空调新技术与环境保护.ppt
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1、空调新技术与环境保护,深圳职业技术学院程瑞端,一、世界空调技术新进展 室内环境的舒适性与室内温度、湿度、辐射温度、气流速度、着衣量和人体活动等六要素有着密切的关系,近来的研究表明,室内装饰的色调、音响效果、光线的明亮程度和空气的清新度等也是影响室内舒适性不可忽视的因素。随着社会的进步,人们对空调环境的舒适性要求越来越高,越来越接近自然。从空调系统诞生开始,空调环境已经走过了防暑御寒、自动控温、基本舒适和非感空调阶段,并逐步进入感知空调阶段。,在空调环境的发展历程,家用空调系统的技术进步起到至关重要的作用。人的一生大约有70%90%在室内度过。人的一天约需从外界摄取:食物:12kg 水:23L
2、空气:1215m3(14.4 18kg),世界家用空调行业中,在90年代以前,60的市场被日本所占有,并且在设备开发和控制技术上都处于世界最前沿。所以从日本空调技术的发展可以看出世界空调行业的变迁过程。直接蒸发式空调系统的发展过程,大致可以分为五个阶段,其技术特征和代表技术参见表1.1。从表中可以看出,直接蒸发式空调技术的发展主要集中在三个方面:追求空调系统的高效节能,特别是在,1972年石油危机以后,改善压缩机、热交换器、风扇的性能,加强对制冷循环特性的研究,优化制冷系统,实现了空调系统的小型化、低能耗、低噪音、高可靠性;追求室内环境的高舒适性,从单一的温度控制发展到室内热环境特性(如PMV
3、等)的综合控制,从简单的双位控制发展到人工神经网络与模糊技术相结合的智能控制,以实现人们对舒适性的要求;,追求空调系统的多功能化、多元化,从单冷型窗式空调器发展到热回收型MVRV空调系统,极大地拓广了直接蒸发式空调系统的应用范围,开辟了集中空调系统的新领域。表1.2示出直接蒸发式空调系统及相关技术的纵、横向发展状况。随着制冷循环控制技术的不断研究和研究成果的应用,,随着制冷循环控制技术的不断研究和研究成果的应用,先后诞生了非变频调节和变频调节的MVRV空调系统及与MVRV系统组合应用的VAV空调系统,推进了小型独立分散空调系统的发展。进入90年代后,计算机通讯、制冷循环控制、设备管理、故障诊断
4、等技术的发展,加速了空调系统网络控制的进程,自律分散协调控制技术在MVRV空调系统中的应用成功,使网络控制技术得到了进一步简化,,推进了小型独立分散空调系统向大型集中空调系统和热回收型MVRV空调系统的转化。95年以后,成功地将蓄冷技术应用于MVRV空调系统中,使能源利用结构更趋合理。在对IAQ要求越来越高的今天,综合考虑节能、能源利用结构的优化、空调设备的可靠性和室内环境的舒适性,智能控制空调系统将是今后的发展方向。,直接蒸发式空调系统发展过程及其技术特征,第一代(摇篮期)40年代中期 手动ON/OFF控制 第二代(品种扩大期)5570年 机械式和电子式ON/OFF控制第三代(电子化进展期)
5、7082年 用电子元件分别控制温度、湿度、气流组织第四代(高度电子化成熟期)8286年 综合性能控制第五代(AI进展期)86年温感控制模糊控制人工智能控制,从直接蒸发式空调系统的发展过程中可以看出,变频技术、电子膨胀阀和现代控制理论在SVRV上的应用,具有划时代的意义,它不仅为创造舒适环境、实现空调设备的高效节能运行提供了技术保证,而且为MVRV空调系统的开发和发展提供了坚强的技术基础。,直接蒸发式空调系统的发展过程及其技术特征,直接蒸发式空调系统的技术进展,耗能与节能 建筑节能,建筑能源消耗占全部能耗的比例在美国,建筑消耗的能源占全部基本能耗的35以上。占世界人口不到4的美国所消耗的能源却占
6、世界总能量的25。研究表明,改进能源最终的使用效率,可以使美国对服务建筑的能源需求量减少50。,我国目前的建筑能源消耗状况,我国建筑能源消耗状况我国采暖区城镇人口只占全国人口的13.6,而采暖用能却占到全国总能耗的9.6。由于经济的发展,采暖范围日益扩大,空调建筑迅速增加,建筑能耗增长的速度将远高于能源生产增长的速度,从而成为国民经济的一个重要的制约因素。,我国目前的建筑能源消耗状况,生活水平的提高导致对能源的需求激增随着生活水平的提高,舒适的建筑热环境已成为人们生活的需要。在发达国家,适宜的室温已成为一种基本需要,他们通过越来越有效地利用好能源,满足了这种需要。在我国,这种需要也在日益迫切。
7、我国冬冷夏热的问题相当突出,生活越是改善,越不堪忍受寒冬暑夏的折磨,冬天需要采暖,夏天想要空调,这都需要用能源。,我国目前的建筑能源消耗状况,建筑规模巨大、采暖系统落后,我国人口众多,因此房屋建筑规模巨大。以北京为例,1994年常住人口1050万人,城市实有房屋建筑面积2.4亿m2,其中住宅建筑面积1.2亿m2,人均居住面积已达8.7 m2。数量如此庞大的房屋建筑,保温隔热和气密性却很差,采暖系统相当落后。以北京市建造数量较多的多层砖混住宅为例,过去长期沿用37cm实心粘土砖外墙,24cm实心粘土砖楼梯间墙,单层钢窗。由于门窗单薄,缝隙不严,门窗及空气渗透所损失的热量,占到全部热损失的一半以上
8、,而外墙和楼梯间墙的保温效果也差,散热量超过总散热量的 1/3。,我国目前的建筑能源消耗状况,我国的建筑能耗构成建筑能耗一般包括建筑采暖、空调、降温、电气、照明、炊事、热水供应等所使用的能量。建筑采暖、空调、降温和照明所使用的能源中以采暖能耗数量最多。,我国目前的建筑能源消耗状况,我国气候的特点我国南北跨越热、温、寒几个气候带,气候类型多种多样。大部分地区属于东亚季风气候,冬夏盛行风向交替变更,冬季多干冷的偏北风,夏季多暖湿的偏南风。我国气候还有很强的大陆性气候特征,即气温年较差大,冬季平均温度大大低于同纬度地区,而夏季平均温度又略高于同纬度地区。,我国目前的建筑能源消耗状况,温度我国冬季受北
9、方冷空气侵袭,大部分地区在极地大陆气团控制之下,高纬度的寒冷气团通过冬季风不断输送到低纬度。我国冬季气温较低,南北温差很大,主要是由于寒潮活动所致。不仅冬天气温较低,而且冷季时间很长。即使在东部平原地区、一年内寒冷的持续时间也相当漫长。和同纬度的世界其他地区相比,除了沙漠干旱地带以外,我国又是夏季最暖热的国家。,我国目前的建筑能源消耗状况,采暖度日数建筑节能往往以采暖度日数作为冷天气候的一个重要基础数据。采暖度日数是指室外日平均气温与采暖基准温度之差值与天数乘积之和。国际上通常采用18作为采暖基准温度。凡平均温度低于基准温度的日子,均计入采暖度日数。与相同纬度的北半球城市对比,我国各城市的采暖
10、度日数较高。,我国目前的建筑能源消耗状况,湿度 我国气候除西部和西北地区全年都相当干燥以外,整个东部经济发达地区最热月平均湿度均较高,一般达7581;这些地区到了最冷月,在华北北部湿度较低,而长江流域一带仍保持较高湿度,达7383。,我国目前的建筑能源消耗状况,太阳辐射在气候资源方面,太阳辐射对建筑节能是个有利因素。我国占有一定优势。与许多发达国家、尤其是欧洲国家相比我国北方寒冷的冬季晴天较多,日照时间普遍较长,太阳辐射强度较大。冬季太阳入射角较低,建筑南向窗户接收到的太阳辐射较多,愈是寒冷的月份,南向受到的太阳辐射量愈多,这对于外界的寒冷气候构成一种补偿。,我国目前的建筑能源消耗状况,外围护
11、结构传热系数的对比发达国家在1973年世界性石油危机后,普遍强化建筑节能。从建筑立法和节能技术上予以保证。从经济政策上加以引导、鼓励或限制。为了推进建筑节能,各国都已颁布了若干项标准,组成配套的标准系列。随着技术的进步,相应修订节能标准,提高节能要求,挖掘能源潜力。,我国目前的建筑能源消耗状况,中外围护结构传热系数比较不同国家、不同地区气候条件的差别。一般情况是:气候越是寒冷,采暖度日数越高,其建筑外围护结构的传热系数的规定就应越是严格。目前我国建筑保温隔热水平与气候条件接近的发达国家相比,差距相当大。大体上外墙差45倍,屋顶差2.55.5倍,外窗差l.52.2倍,门窗气密性差36倍。,国内外
12、建筑外围护结构传热系数(W/(m2K)比较,气 候,分区指标:1严寒地区:最冷 月平均温度-10 2 寒冷地区:最冷月平均温度0-10 3 夏热冬冷地区:最冷月平均温度010;最热月平均温度2530 4 夏热冬暖地区:最冷月平均温度10;最热月平均温度2529 5 温和地区:最冷月平均温度013;最热月平均温度1825采暖空调需求量大,气 候,与世界同纬度地区一月份的平均温度相比,大体上东北地区气温偏低 14 18 黄河中下游偏低 1014 长江南岸偏低 810 东南沿海偏低 5 左右,与世界同纬度地区七月份的平均温度相比,各地平均温度大体要高1.3-2.5,建 筑 能 耗,采暖、空调能耗占建
13、筑能耗 55%,建筑能耗:指消耗在建筑中的采暖、空调、降温、电气、照明、炊事、热水供应等所消耗的能源全国约有一半以上房屋建筑位于集中采暖地区,建 筑 能 耗,建筑能耗的总量逐年上升,在我国能源总消费量中所占的比例已从1978年的10%,上升到目前的27.45%,深圳甚至已达35%左右。,中国能源形势不容乐观 中国人口占世界总人口20%,已探明的煤炭储量占世界储量的11%、原油占2.4%、天然气仅占1.2%。人均能源资料占有量不到世界平均水平的一半 中国已成为世界上第三大能源生产国和第二大能源消费国。中国2000年一次能源生产量为10.9亿吨标准煤,能源消费量为11.7亿吨标煤(不包括农村非商品
14、生活能源消费 2 亿吨标煤),不到世界能源消费量的10%;人均能源消费量不到 1 吨标煤,不足世界人均能源消费水平2.4吨标煤的一半,仅为发达国家的1/5-1/10 中国欧盟第四次能源合作大会(国家计委发言)北京 2001年6月18日,中国已成为能源进口国,国家领导对建筑节能工作批示,2002年11月26日温总理对建筑节能工作的批示:我国政府机构电力能耗接近全国八亿农民生活用电总量;能源费用开支一年超过八百亿元;单位建筑面积能耗和人均能源消费总量远高于发达国家水平。这充分说明我国政府机构节能潜力巨大,急需把节能工作提上议事日程,研究制定节能规划、措施和制度。,城市用电及其空调系统现状分析,增长
15、35.7%,深圳市平时的用电负荷为48005000MW左右,今年夏天高峰期达8800MW(880万kW)。深圳市每年空调使用期达810个月,且耗电量很大,一般的办公大楼和宾馆、酒楼其空调系统的用电负荷占总用电负荷的4065%,节能潜力巨大。,空调行业的发展及节能前景随着人民生活水平不断提高,建筑物的能耗(以采暖和空调为主)在我国总能耗中所占比重将越来越大。2000年,我国建筑物耗能约占全社会总能耗的10左右;我国建筑物单位能耗很高,与气候条件相近的发达国家相比,我国多层住宅单位能耗是他们的25倍。以我国空调能耗为例,空调住宅能耗约为一般住宅能耗的67倍;2002年我国年产3135万台家用空调,
16、并且国内空调市场也已经突破了年销售量2000万台的门槛。,蓄冷技术发展的历史与现状20世纪70年代以来,世界范围的能源危机促使蓄冷技术迅速发展。美国、加拿大和欧洲一些国家将冰蓄冷技术引入建筑物的空调,积极开发蓄冷设备和系统,实施的工程项目也逐年增多。日本曾广泛应用水蓄冷技术,藉以降低空调的高峰负荷和减小制冷机的装机容量,在这方面积累了一定的实践经验。截至1993年底,日本已建有2335个蓄冷空调系统,移峰电力50105kW,预计到2010年通过蓄冷空调系统可移峰742106kW。,我国的台湾省自1984年从国外引进冰蓄冷及 控制设备、建成台湾第一个冰蓄冷空调系统以来,蓄冷空调系统发展很快。19
17、92年台湾只有33个蓄冷空调系统,到1994年底已建成225个蓄冷空调系统(其中水蓄冷空调系统39个),总蓄冷量高达2.0106kWh,转移高峰用电超过5.2104kW。进入20世纪90年代以来,蓄冷技术在我国大 陆地区也得到了发展。截止到1997年底,已建成33项水蓄冷和冰蓄冷空调系统,1998年1月以后开建、建成或投入运行的项目有50项左右。,太阳能利用 每年到达地球表面的太阳辐射能为5571018 MJ,相当于190万亿吨标准煤,约为目前全世界一次能源消费总量的15610 4倍。太阳内部极端高温条件下氢聚变成氦的热核反应是太阳能的来源,按照目前消耗的速率计算,还足以维持61010年。利用
18、太阳能还具有清洁安全、无需开采和运输等优点。不足之处在于其分散性,尽管到达地球表面的太阳辐射能总量很大,但能量密度较低。且太阳辐射受到昼夜、季节以及阴雨天气等气候因素的影响,表现为间断性和不稳定性。,我国幅员广大,有着十分丰富的太阳能资源。据估算,我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为501018 kJ,全国各地太阳年辐射总量达335837kJ(cm 2a),中值为586kJ(cm 2a)。从全国太阳年辐射总量的分布来看,西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很
19、大。尤其是青藏高原地区最大,那里平均海拔高度在4000m以上,大气层薄而清洁,透明度好,纬度低,日照时间长。,全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小,其中尤以四川盆地为最,那里雨多、雾多,晴天较少。例如素有“雾都”之称的成都市,年平均日照时数仅为11522h,相对日照为26,年平均晴天为247天,阴天达2446天,年平均云量高达84。其他地区的太阳年辐射总量居中。我国太阳能资源分布的主要特点有:太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬2235这一带,青藏高原是高值中心,四川盆地是低值中心;太阳年辐射总量西部地区高于东部地区,而且除西藏和新疆两个自治区外,基本上是南部低于北部;由于南方多数地区云雾
20、雨多,在北纬3040地区,,太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反,太阳能不是随着纬度的增加而减少,而是随着纬度的增加而增长。深圳的日照时间每年约280天左右,日照充足,阳光强烈,条件很好,应充分利用。,关于抽水蓄能 近几年来,我国电力工业发展很快,普遍缺电的状况已得到根本改善,但随着电力消费量的增加,电网负荷在白天与深夜有很大的峰谷差的矛盾愈加突出。平衡电网负荷,可以采取调节电厂发电能力或调节用户负荷这两种方法解决。调节电厂发电能力的方法,除水电外,对火力发电机组的发电功率的调节是困难和不经济的,核电要求供电平稳;若采用建抽水蓄能电站的方法,其一次性投资很大,由于水泵、电机效率
21、的影响,储能的回收率也只有60%多,储能成本很高。例如,十三陵抽水蓄能电站,安装4台20万kW机组,投资达27亿元,据测算,用它填补高峰负荷,时,其发电成本高达13元(kWh),为常规高峰电价的25倍;广东省也拟在惠州建造世界最大的抽水蓄能电站,总投资达8058亿元,安装8台30万kW机组,估计将于2008年建成,到2010年将实现年发电量4562亿kWh,估计其发电成本也将达15元(kWh)以上;另外最大的问题是电网容量有限,即使电厂可以增加峰电供应,也因供电网能力的限制,对用户而言,仍然会产生高峰缺电状况。因此,调节用户负荷是一种更有效的方法。空调占民用电中很大的份额(在南方城市占民用电的
22、50%左右),用电负荷十分集中,,采用蓄冷空调技术,在夜间用多余的电制冷蓄冷,在白天用储存的冷量补充空调高峰负荷,是平衡电网峰谷负荷的有效方法。,环保-保护地球,保持室内良好的环境条件需要采暖空调系统的运行,需要消耗能源能源:电、燃气、油、煤等,会产生温室效应空调采暖设备的工质,会破坏臭氧层、产生温室效应对策:在保持室内良好环境条件下,节约能源应用可再生能源:太阳能、风能、地热能,节能-可持续发展,八十年代初开始编制建筑节能设计标准建筑节能主要目的:在保持室内舒适、健康环境条件下,降低采暖与空调的能耗降低采暖与空调的能耗由改善围护结构热工性能及提高暖通空调设备、系统效率来实现,Refriger
23、ant 制 冷 剂,制冷剂的历史,蒸气压缩制冷在19世纪末期开始实际应用系统使用 CO2、SO2、氨20世纪三十年代开始使用CFCs氟里昂 根据稳定性和低毒性,制冷剂的演化,第一代19世纪30年代-20世纪30年代当时可用工质乙醚,CO2,NH3 SO2,HCS,H2O CCI4,CHCS,,第二代20世纪30年代-20世纪90年代安全性和耐久性CFCS,HCFCS,HFCS,NH3H2O,第三代20世纪90年代-环境保护HCFCS,HFCS,NH3 H2OHCS,CO2,,?,常用的制冷剂,HCFC-22 HFC-134aHCFC-123R407CR410A,常用制冷剂安全等级:,制冷剂(P
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