气候变暖是跨越国界的全球性挑战,会引发长期深层次的危机,如极端天气增加、海平面上升、传染病增加、濒危物种灭绝、冲突和战争爆发等。为应对气候变化,全球197个国家于2015年在法国巴黎通过了《巴黎协定》,旨在大幅减少全球温室气体排放,将气温升幅限制在比工业化前水平高2 ℃以内,并努力控制在1.5 ℃以内,每五年审查一次各国对减排的贡献。2020年9月22日,习近平主席在第七十五届联合国大会上发表重要讲话,提到“2019年爆发的新冠肺炎疫情启示我们,人类需要一场自我革命,加快形成绿发展方式和生活方式,建设生态文明和美丽地球。人类不能再忽视大自然一次又一次的警告,沿着只讲索取不讲投入、只讲发展不讲保护、只讲利用不讲修复的老路走下去。中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,力争于2030年前达到二氧化碳排放峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。
“双碳”战略背景之下,作为与人类生产生活息息相关的建筑业,碳排放量更不容小觑。而作为建筑运行使用阶段的能耗大户,暖通空调系统的能耗一直独占鳌头,因此对于能否达成“双碳”目标,暖通空调的节能变得至关重要,成为关乎国计民生的大事,大力推广节能系统意义重大。
随着暖通行业技术的日益成熟与推陈出新,暖通空调的节能系统已在较多领域应用,如酒店、写字楼、商场、医院医疗、生物制药、工业制造、数据中心、食品加工等。其中应用较为广泛的系统有高效机房全变频系统、热回收系统、自然冷却系统、热泵系统、冰蓄冷系统,本文将对这几种节能系统的特点和适用场所进行阐述。 1、高效机房全变频系统
高效机房全变频系统指采用变频冷水机组及变频附属设备如水泵、冷却塔等并搭配能源管理平台的节能系统,适用于酒店、写字楼、医疗、数据中心等场所。以酒店建筑为例,一般全变频系统较定频系统节能约30%。
一、冷水机组变频
冷水机组变频节能分为部分负荷下的节能和低冷却水温下的节能两方面。下面以离心机组为例,详细阐述其节能原理。 ∙部分负荷下的节能
常规空调设备的容量是按照建筑物最大负荷配置,且留有设计余量。在没有采用变频调节的系统中,无论季节和用户侧负荷如何变化,各设备都长期在定频状态下全速运行,定频机组通过调节导流叶片开度来调节机组负荷,高效率点在70%~80%负荷,当负荷继续降低时,电机转速恒定,单位电耗增加。而变频机组通过调节导流叶片开度和电机转速来调节机组负荷,在部分负荷下,电机转速下降,可有效降低电耗。 ∙低冷却水温下的节能
在过渡季节,冷却水温度一般远低于设计工况。对于定频机组,稳定运行需有恒定的蒸发压力和冷凝压力。但冷却水温度降低后,冷凝压力随之降低。为维持机组运行,需关小导叶开度,减小循环量,以调整压缩机工作点,来适应更低的冷凝压力。这样不但降低了机组效率,还消耗了更多电功率。而变频机组可以通过调节电机的转速来适应冷凝温度与压力的变化,在冷却水温度越低、负荷越低的情况下,电机转速越小,节能越显著。
地源热泵系统二、水泵变频
常见的空调水系统流量调节方式为变阀开度调节和水泵变频调节。变阀开度调节是通过改
变管道阀门的开度来调节泵的流量,特点是水泵的性能曲线不变,泵的功率基本不变,但相较于水泵变频节能量有限。变频调节是通过变频器改变电源的工作频率,从而实现对电机的无级调速[1]。由《流体力学泵与风机》第十一章叶片式泵与风机的理论可知,水泵功率与转速的3次方成正相关关系,当系统实际所需的供水流量降低时,可以相应地降低水泵转速,使水泵功耗降低。因此,当季节、昼夜温差变化或末端需求变化时,系统处于部分负荷状态下,水流量都会低于额定流量,均可通过水泵变频实现能耗降低。
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2、热回收系统
热回收系统的基础是同时有冷热负荷需求,一般用于生产工艺、酒店等(有生活热水、泳池、厨房/洗衣房热水)。常见的形式有两种,一是机组自带热回收器,通过机组自身实现的热回收;二是机组为常规主机,通过在水系统增加板换实现的热回收。
一、机组自带热回收器的热回收