度增加,2001年10月举办APEC会议的10万㎡的上海科技城、浙江大学紫金港新校区13万㎡、广州大学城500万㎡等大型建筑采用的就是冰蓄冷空调系统。

冰蓄冷中央空调代表当今世界中央空调的先进水平,预示着中央空调的发展方向,有如下特点:

优点:

1)减少冷水机组容量(降低主机一次性投资),总用电负荷少,减少变压器配电容量与配电设施费。

2)冷主机制冷效率高(COP大于5.3),同时利用峰谷荷电价差,大大减少空调年运行费,可节约运行费用35%以上(与热泵和溴化锂空调形式比可以节约40%以上)。

3)减少建筑的配电容量,节约变配电的投资,节约约30%(空调的配电投资);免双线路的高可靠性费用,节约投资。

4)使用灵活,部分区域使用空调可由融冰提供,不用开主机,节能效果明显。

5)可以为较小的负荷(如只用个别办公室)融冰定量供冷,而无需开主机。

6)在过渡季节,可以融冰定量供冷,而无需开主机,不会出现大马拉小车的状况,运行更合理,费用节约明显。

7)具有应急功能,提高空调系统的可靠性。在拉闸限电时更能显示其优势:只要具备带动水泵的电力(如发电机发电、限电减电力供电)就能够融冰供冷,不会出现空调不能使用的状况(2003、2004年夏季空调主机减半运行,造成大部分中央空调达不到效果,只有冰蓄冷空调的效果没有受到影响)。

8)制冷温度低而稳定,空调效果佳,提高大楼的舒适性和品位。

9)有低温冷源制冷速度快,上班前启动时间短。上班前启动时间越长,则空调无效运行越多,无谓的浪费越大。

10)作为驱动能源,清洁、环保、稳定、简单可靠,且峰谷电差价在不久的将来势必会更优惠(周边省份在去年均已大幅优惠,国外的峰谷差更大)。

11)对于大型多建筑区域供冷,可以低温供水,降低送水能耗、减少管网投资;同时与每一建筑一个供冷站的形式比可以节约投资、减少管理费用、减少机房面积。(如广州大学城500万㎡,浙江大学紫金港新校区13万㎡、杭州商学院10万㎡,杭州市民中心58万㎡等)

12)可以为末端提供低温冷冻水,降低末端的投资;加强除湿能力,大幅提高空调舒适性;如果采用低温送风系统,更是可以节约末端的风机能耗、提高空调品质、减少风管的尺寸和投资。

13)空调系统智能化程度高,可以实现系统的全自动运行,而且具备与大楼的BAS接口,是目前世界上最先进的空调系统。

不足之处:

1)如果主机和蓄冰装置等设备均布置于冷冻机房内,蓄冰装置需要占用一定的空间(解决办法:可以埋在绿化带下、布置在汽车坡道下等无用空间)。

2)机房设备投资比常规水冷电制冷和溴化锂机组系统稍高。

3)冰蓄冷只能夏天供冷,需要供热系统(可以采用热网换热采暖,热网容量远低于溴化锂机组所需,只有50%左右容量)。

三、水源热泵空调系统

1、属于可再生能源利用技术

水源热泵是具备了利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体,包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的集热器,收集了47%的太阳辐射能量,比人类每年利用能量的500倍还多(地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量),而且是一个巨大的动态能量平衡系统,地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散地相对地均衡。这使得利用储存于其中地近乎无限地或地能成为可能。所以说,水源热泵利用的是清洁的可再生能源地一种技术。

2、便于计量和收费

空调用电负荷在用户位置,因此便于空调的计量与收费。这对于用户合理使用空调系统,节约空调系统的能耗,公平、公正、公开地摊派空调运行管理是很有利的。

3、运行安全可靠

水源热泵机组的空调系统是可以基本保证全年按用户的需要开启空调系统,特别是春秋空调过渡季节均能运行,也就相当于四管制空调系统。一般,水源热泵供、回水的温度一年四季相对稳定,其波动的范围远远小于空气的变动。夏季水体作为空调的冷源,冬季作为空调的热源,水体温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠、稳定,也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

4、高效节能

水源热泵机组可利用的环境水体温度冬季为12-22℃,水体温度比环境空气温度高,所以热泵循环的蒸发温度提高,能效比也提高。而夏季水体为18-35℃,水体温度比环境温度低,所以制冷的冷凝温度降低,机组效率提高。

5、灵活应用

有的建筑物内,特别在过渡季节,部分区域需要供冷,部分区域需要供热,水源热泵可以同时供冷和供热,可以实现建筑内冷热量的转移和平衡,从而系统少用能源。

水地源空调以其卓越的节能环保特点得到了广泛认可,06年我国科技部把建筑节能作为十一五科技支撑计划项目,其中课题六为水地源热泵应用技术,07年“两会”已把全面推进节能环保技术的应用作为会议重要议题之一。在短短几年间,水地源热泵中央空调在大中城市的发展如火如荼,特别是在北京、山东、长三角等经济发达区域,已经成为节能环保高档空调系统的象征。目前正快速向中、西部地区发展,各地纷纷建立水地源空调示范工程,政府也积极鼓励企事业单位选用水地源热泵空调。

当前,气候变暖严重威胁到人类的可持续发展,应对气候变化已成为全球面临的重大挑战。气候变化的原因除了自然因素外,同人类的活动,特别是同使用化石燃料、排放二氧化碳的程度密切相关。

节能必然成为衡量未来建筑品质的必要指标,“低碳排放”的概念正受到环保行业、学术研究机构的普遍重视。

中央空调系统作为建筑耗电最大的一个设备,其节能减排的的必要性应该首当其冲的。

根据《中国节能技术政策大纲》 3.3.4 发展地热源、水源、空气源热泵技术和污水源热泵技术,一般情况下不应采用直接电采暖方式。提倡蓄冷、蓄热空调和采暖,尽量利用电网低谷负荷。

国务院文件(国发(2008)03号)节能技术推荐采用水源热泵与蓄冰技术。

四、电蓄热空调系统

电蓄热空调是利用夜间低谷低价电力电锅炉制热,制取的热量以热水的形式储存在蓄热装置中,白天将所储存热量释放出来向空调末端供热。

电蓄热空调具有稳定的供热能力,有如下特点:

1)利用蓄能技术移峰填谷,平衡电网负荷,提高电厂发电设备的利用率,降低电厂、电网的运行成本,节约电厂、电网的基础建设投入。

2)利用峰谷荷电价差,大大减少空调年运行费。

3)使用灵活,过渡季节、节假日或者下班后部分办公室使用空调可由蓄热定量提供,无需开机组,节能效果明显,运行费用大大降低。

4)具有应急功能,提高空调系统的可靠性。

5)自动化程度高,可以作到无人值守,根据空调的变化实时跟踪,需要多少冷量供多少,不会出现大马拉小车的状况,节能明显。

五、风冷热泵空调系统

风冷热泵是靠室外空气来冷却的一种空调形式,其制冷和供暖的性能与室外环境温度密切相关,它有如下特点:

1)冷热一体,不需要另外配置热源。

2)在不考虑其对建筑外观的影响和机组运行振动影响时,可以将机组放置于屋顶,不需要专门的空调机房。在小面积无冷冻机房的建筑比较适合。

3)空气冷却,不需配置冷却塔

4)靠空气冷却,制冷、制热性能与室外环境温度密切相关,造成性能不稳定:夏季室外温度较高,需冷量较多时,其制冷能力变差;冬季室外温度较低,需供热较多时,其供热能力变差。冬季需要采取特定的除霜手段,影响了制热效果;供热温度低,使室内的温度在天冷时达不到要求。

5)靠空气冷却,制冷效率低(名义COP低于3.2,实际运行一般为2.5左右),运行费用高。

6)因机组放于室外靠风冷却,时间长了冷凝器上结满灰尘,极大的影响了换热效率,机组运行效率下降,制冷量也急剧下降,一般3年后需重新考核其制冷能力,进行相应处理,有时甚至需加配机组。

7)机组选型时需考虑环境对系统的影响,需要增大配置,投资增加,投资为几种空调形式中最高。

8)效率低,总用电负荷大,增加了常规空调系统本身就较大的变压器配电容量,配电设施费高,且需交纳较多的电力贴费和电力施工费。

9)由于机组放置于室外,运行、管理、维护难度大,机组容易损坏,维修工作量大。

10)过渡季节,需冷量或热量减少时,其制冷或制热能力却达到最高水平,大马拉小车,形成浪费,也增加了运行费用。

六、溴化锂空调系统

溴化锂机组是利用热能作为机组的能源、通过溴化锂和水之间的吸收与释放、由水作为制冷剂循环来达到制冷的目的。根据提供热能的方式,溴化锂机组又分为直燃型(燃油、燃煤气或燃天然气)、蒸汽型(热网蒸汽或自备锅炉提供蒸汽)和热水型(热网热水或自备锅炉提供热岁),由于不通热网,因此只能为直燃型。

由于水做制冷剂、溴化锂做吸收剂,使得制冷主机的特性完全不同于其他空调:

其优点如下:

1)系统的能源主要为热能,因此配电容量小(约为常规电制冷的1/3,冰蓄冷系统的1/2),运行耗电量小。(但在停电时仍然不能运行,采用自备发电机只能保证部分水泵,整个系统不能供冷,无法象冰蓄冷系统开水泵全融冰可以供冷;如果出现2003年夏季的限电使用开一半机组,则达不到空调效果,而冰蓄冷可以保证空调效果)

2)用于有废热产生的场合较为可行,如钢厂、纺织厂等,欧美发达国家溴化锂机组的应用均在有废热的场合。

3)(直燃型)冷热一体,不需另外配置采暖设备(采暖时就是一台燃气锅炉,但热效率比单独的燃气锅炉低一些)。

4)机房占地面积比冰蓄冷稍小。

不足之处:

1)由于溴化锂机组的特性,制冷量存在衰减(年衰减约为3%~8%),因此溴化锂机组的容量设计时按15%的余量配置。

2)制冷主机的出水温度高,实际运行高于8℃(众多的实际工程就均如此),空调效果差、制冷速度慢、上班前启动时间长,降低了大楼的品位;同时由于供水温度高,必须加大末端设备的容量才能达到降低室内温度的效果,增大了投资。

3)溴化锂是具有腐蚀性的无机盐,容易造成机组的腐蚀和制冷量的衰减。

4)效率低,能效比(COP)约为0.8—1.2,属于节电不节能型产品,运行能耗高、运行费用高,在能源紧张的现在,发达国家根本就不提倡使用(除非有废热)。

5)由于采用水作制冷剂,必须确保系统真空度,但由于工艺以及实际运行后会产生不凝性气体,导致真空度下降,制冷量衰减。

6)溴化锂机组部分负荷运行时卸载能力差,因此部分负荷时容易造成“大马拉小车”状况,浪费运行费用;如果只有部分区域冷负荷较小时机组甚至无法启动(低于机组的40%负荷即无法运行);当要求的冷量很小,远低于溴化锂机组能够启动运行的容量时无法供冷;在部分负荷下运行,如果机组调节不好,溴化锂易结晶造成系统难以运行。

7)冷却水系统大于常规电制冷系统,冷却塔是冰蓄冷系统的2倍(详见后设备配置比较),补水量大,在屋顶的布置更难以处理;冷却水管大,管道井也大。

8)由于溴化锂机组的特殊性,运行维护复杂;日常的维护保养工作特别重要,如果保养不好,制冷量的衰减更快,因此日常的维护管理人员要求具有较高的专业水平,费用远高于电制冷系统。

9)溴化锂溶液必须每年保养更换,费用大;现场更换容易造成系统不洁制冷效果下降。

10)机组尺寸大,需要更大的检修空间和通道。

11)油、气的价格持续走高且供应紧张,运行费用很高。

12)油气必须考虑消防因素,管理不方便。

七、VRV空调系统

1)不是中央空调,空调品质差。

2)系统相对简单,冷热一体,不需专用空调机房。

3)系统设计灵活,可以为小的供冷区域配置独立系统。

4)投资高。

5)采用空气冷却,冷却效果比水冷差,机组的能效比(COP)很低(样本标定一般小于3,而实际运行时远低于2.5),空调效果差、运行费用高。在最热的天的COP更低(COP随环境温度的升高而急剧下降),运行费用很高;同样冬季采暖也存在同样的效率低的问题,且随着环境温度的下降制热量不断的降低。

6)因机组放于室外靠空气冷却,时间长了冷凝器上结满灰尘,极大的影响了换热效率,机组运行效率下降,制冷量也急剧下降,3年后基本不能满足冷量的需要,需另外加配机组。

7)一个室外机与多个室内机通过铜管连接,制冷剂在管道内,因此安装时必须保证无泄漏。而由于室内室外机安装时接点较多,有一个接点泄漏会造成整个系统空调失去效果。

8)当室内机与室外机距离过大时,会造成回油困难,影响压缩机的工作与寿命,同时影响机组的换热能力。

9)维修不便,室内维修时会破坏装修。

10)机组的数量与容量较大,维护工作量大。

11)总用电负荷大,增加了变压器配电容量与配电设施费。

12)需要通过加配其他冷水机组解决新风问题。

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