表1电力空调与直燃式溴化锂空调的比较,1.1 建筑物供热及空调的节能问题亟待解决

 新葡845566     |      2020-03-02

光伏发电系统 离心制冷机及热回收热泵系统节能示范大楼启动仪式现场合影24小时运转的科研大楼有望节能40%。7月20日,由中国科学院和日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)共建的节能示范大楼正式启动实证运转。该项目依托中科院上海高等研究院,以建筑面积为16000平方米的“干细胞与再生医学研发平台”为实施对象,从设计阶段就引入日本节能技术与相关设备。与一般系统相比,预计该大楼将实现空调和照明能源节能40%。与此同时,在满足高端研究设备运转的条件下,维持能耗与一般办公大楼相当水平。该项目作为中科院与NEDO开展的第一个实质性合作项目,历时8年的筹备与实施,综合管理并运用节能高效化技术与设备,引入节能系统BEMS,开展建筑节能实证项目合作。“30%的节能主要来自于逆变器离心式制冷机及热回收热泵系统。”NEDO技术开发机构理事土屋宗彦告诉记者,“另外10%则来自于节能系统BEMS,它将通过有效管理并分析整幢楼的能源消耗情况,从而做到能源的合理分布与使用。”在大楼的地下一层,记者见到了这些其貌不扬的空调冷冻机。与常规的冷冻机相比,这些“秘密武器”可以实现高效的热冷转换,就算在当下的酷暑天气,其热冷转换效率也要高出1.2倍,而在平常天气里,其能效转换效率可以高出将近6倍。能效比接近6是个什么概念?上海高研院副院长黄伟光解释说,这就好比本来一份电产生一份热或一份冷,但现在却产生了6份热或6份冷。如此高的能效比技术,目前在国内处于领先地位。中国作为世界第一大能源消费国,已将环境可持续发展列入“十三五”规划主要发展目标之一,节能和环境治理对策迫在眉睫。近年来,许多城市的现代化高楼越建越多,同时也暴露出能源不足的问题,人们对于建筑领域的节能也越发关注。“从现在起到明年3月,中日双方将通过收集运行数据来验证技术的有效性和节能效果。”黄伟光认为,该项目有望成为中日两国间在低碳节能领域的成功合作典范,助力中国智慧城市建设。

  绿色能源楼由意大利环境、国土与海洋部资助,是一座以“绿色能源”结合建筑应用为特色的绿色低碳建筑。中意绿色能源实验室依托于该建筑,于2012年5月同时建成。实验室的主要目标:研究高效、环保且具有可持续发展特点的新一代建筑用能模式和新型建筑能源系统与设备,实现建筑用能环节的低碳排放,同时构筑国际化的绿色可持续能源技术的研究平台。在建筑结构与节能设计方面,充分考虑了自然采光、强化自然通风和被动遮阳。在用能设备方面,实验室建有太阳能空调(吸附、吸收和除湿空调)、热泵系统(地源热泵、水源热泵、空气源热泵、以及以二氧化碳自然工质为冷媒的热泵能源中心)、冷热电联产、高效集热器、光热幕墙、生物质能发电、风光互补、智能电网、楼宇能源管理系统技术以及零能耗住宅、智能家居等实验条件,并获得了绿色建筑LEED金牌认证,被业界认为是目前国际上功能最全,技术最全面的绿色建筑能源系统研究平台。利用上述技术,建筑本身也能变成能源工厂,最大程度满足建筑的电力、冷、热需求。

1)具有城市、区域供热或工厂余热时,宜作为采暖或空调的热源。采用蒸汽为热源时,采暖和空调系统用汽设备产生的凝结水,经技术经济比较合理时应回收。凝结水回收系统应采用闭式系统。

费用分析:与其它二种方案的初投资相比,方案A的资金需要量最大、用电量最小。方案B的初投资为方案A的85.5%,在类电价方案B的运行费为方案A的88.7%;在类电价中方案B的运行费为方案A的107.6%。3、结论:由于溴化锂机组以消耗热能为代价达到空调目的,所以它的耗电量很小,但它单位制冷量的热耗较大,即其制冷系数较小,国内目前的最高值也仅为1.2左右,而电动式机组则在3.5以上。故溴化锂机组只有少用电,并不能节能。所以这种机型的最佳使用条件是有余热、废热的场合或缺电地区,它决不可能取代电动式制冷。我国的能源以煤碳、水力资源为主,石油资源短缺、产量不足,这种能源构成适于发展电力工业,因此,空调机的发展应以电动式为主,而以燃油、燃气为燃料的直燃机吸收式溴化锂机组在我国的发展不可取。如采用了地源热泵带热回收技术的电力中央空调的年度运行费用低于溴化锂直燃机组,特别是在使用寿命和维护管理方面,电力空调更具有优越势。溴化锂直燃机组对大气污染所造成的危害虽然低于溴化锂蒸汽型和热水型,但因其燃烧排放仍然污染环境,所造成的温室效应均比电动式机组严重,其SO2、CO2 的排放量约为电动式机组的1.5倍以上。无论是从能源利用率、经济性或是能源消费对环境的影响来分析,电动式空调(地源热泵带热回收)均优于直燃式溴化锂吸收式机型。因此,改善了制冷工质的电动空调机组将最终取代式直燃机。(end)

高温地源热泵的“高温”是相对于目前占市场主导地位的最高热水出水温度在55℃以下的地源热泵产品而言,一般指在地源温度10-15℃时,供热温度在60℃以上的产品,正常运行出水温度范围在62—72℃,可以满足所有的中央空调和生活热水系统的水温要求。虽然在供热出水温度上只有十几度的提高,但对于热泵技术来说却是一个极大的突破,一般的地源热泵机组在该工况下,性能会极大衰减甚至无法运行,因此高温热泵产品对设备零部件的选择和制冷剂的使用都有很高的要求,产品的研发和设计方面的成本也很高。目前国内市常上拥有高温热泵技术和产品的企业寥寥无几。

  废弃物能源化处理

除了无集中热源且符合下列情况之一者外,不得采用电热锅炉、电热水器等作为直接采暖和空调的热源:

C

工质的选择:根据高温热泵设备最大工作压力≤25bar,采用对环境友好的R134a作为制冷剂为工质,对环境无污染,对臭氧层无破坏作用;

  随着可再生能源技术、建筑节能技术的快速发展,以及信息技术与能源技术的高度融合,基于建筑的智能能源网会应运而生。智能能源网主要以建筑的冷、热、电需求为目标,通过构建多源化的冷源、热源和电源,利用信息技术和控制技术实现绿色能源生产和需求之间的平衡,以保证能源转化利用环节的高效。中意绿色能源楼通过建筑分区,模拟和实现了智能能源网冷、热、电生产、输配、和使用环节的优化匹配,实现了光伏、风力、冷热电联产与热泵、太阳能供热与空调系统的调节优化,为智能能源网的实施起到了很好的示范作用。

5)具有多种能源(热、电、燃气等)的地区,宜采用复合式能源供冷供热;

91.36

我国幅员辽阔,气候多样,因建筑物的地理位置功能等不同,采暖空调及热水系统形式亦各不相同。对冷热源水温来说,一般舒适性中央空调系统的制冷供回水温度要求7℃/12℃,采暖供回水温度要求65℃/55℃,散热器热水采暖系统的供回水温度要求95℃/70℃。在卫生热水供应系统中,根据使用功能和系统设计的不同,一般要求供水温度在40—65℃之间。并且随着人们对环保和能源问题的重视,大量的散热器采暖系统的锅炉设备需要改造,上世纪八九十年代上马的一些中央空调主机设备也需要更新换代。

  杰里米·里夫金在《第三次工业革命》一书中为我们描绘了一个宏伟的蓝图:数以亿计的人们将在自己家里、办公室里、工厂里生产出自己的绿色能源,并在“能源互联网”上与大家分享…..

3)无燃气源,用煤、油等燃料受到环保或消防严格限制的建筑;

运行费用

目前,地源热泵技术作为供热空调行业的一个热点,设备生产厂家众多,各类产品层出不穷。短短几年时间,在我国的空调市场上已经有树十家国内外企业加入地源热泵产品的生产销售竞争之中。但是,由于压缩式制冷技术在工质和冷凝温度等的局限性,地源热泵机组在制热工况下的出水温度一般最高只能达到55℃左右。对于新建的建筑,可以在末端系统设计中按此温度考虑。但是在单纯更换主机的中央空调改造项目、散热器采暖系统锅炉改造项目以及热水供应系统中,55℃的供水温度已经不能或不完全能满足系统的使用要求,从而限制了地源热泵这一经济节能的技术的推广应用。

图片 1

3)具有充足的天然气供应的地区,宜推广应用分布式热电冷联供和燃气空调技术,实现电力和天然气的削峰填谷,提高能源的综合利用率;

216.08

地球浅表层(<400m)是一个巨大的恒温体系,温度几乎不受环境气候变化的影响,如北京地区年平均温度为13-15℃,其能量的来源主要是地面吸收了约40%太阳光的热能,因此,地热能也是一种洁净的可再生能源。它具有热流密度大、容易收集和输送、参数稳定(流量、温度)、使用方便、不受地域限制等优点。

  中意绿色能源楼(实验室)能源技术

5)利用可再生能源发电地区的建筑。

3、末端电力增容费

高温地源热泵技术正是在这一背景下应运而生,最高可达75℃的供热出水温度大大的拓展了地源热泵技术的应用范围。

  ■ 太阳能空调供热技术是上海交大太阳能光热研究团队的代表性成果,太阳能空调制冷充分满足了多数地区夏季太阳辐射好,产热多但热量无处可用的问题,是建筑用能与太阳能转换季节匹配最好的选择之一,也是实现太阳能集热器全年高效利用的关键。 

空调与采暖系统的冷、热源宜采用集中设置的冷水机组或供热、换热设备。机组和设备的选择应根据建筑规模、使用特征,结合当地能源结构及其价格政策、环保规定按下列原则通过综合论证确定:

147.88

1.3 普通地源热泵设备难以满足市场需求

  电力是现代生活的基础。绿色能源楼的电力供应主要依靠与建筑结合的可再生能源电力解决。包括屋顶光伏发电系统、建筑周边场地风力发电机以及基于生物质气的冷热电联产系统等。光伏电力、风力发电以及联产系统发出的电力通过一套控制系统实现电力的储存和分配,最大特点是能够有效克服太阳能光伏、风力发电等波动性大的不足,实现在10~100%大范围负荷变化情况下的高效能量转换。典型天气条件下,这些绿色电力能够满足大楼的基本用电负荷,大楼用电较少的情况下,还能将电力输出到校园局域电网,供其他用户使用。目前中国太阳能电池产能和产量都居世界第一,并且太阳电池成本已达1美元/峰瓦,发展屋顶电站,大有可为,也是发展屋顶分布式电力系统的主要技术。目前主流太阳能电池多采用单晶硅和多晶硅产品,此外还有非硅太阳电池以及薄膜太阳电池等。能够以电池组件和以建筑构件形式与建筑结合,充分满足建筑结合的同时,输出绿色电力。

6)具有天然水资源或地热源可供利用时,宜采用地源热泵供冷供热。对全年进行空调,且各房间和区域负荷特性相差较大,长时间同时分别供热和供冷的建筑物,经技术经济比较合理后,可采用水环热泵空调系统,但冬季不需供热或供热量很小的地区不宜采用。

130.05

2.3 高温地源热泵技术优势

  零能耗建筑

锅炉的额定热效率、电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水机组的性能系数(COP)和综合部分负荷性能系数(IPLV)及单元式空气调节机、风管送风式和屋顶式空气调节机组的能效比(EER)、蒸汽和热水型溴化锂吸收式机组及直燃型溴化锂吸收式冷水机组的性能参数,是反映上述设备节能效果的一个重要参数,其数值越大,节能效果就越好,反之,亦然。因此,在进行工程设计的冷热源设备选型时,一定要选择锅炉额定效率、冷水机组性能系数及空调机组能效比高的产品,并应符合国家《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005有关条文对这些技术性能参数的取值规定。

1.8

地热能作为一种清洁可再生能源,在利用时,不象化石燃料在获取能源和产生电力的同时,向环境排放大量的燃烧产物,如CO2、SO2、NOx、粉尘等,对环境造成严重的污染,引起温室效应、酸雨、土地沙漠化等灾害,也严重影响了人们的身心健康。因此,开发利用清洁无污染的地热能已是社会发展的必然趋势。

  充分利用环境自然能源的高效热泵技术:通过热泵技术,可有效将存在于环境空气、土壤和江河湖泊等冷量和热量用于建筑环境采暖和空调,是提高建筑能效、减少常规能源消耗的重要途径,也是建筑绿色能源技术的关键内容。绿色能源楼整合了各种先进热泵技术,包括:土壤源热泵,可充分利用土壤的热容调节作用,实现冷量和热量的季节性蓄存和利用,提高采暖和空调的舒适性,改善能源利用效率;河水源热泵则能够利用地表河水的热容,提高空调和采暖系统的能效;空气源热泵如我们目前广泛使用的各种空调装置一样,能够将环境空气中的热量和冷量通过热泵搬送到建筑环境内部实现空调和采暖;太阳能辅助CO2热泵,它采用CO2作为工质,能够在冬季低温环境下保持较高的制热效率,同时能够充分利用太阳能辅助供热和制冷,从而大幅提高能效。

4)凡执行峰谷电价,且峰谷电价差较大的地区(最小峰谷电价比不低于3:1),同时空调负荷不均匀,并在用电高峰期使用为主的建筑工程,经技术经济比较合理时,均可采用蓄冷系统,以便减少装机容量、提高运行效率、降低制冷能耗。

449.1

地源热泵是一种热量提升装置,正如人们见到的自然现象——水由高处流向低处一样,热量也总是从高温物体向低温物体传递,跟水泵可以将水从低处提升到高处一样,采用热泵技术同样可以将热量从低温提升到高温。地源热泵不仅可以用于冬季采暖,也可以用于夏季制冷空调和全年提供生活热水,实现一机多用。实践证明,以地热能包括地下水、土壤、地表水等作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季采暖供热的低温热源,实现采暖、供冷、供生活热水,替代传统的制冷机 锅炉的建筑物空调、采暖、供热模式,是改善城市大气环境、节约能源的一条有效途径,也是我国地热能利用一个新的发展方向。

  建筑结合太阳能供热与制冷:太阳能是各类建筑最方便、最直接应用的可再生能源,其特点是分布广泛,使用清洁。通过高效太阳能转化利用和能量蓄存调节技术,可以有效将太阳能转化为可供建筑利用的冷量和热量。其中,太阳能集热器起到将太阳辐射转变为热能的关键作用。这些热能可以进一步满足建筑用能需求。绿色能源楼中采用了五种太阳能集热器,充分把太阳能转变为热能,用于冬季采暖、夏季空调、四季生活热水等。包括:采用热管吸热体的热管式真空玻璃管集热器,用于全年生活热水供应,冬季辐射采暖以及夏季利用集热器产生的60-90℃热水驱动吸附制冷机进行空调;采用CPC反射板的中温真空管集热器,可用于冬季风机盘管采暖和夏季利用集热器产生的90-130℃驱动吸收式制冷机进行空调;真空管空气集热器,夏季产生60-90℃的热风驱动实现空调除湿,冬季直接产生热风采暖;采用腔体吸收器的槽式聚焦集热器,可产生150-200℃的热能进行太阳能制冰或低温太阳能热发电;用作建筑幕墙的平板太阳能集热器,这里集热器同时也成为建筑围护结构的一部分,实现保温隔热功能的同时,还能产生热水满足采暖和生活热水之需。

2)以供冷为主,采暖负荷较小且无法利用热泵提供热源的建筑;

110.67+4.04

2 高温地源热泵技术

  绿色能源楼分两个层次应用了智能化技术。一是智能化家居,一套示范智能公寓位于绿色能源楼三层,采用了家庭能源管理系统(HEMS),是它也是整个大楼能源管理系统的一个子系统。公寓内配置各种家居设备,其中包括变频多联机空调系统(VRV)、全热交换机(HRV)、空气源热泵以及HEMS。用户可通过多种形式的终端(平板电脑、手机等),利用无线网络实现与HEMS通信,对公寓内用能设备进行监控。特别是,HEMS能够根据用户的用能习惯,对用能设备运行规律训练学习,在节能的同时充分满足舒适性要求。大楼智能化方面,采用了人脸识别和智能监控技术,大楼用能设备能耗分项计量,并能够对设备运行模式进行优化,实现集中控制和显示。

1)电力充足、供电政策支持和电价优惠地区的建筑;

北京2008年奥运会,将以“科技奥运、绿色奥运、人文奥运”为宗旨,环境是一个非常重要的指标,为此,北京市已决定取消四环路以内的燃煤采暖锅炉,利用太阳能、地热能为奥运会会馆场所提供热、冷,这无疑给地热的开发利用提供了一个良好的契机。

  绿色能源楼还突出了废弃物能源化处理的概念。一般情况下,各类建筑或者建筑社区会产生大量的固体垃圾。传统处理方法是集中储运后填埋或焚烧。绿色能源建筑则采用了分布式废弃物能源化处理的方法,通过仔细分类后就地化处理,极大减少了废弃物的交通运输和集中处理费用。这种分布式处理技术,有效把废弃物转变为生物质能源,再通过上述的冷热电联产技术,最终把废弃物变成了可为建筑利用的电力、冷量和热量。实验室颇具特色的低温热能利用技术可实现很高的总能利用效率,特别是小型低温热驱动制冷和除湿装置等保证了热能的充分利用。这种分布式处理方法与集中式处理向结合,通过联产技术能够变废未能,被认为是未来实现智能城市的重要技术。

4)夜间可利用低谷电进行蓄热,且蓄热式电锅炉不应在日间用电高峰和平段时间启用的建筑;

20-30年以上

2.4 高温热泵技术现状和前景

  太阳能空调供热技术是上海交大太阳能光热研究团队的代表性成果,太阳能空调制冷充分满足了多数地区夏季太阳辐射好,产热多但热量无处可用的问题,是建筑用能与太阳能转换季节匹配最好的选择之一,也是实现太阳能集热器全年高效利用的关键。

冷热源设备的选型具体内容是什么,下面本网为大家解答。

3.6

随着国民经济迅速发展和人民生活水平的提高,采暖、空调、生活热水等的能源需求越来越大,是一般民用建筑物能源消费的主要部分。在发达城市,夏季空调、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的40-50%。特别是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用,给大气环境造成了极大的污染。因此,建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。

  我们知道,传统的住宅能耗中空调、采暖和热水占了65~80%,利用可再生能源来解决这些需求,或者提高空调、供热设备的效率是未来建筑能源技术的必由之路。

2)具有热电厂的地区,宜推广利用电厂余热(蒸汽和热水)的供热、供冷技术,如选择溴化锂吸收式冷水机组作空调冷源;

能源种类

一机多用,可满足不同用户的空调、采暖、制备生活热水的要求。

  要把未来的建筑变为能源工厂,第一步要实现的是建筑的“零能耗”,即“零能耗建筑”。是指建筑使用过程消耗的能源与建筑自身生产的能源能够基本平衡。如果生产的能量超过了建筑自身消耗的能量,则能够实现能源输出,即“产能建筑”。中意绿色能源楼的一套示范公寓按照“零能耗”原则进行了建设。其特点是:围护结构尽可能做到与气候特征和供热空调特点相符合;建筑构造方面尽可能利用被动太阳能建筑的思想,实现自然采光,被动采暖和强化通风;屋顶安装太阳能集热器,向阳的建筑里面安装太阳能光热幕墙,提供全年生活热水,夏季空调和冬季采暖;屋顶光伏并网电力系统;节能灯具和高效热泵;与太阳能供热空调适应的小温差换热末端;全热回收和太阳能新风除湿。我们的实践表明,上述技术的适当组合,完全可以实现零能耗建筑。特别是,随着建筑能效标准的提高和可再生能源建筑结合应用技术的经济性和成熟度不断提高,零能耗甚至是产能建筑距离我们的生活越来越近。

210.51

2.1 高温地源热泵的概念

  学者小传

表3 年运行费用比较 单位:万元/年

输出热水温度高:最高输出热水温度为75℃。我国目前正在对城市燃煤采暖系统进行改造,为了适应原采暖系统的室内末端设备,必须有较高的热水温度,高温热泵就具有这一特性;

  代彦军,上海交通大学机械与动力工程学院教授,博士生导师,教育部太阳能发电与制冷工程研究中心副主任。1999年西北工业大学获得博士学位,2001年上海交通大学博士后出站后留校,2005年破格晋升教授。任国际学术期刊《solar energy》副主编,《太阳能学报》编委,中国可再生能源学会热利用委员会委员,上海市太阳能学会理事。主要从事太阳能利用与建筑节能方面的研究工作,曾任香港大学机械工程系Research Associate,美国North Dakota State University机械工程系访问教授。目前发表论文200余篇,SCI/EI收录60余篇,SCI他引530余次,出版有《太阳能制冷》,获得发明专利11项。近年来做为负责人承担太阳能领域国家自然科学基金、国家863计划,国家科技支撑计划等各类项目多项。在太阳能空调制冷、吸附除湿技术及应用方面取得了原创性成果,获2010年国家技术发明二等奖,2007年教育部科技进步一等奖,2008年上海市自然科学一等奖,中国国际工业博览会银奖等。荣获上海市曙光学者(2011),上海市科技启明星跟踪计划(2010),上海市优秀青年教师(2008),教育部新世纪人才(2006)等称号。研究成果为日本大金公司、国内太阳能企业应用;关于城市可持续能源研究计划获得新加坡国家研究基金会资助,组成联合研究团队进行攻关;获得意大利环境部资助,建成中意绿色能源实验室。

1、主机购置费

商用和民用热泵技术在国外已相当普及,以其高效、节能、环保、利用可再生资源等众多众所周知的优势在近几年得到了迅速的发展。目前市场上的热泵设备主要以风冷热泵和常温地源热泵为主,热泵的输出温度低于55℃,主要以R22为工质,其主要缺点是出水温度低,受到地区性和项目使用特性的限制,使用范围不广,高温热泵技术在这方面取得了一定的突破,其主要表现在于:

  绿色能源楼的空调与供热

2.2 高温地源热泵的几个关键技术