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1、2 0 0 1 年第 2 期华东电力 暖通空调与节电技术 王仲丹 ， 吴喜平z ( 1 .上海市电力公司， 上海2 0 0 0 0 2 ; 2 .上海同济大学热能工程系， 上海2 0 0 0 9 2 ) 关键词: 空气调节; 制冷机; 节电; 冰蓄冷 摘要: 根据1 9 8 6 -2 0 0 。 年上海用电量和用电量峰谷差的实际情况， 介绍了城市空调、 地铁环控用电、 蓄冷空 调技术和变风量空调等用电方式和节电的关系及其发展前景。 中图分类号 : T K0 2文献标识码 : B文章编号: 1 0 0 1 - 9 5 2 9 ( 2 0 0 1 ) 0 2 - 0 0 1 5 - 0 3 1 1
2、 9 8 6 - - 2 0 0 0 年上海用电情况 随着上海经济持续、 高速、 稳定发展和人民生 活水平的不断提高， 上海用电需求量逐年增长， 特 别是夏季用电高峰负荷每年骤增， 而且峰谷差逐 年拉大( 图1 ) 。从 1 9 8 6 年以来， 夏季高峰用电负 荷每年约以1 0 %的速度增长， 峰谷差也以同比速 度增长。 为此， 电力部门加快了大机组和大容量电 站建设， 但仍未能完全解决， 一旦用电高峰结束， 用电负荷随之下降， 投运的机组又达不到的经济 运行状态。因此电力需求侧管理( D S M) 一方面应 提倡节约高峰时段用电负荷， 另一方面应积极采 取移峰填谷措施， 用技术手段来提高用
3、电负荷率， 使发电机组经济运行， 提高机组利用率， 降低发电 煤( 油) 耗， 减少供电线损， 达到节电目的。 居民) 的住房和办公房室都开始用空调( 包括中央 空调系统和家用小型空调器。 据统计， 夏季空调的 冷源 9 5 %以上都是通过用电获取的， 其余 5 %为 澳化铿吸收式制冷机， 虽其燃料为煤、 油、 汽， 但该 系统仍使用大量的用电设备如水泵、 风机、 控制设 备等。 空调系统用电的特点是: 大多消耗高峰时段 的电; 用电量大， 占建筑耗电7 5 %以上。可见， 空 调是用电高峰负荷急剧上升和用电负荷谷差拉大 的主要因素之一。 暖通空调工程技术人员目前主要研究课题 是， 一方面，
4、如何创造更加舒适的和符合要求的空 气环境另一方面如何才能更大限度地节电和对电 网进行移峰填谷。比如采用蓄冷( 热) 原理。 1 l o o 1 0 0 0 9 0 0 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 口最高负荷9 0 5 1 .最大用电峰合麦， 0 2 7 e 6 91 l丽 533 6044 4 93 3 5 13 7 9 一 I 1 寿套石308 眺寿l毛 9 8 6 9 a 3 9 a B 9 叭9 9 9 12 9 1 9 1 A 9 5 9 )9 9 9 B 9 2 d 图 1 上海电网历年最高负荷及峰谷差变化柱形图
5、 2 城市空调与节电 国内空调的应用大致可分为 3 个阶段: ( 1 ) 6 0 - 7 0年代首先应用于纺织厂和电子 元件厂需要空调的车间; ( 2 ) 8 0 -9 0 年代初， 在影剧院、 宾馆、 商场等 开始广泛应用空气调节系统; ( 3 ) 9 0年代中期以后， 社会各界( 包括普遍 3 地铁环控用电的节电 地铁具有快捷、 方便、 不污染环境等优点， 但 其投资大， 运行费用相对较高， 成为影响其迅速发 展的主要障碍。就环境控制( 即空气调节和通风) 而言， 仅仅上海地铁 2 号线一个车站的最大装机 用电负荷就高达 5 0 0 0 k W， 节电大有文章可做。 地铁环控分2 个部分，
6、 即区间和车站。 前者主要靠 通风来降低隧道内的空气温度， 而后者无论站厅 层还是站台层都需要空调系统。 区间通风， 一方面 由设在地铁站两端的 4台事故风机( 每台功率 1 8 0 k W) ， 在夜间列车停运时向隧道内送风和排 风来降低区间内的空气湿度; 另一方面白天列车 运行时， 所产生的活塞风经过活塞风道， 由地面上 的风亭排出区间内的空气和吸人外界的温度较低 的空气， 对隧道内进行通风。 为了避免和减少列车 运行所产生的活塞风进人车站的站台层和站厅 层， 在车站和区间的交汇处设置冷却阻尼风， 它是 沙召赎 华东电力2 0 0 1 年第 2 期 由车站空调系统中的空调箱送出的冷风， 风
7、量是 整个车站空调送风的2 5 %， 风量为 2 X1 4 . 2 X1 0 4 m3 / h 。 耗电量约需4 0 0 k W。 通过研究分析， 提出 了在绝大多数室外空气焙值小于隧道内空气烩值 时的期间内， 应设法使冷却阻尼风成为一个独立 系统， 直接利用室外新风， 以节约大量电能。 地铁作为地下建筑， 具有一定的密封性和空 调负荷的特殊性， 在地铁初期运营时， 隧道土壤温 度较低， 列车活塞风对站台和区间有降温作用， 可 承担一部分空调负荷; 而长期运营中， 由于区间周 围土壤温度升高， 会加大空调冷负荷。因此， 合理 选择和适时安装冷冻机和管风系统显得尤其重 要， 这也是节电的关键措施
8、之一。 传统的闭式系统车站与隧道完全联系在一起， 车站空调通风系统冷负荷主要来源于地铁列车的 加速、 匀速运行、 制动、 空调、 接触网或 3 轨等， 占地 铁得热量的 6 0 %左右， 而现在许多国家城市的地 铁、 轻轨已在站台设屏蔽门， 将车站空调区域与区 间隧道通风区域分隔开， 仅当列车停站时才打开屏 蔽门) 供乘客上下。 与传统的闭式系统相比， 车站空 调系统和区间隧道通风系统相对独立， 相互影响减 到最小， 车站空调冷负荷也发生了本质的变化。同 时采用屏蔽门以后， 车站空调通风冷负荷仅由客 流、 照明、 广告、 导向牌、 自动扶梯、 自动售检票设 备、 屏蔽门关闭和开启的渗漏风、 围
9、护结构的传热 等引起， 是闭式系统冷负荷的4 0 %。 所以研究人员 通过对广州地铁 2 号线几个车站的分析研究， 重点 介绍了采用屏蔽门后， 客流、 屏蔽门的渗漏风和新 风量对车站空调冷负荷的影响程度和应采取的措 施， 从而达到运行时节电的目的。 大。但也有很多具体技术问题尚待进一步解决， 如 冰浆中冰晶与流体换热现象不同于普通颗粒与流 体间的换热; 在盘管式的冰蓄冷装置中， 由于水的 密度随温度的变化而变化， 而且冰的传热性能很 差， 这给夜间结冰和白天融冰都产生了麻烦， 通常 科技人员用间歇式扰动的方法， 以克服这些缺点。 相变材料蓄冷的一大特点是可以改变相变材 料的相变温度。 水的相变
10、温度为0 C， 所以制冷机 的蒸发温度必须在一6以下。 众所周知， 蒸发温 度愈低， 耗电量愈大( 冰蓄冷空调系统中多消耗的 是低谷电) 。如采用相变材料的凝固温度为6， 融化温度为 9。对各种蓄冷系统和常规系统分 别进行供冷季节运行能耗和总电费的计算， 分析 比较得出这样的结论: 蓄冷优先/ 主机下游方式最 为适合于相变材料蓄冷系统; 盲目地拉大峰谷电 价比是没有必要的， 峰谷电价比增至 3: 1 至 4: 1 就可以取得很好的效果。 4 蓄冷技术与电网移峰填谷 蓄冷空调是电网移峰填谷最有效的方法之 一。 目前蓄冷材料主要有水和相变材料， 主要利用 其相变时的潜热来储存能量。 夜间用电低谷时
11、， 制 冷机工作制冷使水或相变材料变为固态， 白天用 电高峰段， 再使水或相变材料变为液体， 释放冷量 供空调用。 冰浆蓄冷在区域供冷中具有极其广阔的前景。 冰浆实际上是通过在水中加人少量浓度的乙二醇 水溶剂后， 再将其温度降至其冰点以下， 形成细小 的冰晶与乙二醇溶液的混合物。 其在冰蓄冷空调技 术中的最大优点是消耗单位的电功率的制冷量最 5 变风量空调与吸收式制冷机与节电 变风量空调系统因其舒适、 节电等优点在许 多国家的高级办公楼中已得到广泛应用， 上海目 前也有1 0 余幢大厦采用了变风量空调系统。 所谓 变风量空调系统， 即当室内空调冷负荷变化时， 改 变送风量来维持室内的温、 湿度
12、不变。 它主要靠变 风量末端装置( V A V B o x ) 随室内负荷变化自动 调节送风量， 来维持室内空气状态点不变。 变风量 空调系统总送风量是根据瞬时各房间风量之和来 确定的， 考虑到系统冷负荷的参差率， 显然比定风 量系统总送风量小， 在空调电能消耗中， 输送系统 的电能消耗要占到 3 0 %以上， 所以变风量系统的 电能消耗和风管尺寸都要比常规的定风量系统 小。由于种种原因变风量空调系统在国内尚无非 常成功的范例， 因此 目前当务之急是加强对变风 量空调系统方案的探讨、 自动控制软件程序的研 究开发、 智能决策支持系统的调研和运行效果的 追踪。 上海期货大厦变风量空调系统实际状况
13、的 初步分析 和 变风量空调系统的室内气流组织和 控制方法 都是对上述工作开展和总结的结果。 制冷机主要有 4大部件组成: 压缩机、 冷凝 器、 节流阀和蒸发器。 通过消耗电能使制冷剂在这 4 大部件之间循环， 把热量从温度低的地方( 蒸发 器) 送到温度高的地方( 冷凝器) 。 热泵就是以冷凝 器放出的热量来供热的制冷系统。前面已提到制 2 0 0 1年第 2 期华东电力 吸收式除湿供冷技术的特性研究 刘东， 陈沛霖 ( 同济大学热能工程系， 上海2 0 0 0 9 2 ) 关键词: 除湿; 供冷; 空调; 节能 摘要: 描述了吸收除湿技术的特点及其与相关技术相结合进行供冷的各种方式。通过对
14、这一技术的分析， 结 合目前我国的能源特点， 提出吸收除湿供冷是机械制冷技术的有益补充， 可以利用夜间的低价电力， 对电网的 平衡起一定的作用， 因此是一种极有前景的制冷方式。 中图分类号: T B 6 6文献标识码: B文章编号: 1 0 0 1 - 9 5 2 9 ( 2 0 0 1 ) 0 2 - 0 0 1 7 - 0 3 除湿是空调系统空气处理过程中必不可少的 环节， 在空调系统中常采用的除湿原理有升温降 湿、 冷却除湿、 吸收或吸附除湿。其中吸湿剂除湿 的原理是利用某些物质吸收或吸附水分的能力， 除去空气中的部分水分。吸湿剂可分为吸收式与 吸附式， 吸收剂有氯化铿、 三甘醇等， 吸
15、附剂有硅 胶、 活性炭等。 由于机械制冷带来了C F C 、 热环境和能耗等 问题， 除湿技术与其它技术相结合的供冷技术作 为压缩式制冷方式的有益补充， 开始显现其独特 的优势。 吸收式除湿设备可以是固定静止式的， 也可 以是转轮式， 目前广泛应用于实际工程中的主要 是转轮除湿机， 它的主体结构是一不断转动的蜂 窝状干燥转轮。除湿转轮在除湿过程中不断地缓 慢转动， 处理空气区域的转轮扇面吸收了水分子， 变成了饱和状态后， 将自动转到再生空气端扇区， 进入再生过程; 在再生过程中， 再生空气经加热 后， 进入转轮再生区扇面， 在高温状态下， 转轮中 的水分子被脱附， 散失到再生空气中。 再生空气
16、由 于在脱附过程中散失了热量而使自身温度降低， 变成了含湿量较大的湿空气， 并由再生风机排至 室外。 在上述边除湿边再生的过程中， 空气不断除 湿， 转轮不断再生， 如此反复， 连续进行除湿过程。 从转轮除湿机的工作原理可以看出除湿和再 生过程是相互影响的， 研究其性能应该将两者结 合考虑。吸收式除湿的主要能量消耗是吸湿剂再 生过程的加热， 其它的能耗有处理空气的风机、 再 生空气的风机、 转轮转动的电机等。如一台 ML 1 1 0 0 E型转轮除湿机的再生能耗占8 6 . 8 9 0 0 , 处理风机占7 . 9 0 o ， 再生风机占3 . 9 5 0 o ， 转轮驱动 电机占1 . 2
17、6 % 0 。 由此可见要提高吸收式除湿供冷 系统的性能应该重点研究再生的能耗问题。 此外了解除湿和再生过程的传热和传质机理 是进行基础研究的关键， 除湿和再生过程是两个 复杂的传热传质过程， 它主要受到以下 4 方面因 素的影响: 首先是除湿剂本身的性质( 真密度、 粒 密度、 填充密度、 微孔容积、 孔隙率、 比表面积、 平 均孔径、 饱和吸水量、 再生温度、 吸附热等) ; 其次 是除湿设备工作的环境( 温度、 湿度、 压力等) ; 三 是再生能源的性能( 温度、 湿度、 压力、 再生空气的 流量等) ; 四是除湿设备的结构特性。研究吸收式 除湿过程应该将以上因素结合起来考虑( 在一些
18、情况下 ， 可以做相应的简化) 。 冷机的蒸发温度愈低， 在以同样热量转移过程中 耗电能就愈大， 反之， 耗电能愈小。 土壤热源热泵工作原理提高了制冷机的蒸发 温度， 因为冬季土壤温度比空气温度高， 从而大大 节约了电耗， 一般可节约 2 0 %的电能。但在使用 过程中还有很多具体技术问题需要解决， 例如: 土 壤深度、 地区系统设置等对土壤热泵启动和运行 的影响 。 澳化锉吸收式制冷机是以油、 汽或煤作为制 冷的动力， 但是其辅助设备也要消耗电能， 如何来 提高其制冷效率， 减少油、 汽、 煤以及电能消耗， 是 科技人员和制造厂家以及应用单位普遍关心的问 题。 如果吸收式制冷机和制冷机匹配合适， 再加上 蓄冷技术的应用， 对电网的供电移峰填谷将起到 非常大的作用和影响。 收稿 日期: 2 0 0 0 - 1 1 - 0 3