空调新技术对碳排放量影响的探讨
空调新技术对碳排放量影响的探讨
程浩;刘秋新
【摘 要】从对碳排放量影响的角度探讨空调新技术较之常规空调技术的区别,以典型的夏热冬冷地区武汉为例,具体计算了6个应用不同空调技术的工程实例.结果表明,地源热泵、水源热泵、变频技术、蓄能技术、热回收技术在空调系统中的运用能够有效地减少碳排放量,提出了空调系统能耗系数与碳排放量的经验关系式,给出了实现绿空调的措施.
【期刊名称】《工业安全与环保》如何养殖富贵竹
【年(卷),期】2012(038)009
劳动节手抄报内容资料【总页数】6页(P66-70,96)
【关键词】空调新技术;碳排放;空调系统能耗系数;绿空调
【作 者】程浩;刘秋新
【作者单位】武汉科技大学城市建设学院 武汉430065;武汉科技大学城市建设学院 武汉430065
【正文语种】中 文
随着城市化进程的不断加快和现代服务业的日趋发达,建筑能耗在总能耗中所占的比重越来越大,而空调又是主要能耗设备,约占建筑能耗的65%左右[1]。同时,中国以煤为主的能源结构在较长时间内很难改变,在这样的背景下,将空调新技术与减碳结合起来意义重大。
由于不同的空调技术对碳排放量的影响不同,为了探讨这个问题,选取武汉市6个实际工程,分别计算其全年空调负荷、全年空调能耗与碳排放量以及部分空调系统能耗系数,利用计算结果对各空调工程在采用空调新技术和常规空调系统时的碳排放量进行对比分析。
所选6个空调工程的性质、系统形式等基本情况见表1。
文科男生学什么专业好1.1 计算方法与过程
空调系统作为用户层面的用能终端有其特殊性,即受室外干球温度的影响。因此,要将能耗和
需求切实降下来就必须从源头——负荷计算开始。下面以工程1为例给出空调系统能耗与碳排放量的计算方法和过程。
1.1.1 全年空调负荷
采用温频法模拟计算该建筑的全年空调负荷[2],所用武汉地区逐时气象数据来自张晴原根据美国政府数据整理的CTYW(Chinese Typical Year Weather）。将武汉地区典型年气象数据按月划分,以2℃为温频段,每天24 h分为6个时段,每个时段4 h,分别统计各温频段的小时数。图1为武汉市全年的日干球温度,图2为武汉地区全年温频数,表2为一班制的全年温频数(8：00 —18：00）。
文献[3]表明,冷负荷、热负荷与室外干球温度T的关系式可归纳为：
式中,CL为单位面积空调冷负荷,W/m2;H L为单位面积空调热负荷,W/m2;T为室外空气干球温度,℃。
设武汉地区在室外温度低于10℃时开始供暖,室外温度高于23℃时开始供冷,以供暖负荷为例用  BIN参数进行计算,结果见表3。
同理可得年供冷负荷为81.16(kW·h）/m2,则空调年总负荷为126.79(kW·h）/m2,能耗等价值为14.97 T J(1T J=1012J）。
1.1.2 空调系统年能耗与碳排放量
以热泵机组的制冷年能耗量为例进行计算,结果见表4。
同理可得热泵机组年供热耗电量为282 027 kW·h,则热泵机组年总耗电量为768 834 kW·h,其CO2排放量为603.535 t。(在此说明：本文所用CO2计算标准来自BP及ALSTON,且符合中国国情）。
结合文献[4]的计算方法,根据工程中辅助设备及空调末端设备的情况,并设空调机组累计运行时间为2 750 h/a,可得辅助设备年耗电量为338 710 kW·h,CO2排放量265.887 t,空调末端设备年耗电量424 476 kW·h,CO2排放量333.214 t。则该工程中央空调系统的年总耗电量为1 532 020 kW·h,由于我国目前实际条件的限制,如发电站效率低等,我国每kW·h电实际耗费一次能较大。我国火电厂供电标煤耗量为414 g/(kW·h）,即电能转化为一次能的换算率为12 131 kJ/(kW·h）,故该办公楼中央空调系统的年总耗电量转化为一次能形式为18.58 T J,CO2排放总量为1 202.636 t。
1.1.3 空调系统能耗系数CEC
1.2 不同空调技术时各工程碳排放量
同理上述方法,可以对其他各个工程的碳排放量进行计算,同时,也将每个工程的冷热源与应用常规空调系统(电制冷冷水机组+锅炉）时的碳排放量进行对比,液态输送系统的变频与定频对比,风系统的变风量与定风量对比,热回收技术与电加热对比,结果见表5。
2.1 空调新技术与常规空调冷热源碳排放量对比分析
各空调工程冷热源与应用常规空调时冷热源碳排放量的对比分析见图3～图5。
从图3中可以看到,除工程4和工程5的原有冷源与常规冷源相同而导致碳排放量相等外,其他各工程的碳排放量有所变化。工程1和工程3的冷源碳排放量较常规空调的少,其减少幅度分别为9.3%和13.8%,说明采用水源热泵加冰蓄冷系统作为空调冷源时能有效减少碳排放量,其平均减少幅度为11.6%。工程2和工程6的冷源碳排放量较常规冷源时有所增加,其平均增幅为10.6%。原因在于单独采用地源热泵作为冷源时,碳排放量较常规冷源平均减少2.0%,增加蓄冰后,由于系统运行时间的增加,夜间制冷机运行的COP值下降,碳排放量较单独采用
地源热泵时平均增加12.7%。可见冰蓄冷系统运行时本身并不节能,但其移峰填谷作用能使电网供电平衡,降低输配电损失5%～18%,减少了系统的年运行费用,发电装机容量的减少为国家节约了大量的电力投资,并在一定程度上减少了CO2的排放,因此蓄冰技术的应用意义更远大些。除工程4没有设置热源外,从其他各工程可以看到空调新技术所用热源较常规热源的碳排放量明显减少,最大减少幅度48.4%,最小减少幅度30.4%,平均减少幅度41.2%。从图5中可以看出,由于工程4所用冷源为常规冷源,无热源,故其碳排放量相等,其他各工程冷热源全年碳排放量较常规空调冷热源时明显减少,最大减幅为28%,最小减幅为8.5%,平均减幅19.4%。充分说明采用空调新技术的冷热源能有效减少碳排放量。
2.2 输送系统碳排放量对比分析
将各工程中液态输送系统的变频与定频,风输送系统的变风量与定风量对碳排放量的影响进行对比分析 ,见图6、图7。
由图6和图7可知,液态输送系统和风输送系统分别采用变频和变风量均能减少碳排放量。对于液态输送系统,最大减幅38.9%,最小减幅21.3%,平均减幅27.4%;对于风输送系统,最大减幅44.6%,最小减幅22.3%,平均减幅32.4%。说明风输送系统采用变风量较液态输送系统采
用变频对碳排放量的影响更为显著。结合图6和图7,可以得出各工程输送系统总体减碳量的最大平均幅值为31.6%。下面就各工程实际输送系统的综合碳排放量与在假设条件下(均采用变频和变风量）的综合碳排放量进行对比分析,见图8。
从图8可以看出,由于工程1和工程4实际采用的就是变频和变风量技术,与假设条件相符,故其碳排放量与假设条件下的相等。工程2和工程3的实际碳排放量均比假设条件下的高,这是由于工程2采用的是定风量系统,工程3采用的是定频和定风量系统,工程2和工程3减少输送系统综合碳排放量的潜力分别为26.3%和26.5%。
2.3 空调系统综合碳排放量对比分析
将各空调工程子系统 (冷热源、液态输送系统,风输送系统）均采用新技术时的综合碳排放量与常规空调系统的综合碳排放量进行对比分析,见图9。将各空调工程实际综合碳排放量与采用新技术改良后的假设综合碳排放量进行对比分析,见图10。
图9显示,空调新技术较常规空调系统的综合碳排放量明显减少,最大减幅为32.5%,最小减幅为13.7%,平均减幅26.3%,这也反映了应用空调新技术较常规空调系统的最大减碳能力。由
图10可以看出,工程2和工程3的实际综合碳排放量都高出假设值,这是由于工程2所用风系统为定风量,工程3的液态输送系统和风系统分别是定频和定风量。因此,可以计算出工程2和工程3的减碳潜力分别为18.4%和17.8%。
2.4 蓄能和热回收技术对碳排放量的影响
冶金工程就业前景
这6项空调工程中均用到了冰蓄冷或水蓄冷技术。一方面,利用当地的分时电价政策,其移峰填谷作用能为用户带来直接的经济效益,此6项工程平均每年可节约电费23万元;另一方面,蓄冷技术减少了电力系统的高峰负荷,按建设火力发电厂每kW容量4 000元计算,如能移峰1万kW,即可减少电厂投资4 000万元[7],少建火力发电厂也就意味着减少碳排放量。同时,该项技术在两方面体现出的经济效益能够降低单位 G DP的碳排放量。由此可以看出蓄能技术的环境效益也是十分显著的。
发不出去热回收技术通过回收冷凝热免费为卫生热水系统提供热量,该项技术可实现零碳排放,就上述应用热回收技术的工程平均每年比使用电加热少排放CO27 080 t,同时,它还能减缓因冷凝热的大量排放而造成的环境热污染,从而缓解城市热岛效应。

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