室外微環(huán)境對空調(diào)節(jié)能的影響

1、室外微環(huán)境對空調(diào)節(jié)能的影響摘要：室外微環(huán)境的改善，特別是空氣溫度的降低可以減小新風負荷，提高機組的cop值，從而實現(xiàn)空調(diào)節(jié)能，達到降低建筑能耗的目的。并通過一個實例，求得在室外溫度降低1.2的情況下，可以使空調(diào)能耗降低7.5 w/m2，節(jié)省電量3.2 w/m2，同時還改善了周圍的居住環(huán)境，提高了空氣質(zhì)量。關(guān)鍵詞：新風負荷 cop 空調(diào)節(jié)能influence of the outdoor microenvironment on air conditioner energy-savingabstract: the improvement of the outdoor microenvironmen

2、t, especially the reduce of air temperature can reduce fresh air load, improve cop value of the unit and realize air conditioner energy-saving, achieve the goal of reducing building energy consumption. and it can make air conditioner energy consumption reduce 7.5 w/m2, save electric consumption 3.2

3、w/m2 when the outdoors temperature reduces 1.2 by calculating the instance. at the same time it improves the living environment and air quality around.key words: fresh air load; cop; air conditioner energy-saving0.引言21世紀，隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，各類現(xiàn)代化建筑特別是空調(diào)建筑不斷增多?？照{(diào)系統(tǒng)在為人們提供舒適工作、生活環(huán)境的同時，空調(diào)能耗隨之也成為建筑能耗大戶。據(jù)統(tǒng)計，我國

4、建筑能耗約占全國總能耗的35%，空調(diào)能耗又約占建筑能耗的50%65%左右。由此可見，暖通空調(diào)能耗占總能耗的比例可高達 22.75%1。在炎熱的夏季，成千上萬的空調(diào)將大量的廢熱排入周圍的環(huán)境中，使周圍環(huán)境溫度升高，而這又反過來增加了空調(diào)的使用數(shù)量。如此反復(fù)，形成了惡性循環(huán)。這也是形成城市“熱島效應(yīng)”的一個重要因素。因此節(jié)能與環(huán)保已成為當今世界關(guān)注的焦點，我國甚至將它列為是否能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。建筑界早已提出了低能耗健康建筑的概念，即追求在盡量少用不可再生資源和能源條件下，為人民的生活和生產(chǎn)創(chuàng)造衛(wèi)生、健康和合理的建筑環(huán)境，且將之定位為保證人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。在建筑能耗占整個能源消耗的

5、比例不斷增加的現(xiàn)狀下，尤其是當前世界“能源危機”日益緊迫的關(guān)頭，空調(diào)建筑節(jié)能特別是建筑中的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能已成為節(jié)能領(lǐng)域中的一個重點和熱點。而建筑室外微環(huán)境是影響空調(diào)能耗的重要因素，從室外環(huán)境著手考慮是解決空調(diào)節(jié)能問題的關(guān)鍵。1. 室外環(huán)境對空調(diào)節(jié)能的影響室外環(huán)境主要從氣象和綠化來影響空調(diào)節(jié)能，這是因為空調(diào)負荷是由建筑周圍的空氣溫度決定的?？照{(diào)負荷的確定是建立在室外環(huán)境的基礎(chǔ)上，研究空調(diào)節(jié)能應(yīng)該充分利用室外對室內(nèi)的熱作用，使之對改善室內(nèi)熱環(huán)境起到積極的作用。1.1 綠化對室外溫度的影響眾所周知，空調(diào)建筑周圍良好的植樹和綠化不僅能降低微氣候的溫度，減少建筑物吸收的太陽輻射量，改變環(huán)境的熱、濕平衡，有

6、效的降低環(huán)境溫度，降低建筑空調(diào)負荷，提高舒適性，同時還能實現(xiàn)建筑節(jié)能。據(jù)研究，好的綠化在夏季可降低室外向建筑物內(nèi)部傳熱6%30%。在現(xiàn)代城市中，由于城市人口的急劇增加，城市中人為活動變得十分劇烈，這其中包括物質(zhì)和能源的大量消耗，城市建筑物、道路的大量增加，污染物的大量排放，它不僅改變了自然環(huán)境，而且在不斷地破壞著自然生態(tài)環(huán)境。在市區(qū)一方面由于城市人口密度、建筑物密度遠比郊區(qū)高，而且建筑物和各種鋪砌的硬化道路等所占的面積約在%以上，綠地相對較少，城市中各種建筑物及硬化路面對太陽輻射的吸收和反射強烈，使市區(qū)的局部溫度急劇升高；另一方面，市區(qū)由于各種汽車排熱、家用及商用空調(diào)放熱、工廠排熱等各種人為熱

7、源的放熱也使其局部溫度升高，使得城市“熱島效應(yīng)”越來越嚴重。筆者曾經(jīng)在濟南市某條車輛、空調(diào)很多的街道和一個綠化較好的廣場分別進行過測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)街道處的空氣溫度的確明顯高于廣場的空氣溫度。如圖1所示。 圖1 街道、廣場兩處的空氣溫度 從圖中可以看出兩處的空氣溫度都隨太陽輻射的增強而增大，在14：00時達到最大值。街道的空氣溫度比廣場處約高1.0左右，差異比較明顯，這主要是因為在樹木和草坪的蒸發(fā)冷卻作用下使廣場的空氣溫度得到降低，相對濕度相對大一些。同時由于實測時天空有云出現(xiàn)，使空氣溫度有一些波動。同時從圖中也可以看出中午的時候溫差小一些，而早、晚時刻溫差大一些，這也符合熱島效應(yīng)的特征。1.2

8、室外溫度對空調(diào)節(jié)能的影響室外微環(huán)境對建筑空調(diào)負荷的影響主要是通過室外溫度的降低從而降低通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量、新風負荷和通過影響冷卻水進而影響機組cop值，從而間接影響空調(diào)能耗。通過圍護結(jié)構(gòu)的冷負荷涉及的因素太多，因此在這里也還是按照參考文獻2進行計算，筆者主要通過對新風負荷和機組cop值的計算來研究室外環(huán)境對空調(diào)負荷的影響。1.2.1 新風負荷集中式空調(diào)系統(tǒng)一次回風系統(tǒng)的“新風冷負荷”： （1）式中：是新風冷負荷；是新風量；是室外空氣焓值；是室內(nèi)空氣焓值。對于空調(diào)系統(tǒng)而言，室內(nèi)維持一定的空調(diào)狀態(tài)，室內(nèi)空氣的溫度、為定值，所以為定值?，F(xiàn)行空調(diào)負荷計算中室外空氣計算溫度按gbj19-87規(guī)定夏季空

9、氣室外計算溫度采用歷年平均不保證50h的溫度計算，對某地區(qū)而言為定值，且為計算日的最高溫度，故由此計算得來的新風負荷為定值，且為計算日的最大值。但事實上一天中空氣狀態(tài)不斷變化，這種新風狀態(tài)的變化（即室外空氣溫度的變化）導(dǎo)致新風負荷在一天中周期性變化，而且最大值為按室外空氣計算溫度得來的新風負荷。可見當房間冷負荷出現(xiàn)峰值的時刻與新風負荷出現(xiàn)峰值的時刻不同時，傳統(tǒng)的按室外空氣計算新風負荷會增大空調(diào)系統(tǒng)的計算冷負荷，不利于設(shè)備的合理選型及空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運行。通過對室外溫度和相對濕度的確定，就可以得到室外空氣焓值，從而確定不同時刻的新風負荷。1.2.2 機組cop值理論性能系數(shù)cop（coeffici

10、ent of performance）為：3 （2）式中：為蒸發(fā)溫度，為冷凝溫度。一般情況下，蒸發(fā)溫度可以看作為定值，而冷凝溫度則隨室外環(huán)境溫度的變化而變化：室外環(huán)境溫度越高，即的值越大，的值就越大，機組的cop值就越??；相反，如果通過改善室外微環(huán)境使環(huán)境溫度得到降低，即減小值，那么的值就變小，機組的cop值就增大。這樣就可以提高機組的cop值，從而達到節(jié)能、降低能耗的目的。實際上機組不可能按照卡諾循環(huán)進行，考慮到機組實際和理想工況間的差異，以及系統(tǒng)中各種組成設(shè)備的效率，有的資料給出其效率為0.55。 （3）蒸發(fā)溫度一般取為5；確定冷凝溫度，一般=354。確定冷凝器出口的冷卻水溫度，設(shè)水的進出

11、口溫差=5，則。所以， 2. 計算實例 建筑是濟南市的一個會議廳，位于測試的街道附近，建筑面積525m2，可容納440人，此會議室一般只在下午使用，因此值計算14：0018：00這段時間。夏季室內(nèi)設(shè)計參數(shù)： =0.25m/s， =55%， =27，新風量：10m3/h.人。按參考文獻使用供熱空調(diào)設(shè)計手冊，逐項計算各種負荷，計算結(jié)果如下表所示。 表1 房間冷負荷表 單位：w 房間冷負荷匯總 負荷項目計算時刻14：0015：0016：0017：0018：00待添加的隱藏文字內(nèi)容2傳熱負荷1401214487149731545915617輻射負荷397330263236209室內(nèi)發(fā)熱負荷100041

12、0004200072155423100人體潛熱負荷236542365423654236540房間全熱冷負荷4806748475588976090338926考慮街道處和廣場的溫度有較明顯的差異，根據(jù)測試的干球溫度和相對濕度用idtu軟件計算求得各時刻的室外空氣焓值，采用動態(tài)計算法由公式（1）計算求得各時刻的新風負荷。并與房間的冷負荷匯總，見表2。 表2 總負荷表 單位：w總冷負荷匯總負荷項目計算時刻14：0015：0016：0017：0018：00房間全熱冷負荷4806748475588976090338926新風負荷街道22488.8920777.7816377.7814666.671014

13、4.44廣場2811.1111711.1113544.4443911.1113422.222負荷總和街道7336770963.8978819.2279480.7852492.67廣場70555.8969252.7875274.7875569.6749070.44空調(diào)的能耗由房間的得熱和空調(diào)制冷系數(shù)cop有關(guān)。室內(nèi)得熱隨著室外溫度的升高而增大，而cop隨溫度的升高而減小。這就是說，室外溫度越高，耗電量就越大。如果住區(qū)附近有分布合理、面積足夠的草地，就可以降低住區(qū)的室外溫度，使空調(diào)能耗顯著降低。計算結(jié)果表明下午17：00房間總負荷最大，此時室外氣溫為34.5，新風負荷為35.4w/m2。大約是房間

14、圍護結(jié)構(gòu)得熱量、機器，照明，熱體發(fā)熱等其他熱負荷的三分之一，后者為116w/m2。這樣，空調(diào)負荷總量就是151.4 w/m2。由室外氣溫為34.5，測得，所以；帶入公式（3），計算出cop值為4.3，算出耗電量為35.2 w/m2。在廣場上由于有很多的樹木和草坪，綠化好，使附近住的空氣溫度降低了1.2，這時室外空氣溫度就是33.3，新風負荷為27.9 w/m2，cop為4.5，空調(diào)負荷總量為143.9 w/m2，算得耗電量為32 w/m2。因此，當室外空氣溫度降低1.2時，空調(diào)總負荷降低7.5 w/m2，這樣每平方米面積平均就有3.2w的電量被節(jié)省下來，即空調(diào)能耗節(jié)省了9.1%之多。由此造成的

15、人為排放廢熱量的減小，同時還可以提高住區(qū)周圍的空氣質(zhì)量。按照一個100,000m2的建筑來計算，那么在下午17：00到18：00的一個小時內(nèi)，就可以節(jié)省320kw h的電量，其節(jié)能效果是很可觀的，而且空氣質(zhì)量和居住環(huán)境也會大大提高。3. 結(jié)論（1） 本文中沒有考慮室外微環(huán)境對房間的圍護結(jié)構(gòu)的熱量的影響，如果考慮其節(jié)能效果會更加明顯。需要說明的是，以上的計算結(jié)果只是說明室外微環(huán)境的改變能夠改善環(huán)境，降低空調(diào)負荷，實現(xiàn)建筑節(jié)能；數(shù)據(jù)只是一個參考。（2） 考慮新風狀態(tài)的變化，計算逐時新風動態(tài)冷負荷，使空調(diào)負荷的計算更科學(xué)，同時也有利于設(shè)備的正確選型和空調(diào)節(jié)能，而且新風量越大越節(jié)能。（3） 室外環(huán)境溫度的降低，不僅可以改善人居環(huán)境，而且可以使空調(diào)負荷減小7.5 w/m2，節(jié)省電量3.2