提高室内空调温度的节能计算方法与节能效果分析

建筑节能技术与实践专题报告题 目： 提高室内空调温度的节能计算方法与节能效果分析班级：建筑设备z1211姓名：段泽平胡海旭学 号：指导老师：1. 引言随着我国国民经济的迅速发展和人民生活水平的快速提高，越来越多的建筑 物采用了集中空调系统。空调在给人们带来舒适的生活、工作环境的同时，也带 来了建筑能耗大幅度上升等一系列问题。据统计数据显示，暖通空调的能耗占到建筑总能耗的30%50%左右，而 且，目前呈逐年递增的趋势。因此，随着暖通空调系统的在建筑中的广泛应用， 其节能问题也越来越为人们所重视。如何降低空调能耗已经成为设计集中空调系 统的一个重要问题。暖通空调系统节能技术的开发、设计以及应用逐步成为建 筑系统节能的基础。现在，空调已普遍应用于公共建筑和居民住宅。如果空调温度设置不尽合理， 就会导致能效不高，造成能源资源浪费，增加了环境压力。现在缺电仍是我国大 部分地区所要面对的大问题，尤其是迎峰度夏期间，大量使用空调形成用电负荷 高峰，使这一矛盾更加突出。在电力供应紧张的情况下，节电显得尤为重要。控 制空调温度，节电效果显著。2004年6月26日，北京地球村、世界自然基金会、中国国际民问组织促进 会、自然之友、环境与发展研究所、绿家园志愿者等6家民间环保组织在北京发 起了“26°C空调节能行动”，倡导公共场所夏季空调温度不低于26°C。2006年，各级政府部门也开始加入“26C空调节能行动”的行列。2007年 6月1日，国务院办公厅下发了关于严格执行公共建筑空调温度控制标准的通 知。要求所有公共建筑内的单位，包括国家机关、社会团体、企事业组织和个 体工商户，除医院等特殊单位以及在生产工艺上对温度有特定要求并经批准的用 户之外，夏季室内空调温度设置不得低于26C，冬季室内空调温度设置不得高 于20C： 一般情况下，空调运行期间禁止开窗。合理设置空调温度，科学管理空调的运行，既能节约能源，保护生态环境， 又能提供比较健康、舒适的室内环境，满足正常的工作、生活和学习需要，是一 件利国利民的好事。至此，“26C空调节能行动”从民间行为上升为国家规定。1.空调设定参数对空调系统能耗的影响夏季，对于办公类建筑，提高空调设定温度可使建筑能耗下降原因有：(1) 室内外温差减小，通过围护结构的传热量减少；(2) 室外新风与室内空气的烩差变小；(3) 全年可以利用自然通风的时间变长，从而减少了开启空调的时间及输配 设备的运行时间；(4) 可提高冷水供水温度，使得制冷机COP提高。但是，仅仅从调整空调设定温度来进行节能是远远不够的，假设空调室外计 算参数为定值时，夏季空调室内空气计算温度和湿度越低，房间的计算冷负荷就 越大，系统耗能也越大。只有合理组合室内空气设计参数才能在不降低室内舒适 度标准的前提下收到明显的节能效果。温度、湿度的不同组合不仅直接决定着窜内人员的热舒适状况，也影响着整 个空调系统的节能状况。不同室内干球温度和相对湿度下的空调系统的能耗是不 同的，其关系见表1。表1不同室内干球温度和相对湿度下的空调能耗40455055606570231.28131 '1.341.401.55.70241.2】L241.27132L401.471.6125L121.15!.181.23 |L36L50261.05厂 1.08L101J51271.4026,31.001 031051.的1.16121L33由表知，室内干球温度愈高，室内相对湿度愈低，空调系统的总能耗低，反 之亦然。由该表知，最低能耗和最高能耗相差达到70%。如果只考虑干球温度， 不考虑相对湿度，当室内相对湿度为常见的60%，其能耗比26. 5°C、40%时提 高了 16%C。上表给出的空调系统总能耗是一个相对值，即使合理的采用室内空调设计参 数，并不表明该空调系统是一个节能系统。通过对国内城市公共建筑空调能耗的 大规模调查表明，同样功能的公共建筑全年空调系统最高能耗和最低能耗相比超 过7倍。而对全年空调系统最低能耗的公共建筑空调系统进行分析，这些系统依 然存在很大的节能潜力。2. 空调设定参数对热舒适度的影响 人的生理基础控制空调温度，有利于身体健康。实践证明，人体感觉舒适的室内温度夏季 在 24°C 28°C，冬季在 18°C 22°C。温度是影响人体热舒适的最重要因素。气温升高时，人体的散热中枢发出指 令，汗腺分泌、血管扩张使皮肤温度升高以增强散热，从而使机体达到热平衡。 当气温降低时，皮肤也变冷，近表皮的毛细血管收缩（血管缩小），使血液流量受 到限制而人体的热损耗减少。据有关医学保健方面的测试资料表明，当人的正常 体温为37C时，人体皮肤表面的温度约为33C左右，当室内温度高于33C时就 会有热的感觉，而低于33C时则会有凉的感觉。如果单纯追求室内温度过低，不仅多消耗电能，还有可能会引起“空调病”。 得空调病的人表现为:长期生活和工作在较低的室温中（尤其是夏季），感到头痛、 头昏、胸闷、心慌、失眠、疲乏，工作效率和健康状况明显下降等。当人们一旦脱离这个环境，症状就会很快消失。主要是由于空调机处理后 的空气负氧离子是人们必不可少的。医学实验表明，负氧离子被人吸人肺泡后， 能刺激神经末梢感受器，不仅对中枢神经系统产生良好的作用，而且随着血液循 环，把负离子输送至全身的组织细胞，促使细胞代谢活跃，免疫力增强，使呼吸 道不易受感染，并产生镇静作用。有些人在炎热的夏季，喜欢将空调调至最低的 温度，以为这样很凉快。但当室内温度过低，使室内外温差偏大时，身体对环境 温差变化就很难适应，这样就容易忠感冒、皮肤病、关节炎和肠胃病等。从医学 角度来说，夏季一般将室内温度控制在25C 27C为宜。 数据分析假定人所从事的是极轻劳动（例如宾馆中），穿着一般的夏季服装，空气流 动速度取0.25m/s，壁面温度和空气温度相同。在相对湿度为50%的条件下，仅 使室内温度变化时，相应的PPD值见表2.表2不同温度下的PPD值温度/C 20.0 2L 0 220 23 0 契0 2罚 260 27：0 28.0PPD/% 的,4 92：6 60厂37.2 0" 5.00 3.0 37；当室内空气温度为25°C，仅使相对湿度变化时，相应的PPD值见表3。表3不同相对湿度下的PPD值相好疝届方6404550 S5 606 57075 一FFD/, 5.10 5 02 &0Q 上035.24 5：37 5.、9由表中数据可以看出，室内空气温度改变对室内热舒适度的影响非常大，而 相对湿度的变化对室内热舒适度的影响很小。在一定范围内，相对湿度的变化对 人的热舒适感几乎没有影响。3. 控制合理的运行参数 室内温、湿度从节能角度出发来确定室内温、湿度标准是节能的重要因素。在保证生产工 艺与人体健康的条件下，夏季室温每提高1C，约可减少热负荷11.2%。在夏季如 将室内空气湿度由60%提高到70%，则可节约能量17%左右。据资料测算，仅仅将夏季室温提高1C，就可使空调工程投资总额降低约6%， 运行费用减小8%左右。美国国家标准局认为将夏季室温从24C提高26.7C，可节 能 15%。 新风量新风负荷占空调总负荷的20%40%，对其标准值高低的取舍，与节能关系 重大，不可忽视。引进新风主要是为了满足人员的卫生需求及部分工艺空调所需 维持的室内外压差。而新风量的多少直接影响空调的负载，从而影响空调系统的 风机、冷水泵、压缩机、冷却水泵、冷却塔风扇的耗电。4. 相关的节能措施在满足人体舒适度条件下使空调能耗下降的因素主要是使室内外温差减小， 通过围护结构的传热量减少室外新风与幸内空气的熔差变小，新风负荷降低全年 可以利用自然通风的时间变长，从而大大减少了需要使用空调系统的时间。针对以上影响因素，相应的节能措施为在过渡季、夏季夜间和早晨等窜外温 度适宜时，多开窗加强通风冷却，减少使用空调系统的时间，在使用空调时，适 当提高空调的设定温度值。非过渡季要真正实现降低空调系统的能耗，应该探讨 如何最大限度地减少能量浪费。5. 节能实例51实例1但由于办公建筑个体问的差异很大，不同办公建筑在提高空调设定温度时， 影响其能耗的主要因素不尽相同，因此实现建筑节能降耗所采取的措施也各有侧 重。为此，根据办公建筑的体量及空调方式，把办公建筑划分为三类：小型办公 建筑，中型办公建筑，大型办公建筑。各类办公建筑的特点见表1。针对这三种类型的办公建筑，通过模拟软件DeST计算建筑全年逐时空调耗 冷量，并根据前面提出的影响建筑能耗的各个因素进行详细分析，提出应如何改 善空调系统的运行调节手段，以通过空调设定温度的提高，真正实现建筑节能降 耗的目标。表4各类办公建筑的特点小型办公建筑中型办公建筑大型办公建筑体量、面积我小体量适中内区较小体量天，具有较大内区外窗可升启，过渡季外窗司开启，过渡季玻璃幕墙，不可国利用自然通风可利用自然通风开窗通风分体空调器集中空调系统集中空调系统建立模型选择如图1所示的3个建筑结构及空调系统类型不同的建筑，并以空调 设定温度26°C的情况作为参考进行分析。a小型办公建筑（建筑面积4 280帝）h中型办公建筑（建筑面积12 977略）c大型办公建筑（建筑面我27 554 m2） 计算工况（夏季工况）a. 气象数据：采用北京地区标准年的逐时气象数据。b. 内部热扰：由于办公建筑中主要房间功能为办公室、会议室，分别给出其 逐时人数；灯光、设备也按照办公建筑特点给出其逐时单位面积产热量指标。c. 空调控制温度（即开启空调后房间的控制温度）设定：1824, 1826, 18 28°C。d. 通风模式：对于小型办公建筑，换气次数为0.510/h。当过渡季、夏季 的夜间和早晨室外温度低于室内温度时，通过增加通风量而非开启空调来达到降 温目的，即根据室外温度情况通过人为开窗来自主调节自然通风量，此时换气次 数定为10/h；当过渡季和夏季室外温度高于室内温度，或虽然室外温度低于室 内温度但即使开窗通风也不能消除房间负荷时，需要开启空调，此时换气次数定 为 0.5/h。对于中型办公建筑，由于其建筑层数较小型办公建筑多，且带有小部分内区， 对于其较高楼层应考虑到外窗需密闭，对于内区房间应考虑到不能与外界自然通 风。因此简化处理后，对于外区房间，可以自然通风，换气次数为0.55 /h； 对于内区房间，人均最小新风量为30 m3/（人h）。对于大型办公建筑，外窗均密闭，无自然通风，人均最小新风量为30 m3/ （人h）。e. 空调模式：对于小型办公建筑，采用分体空调器，综合COP为2.5；对于 中型办公建筑，采用风机盘管加新风的集中空调系统，具体性能参数根据DesT 模拟结果结合空调设计手册选择;对于大型办公建筑，采用全空气集中空调系统， 具体性能参数根据DesT模拟结果结合空调设计手册选择。 计算结果分析空调设定温度对冷负荷的影响通过对建筑物的全年逐时负荷进行模拟计算， 3种不同空调设定温度下的建筑全年累计冷负荷如图2所示。从图2可以看出， 随着空调设定温度的提高，各类型办公建筑的全年累计冷负荷都大幅度降低。其 中中型办公建筑和小型办公建筑的降幅都接近50%，大型办公建筑的降幅稍小， 约为20%，但由于其总负荷很大，节能潜力也是很可观空调设定温度/'C口小型办公建筑中型办公建筑口大型办