關于空調制冷系統的節能環保問題的探討
國內的空調制冷系統應用非常廣泛,涉及的領域也非常廣,大到尖端、國防、化工生產、畜牧水產漁業、肉類食品加工、果蔬培養,小到菜籃子及千家萬戶日常生活,幾乎無所不及。
空調通風方面,傳統的空調設備和系統存在著兩個主要問題:一是空調系統是耗能多,而且是用電負荷高峰時的主要用電設備,由此帶來的能源環境問題不利于社會的可持續發展;二是長期生活和工作在空調環境中的人,由于新鮮空氣少,室內空氣品質較差,對身體健康產生不良影響,此外還有吹風感等舒適性問題。因此象冰蓄冷空調,輻射供冷、供熱吊頂系統這樣全新意義上的節能環保、健康舒適的空調設備和系統成為整個行業發展的趨勢,追求的目標。
制冷低溫方面,市場容量會逐漸擴大,低溫生產車間、冷凍廠、冷庫的建設也會隨之加快。然而制冷低溫系統大多采用含氯含溴的合成制冷劑(如氟利昂等)作為冷媒,而這類制冷劑對大氣臭氧層等自然環境產生嚴重破壞,在替代冷媒仍屬未定的局面和環?範幦找鎳乐氐那疤嵯,采用破壞臭氧層潛能值ODP和溫室效應潛能值WGP均為0的氨冷媒將是一個趨勢。
1 空調制冷系統新設備、新技術
隨著整個空調制冷行業在節能環保和健康舒適等方面的不斷深入改進和研究,空調制冷系統方面的新設備、新技術不斷涌現。筆者將從空調制冷機組、末端裝置、冷媒方面簡要介紹冰蓄冷空調系統、輻射供冷供熱吊頂系統合氨冷媒系統。
1.1 冰蓄冷空調系統
我國的電力工業發展很快,年發電裝機容量已達到世界第2位, 2.5億千瓦。但是,盡管如此,我國的電力供應仍日益緊缺,尤其是高峰不足與低谷過剩的矛盾日益突出。若采用需求側調控的方法,如空調的冰蓄冷等可以將用電時間移至非高峰期,起到“移峰填谷”的作用。與使用常規空調相比,冰蓄冷空調有25%左右的移峰能力,理論上可轉移11%的高峰負荷到低谷,從而達到節能又環保的目的。
1.1.1 冰蓄冷空調系統裝置
筆者介紹最新文獻報道的一種冰蓄冷空調系統,該系統由冰蓄冷主機、水力控制模塊、蓄冰槽三大部件組成。
冰蓄冷空調系統主機形式多樣,包括風冷蓄冷產品和水冷蓄冷產品,壓縮機可采用渦旋、螺桿和活塞式。在缺水或日夜溫差大的地區可使用風冷主機,其它地區可選用水冷主機。水冷產品中螺桿機效率較高,可優先選用。對于風冷、熱回收、水源熱泵型等壓縮比大的應用場合,活塞機、渦旋機的效率也不錯、且價格實惠,可考慮使用。對于具有多臺壓縮機的主機,由于其部分負荷性能好、備機功能強,同等條件下應優先考慮。
帶有蓄能量測量裝置和嚴密隔熱防潮措施的模塊式蓄冰槽,安裝極其方便,只需將蓄冰槽體就位和接管即可,不需任何槽體內部安裝工作。另外串聯系統中冷水機下游布置方式可以降低成本,改善蓄能槽放熱特性。
水力控制模塊包括乙二醇載冷劑泵、冷卻水泵、空調水泵、乙二醇板式換熱器、閉式膨脹水箱、過濾器、電動調節閥門、蓄冷系統的電力控制柜,以及排氣、泄水口。水力控制模塊已經各種運行模式的水力平衡設計和校核,換熱器和水泵的工作性能匹配優化。
該系統還能與熱回收、水源熱泵結合,以進一步提高使用效能和產品的可靠性。另外避免了大量復雜機房設計和現場裝配工作,質量可靠、運行性能佳。
1.1.2 冰蓄冷空調系統的運行控制特點
冰蓄冷空調運行模式多樣,除主機外還要控制蓄冰槽的工作,以及主機和蓄冰槽出力分配和優化運行。因此,新型的冰蓄冷空調運行控制系統應包括:①簡單、直接、精確的蓄冰量測量裝置,以保證室內空調參數的穩定。②根據外界氣候條件變化或空調水溫變化的情況自動判斷和預測最佳工作模式和最佳空調水工作溫度,如冰蓄冷系統的主機優先和融冰優先策略。自適應控制邏輯將根據外部需求和蓄冰槽的蓄冰情況,最大限度地發揮融冰優先的控制優勢。③實現與空氣端DDC(直接數字控制)裝置的信息傳遞。
1.2 輻射吊頂板
二十世紀八十年代中后期,多種水源輻射空調系統形式在歐洲出現。輻射吊頂是這類系統中的代表,一般來說,水流經特殊制成的吊頂板內的通道,并與吊頂板換熱,吊頂板表面再通過對流和輻射的作用與室內換熱,通過控制吊頂板表面溫度而達到控制室內熱環境的目的。我國廣大地區四季分明,隨著經濟發展,既要求空調又要求供熱的建筑越來越多,輻射吊頂可以實現制熱和空調末端統一的形式,從而節省資源,避免重復投資。
1.2.1 輻射吊頂板末端裝置
一種帶有通風末端的模塊式輻射供冷、供熱吊頂板。它將通風末端和輻射吊頂集成,將供冷、供熱和通風三者的末端裝置全部統一。具體而言,就是以硬聚氯乙烯PVC為原材料制造標準的吊頂板模塊,其上設有相對獨立的水通道和風通道。在吊頂板中部設有獨立的空腔,水得以在其中流動并換熱,從而達到向室內供冷、供熱的目的(夏季通水溫度約為17℃,冬季約為35℃);而在吊頂板的四周區域另設有空腔,使得空氣得以流動,而吊頂板向室內一側表面開有孔洞,實現向室內的送風。
這一輻射吊頂板通過配套的專用空氣處理與換熱機組,與建筑中空調系統相連,作為空調系統的末端裝置,實現控制調節室內熱環境、濕環境和空氣品質的目的。
1.2.2循環輻射吊頂系統形式
文獻3提出的內循環輻射吊頂供冷、供熱系統形式,是指采用間連的方式,通過一板式換熱器將水系統分為一次水側—即外循環水系統,和二次水側—即內循環水系統。
采用這一間接連接的內循環輻射吊頂系統形式,大大降低了對輻射吊頂板制造材料的要求,使得價廉物美的PVC板材得以使用(成本約為國外產品的十分之一),大幅度提高了輻射吊頂供冷、供熱系統的競爭性,同時,系統的調節特性也大大增強。
1.3 氨冷媒制冷系統
全球環保意識不斷提升,對大氣臭氧層破壞嚴重的,現在仍大量是用的含氯含溴的合成制冷劑(如氟利昂等)勢必被停用,氨冷媒作為現階段較為環保的替代冷媒具有較高的實用價值,需求也越來越高,氨雖然具有危險性,但在良好的管理下,使用水或不凍液的間接冷卻氨冷媒,使氨冷媒充填量減至最低,加上有足夠必要的防災措施,氨冷媒從成本和效率來衡量,顯然占有極大的優勢。因此總體來說氨冷媒是利遠大于弊的。
1.3.1 氨水吸收式系統及氨吸附式熱能制冷系統
氨與水具有冷媒與吸收劑的功能,這種組合稱為氨水吸收式系統。氨水吸收式系統包括發生器、吸收器、凝結器、蒸發器與溶液熱交換器等組件,另外再加上除水器及分析器等兩個額外組件。氨水吸收式系統可以達到0 ℃ 以下的蒸發溫度,具有大氣壓力以上(正壓)的壓力操作的優點,較之Br/水系統具有系統簡單,操作方便,更廣泛的工程實際應用。
在固態吸附式冷凍系統方面,目前在實驗室中已可利用高效率的復合氯化鈣吸附劑來吸附氨冷媒,該系統被稱為氨吸附式熱能制冷系統。系統無壓縮機、沒有動件,維修需求低于傳統的氨壓縮制冷及氨水吸收制冷系統。系統以余熱為能源,舉凡溫度大于110 ℃之蒸汽、廢汽、余熱、引擎廢氣、高溫廢水、煤火均可以做為氨脫附的熱源,達到能源回收再利用的目的。
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