空调系统能效与节能效果检测评估技术研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 5 4 1.07MB 74 页 15积分
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摘 要
根据国家规划，“十二五”期间，我国单位 GDP 能耗下降 17.3%左右。目前，
我国建筑能耗约占社会总能耗的三分之一，建筑节能显得举足轻重。建筑节能的
途径主要包括减少空调、照明等设备能耗，提高建筑围护结构的保温隔热性能以
及使用新能源、新技术等方面。
本课题主要研究和分析了空调系统中的耗能设备的现场能效检测技术，空调
系统的整体和部分设备的能效和评估技术以及改造前后空调系统的节能量、误差
和不确定度。工作成果主要有以下几点：
1) 通过检测空调系统中主要的耗能设备(冷热水机组、泵、风机)的现场运行
参数和已有设备的能耗与某些特征参数的线性或曲线关系，研究分析了在非标准
工况下的表征设备性能高低的参数转换到标准工况下的误差以及影响因素。
2) 根据已有的地源热泵系统的运行记录，模拟计算了该系统的年运行能耗，
并用不同的能效指标评价了该地源热泵系统，分析了用不同的能效指标分析同一
个系统产生不同评估结果的原因，指出了该地源热泵系统存在的问题和可能的解
决方法。
3) 提出了一种基于测量和账单综合法计算有围护结构改造的空调系统节能
量的计算方法，并通过模拟分析计算了由回归分析法预测的节能量和实际的节能
量，并分析了回归自变量参数对节能量误差的影响。
4) 计算了基于账单和测量综合法计算改造前后空调节能量时用回归分析法
预测节能量时产生的不确定度并分析了影响节能量不确定度大小的因素、回归分
析不确定度和节能量误差的关系。
关键词：能效 回归分析 节能量 节能量不确定度
ABSTRACT
According to Twelfth Five Years Plan, China’s energy consumption per unit of
GDP will be reduced by 17.3% or so. At present, China’s building energy consumption,
which plays an important part, accounts for about one-third of the total social energy
consumption. The principal methods of building energy conservation include reducing
the equipment energy consumption of air-conditioning, lighting and other systems, and
improving building envelope insulation properties, using new energy, and new
technology and so on.
The test mainly studies and analyses the field energy efficiency detection
technology of the energy-consuming equipment in air-conditioning system, the energy
efficiency evaluation technologies of the whole or partial systems, and the energy
saving, error, uncertainty of the air-conditioning system before and after build
change .Work products of this text are mainly as follows:
1) Through the field detection of the operating parameters of the major
energy-consuming equipments such as chiller, pumps, fans, and the existing linear or
curvilinear relation between equipment energy consumption and the characteristic
parameters, the field performance parameters under non-standard condition of
equipments which can be converted to the parameters under standard condition, the
converted errors and the influence factor are studied and analyzed.
2) According to the operating record of the existing ground-source heat pump
system, the system's annual energy consumption is calculated, different energy
efficiency indexes are used to evaluate the ground source heat pump systems, the
reasons that use different energy efficiency indicators to evaluate the same system
which produces different assessment results are analyzed, problems and possible
solutions of the ground source heat pump system are pointed out.
3) A new comprehensive method based on measuring and billing method to
calculate the energy saving of the air-conditioning system which also has an envelope
build change is recommend, the actual energy saving is calculated with the simulation
method, the energy saving predicted by the regression analysis method is also
introduced, and analyses the error caused by the regression parameters.
4) The uncertainty of the energy saving using the regression method is calculated
and the factors that influence the uncertainty are also analyzed. The relation between the
uncertainty and the error is also studied.
Key Word: Energy efficiency，regression analysis，amount of energy
saving，energy saving uncertainty
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 .......................................................... 1
§1.1 课题背景 .................................................... 1
§1.2 空调能效与节能效果检测研究的现状 ........................... 2
§1.2.1 国外现状 .............................................. 2
§1.2.2 国内现状 .............................................. 3
§1.3 课题的提出 .................................................. 4
§1.4 课题的研究内容和研究目的 ................................... 5
第二章 空调耗能设备能效现场检测与评估方法 ............................ 7
§2.1 空调系统中的主要耗能设备及有关定义 .......................... 7
§2.1.1 主要耗能设备 .......................................... 7
§2.1.2 标准工况及评估标准 .................................... 7
§2.1.3 偏差定义 .............................................. 8
§2.2 冷（热）水机组能效现场检测与评估 ............................ 8
§2.2.1 能效指标及其标准工况 .................................. 8
§2.2.2 能效现场检测评估 ...................................... 9
§2.3 泵能效现场检测与评估 ...................................... 17
§2.3.1 能效指标及其标准工况 ................................. 17
§2.3.2 能效现场检测评估 ..................................... 18
§2.4 风机能效现场检测与评估 .................................... 23
§2.4.1 能效指标及其标准工况 ................................. 23
§2.4.2 能效现场检测评估 ..................................... 23
第三章 空调系统能效评估方法与实例分析 ............................... 26
§3.1 空调能耗模拟计算的方法 ..................................... 26
§3.1.1 传统的空调能耗模拟计算方法 ........................... 26
§3.1.2 基于环境和设备样本性能修正参数的空调能耗计算方法 ..... 29
§3.2 空调能效评估的方法 ........................................ 30
§3.2.1 供热空调系统的性能系数 ............................... 30
§3.2.2 冷源系统能效比 ....................................... 30
§3.2.3 基于能质系数的冷热源转换效率指标 ..................... 31
§3.2.4 输配系统的能耗指标 ................................... 33
§3.3 既有地源热泵系统的年能效评估实例 .......................... 33
§3.3.1 工程和资料概况 ....................................... 33
§3.3.2 能耗计算模型 ......................................... 34
§3.3.3 该地源热泵系统年能效结果分析 ......................... 35
第四章 改造前后空调节能量的计算方法 ................................. 38
§4.1 空调系统改造的状况 ........................................ 38
§4.2 节能量的计算方法 .......................................... 38
§4.2.1 节能改造效果检测评估及其有关规定 ..................... 38
§4.2.2 节能量的计算方法 ..................................... 39
§4.2.3 回归分析及其统计量 ................................... 43
§4.3 测量和账单综合分析法计算节能量及其举例 .................... 47
§4.3.1 账单和测量综合法 ..................................... 48
§4.3.2 能耗账单的获取 ....................................... 48
§4.3.3 建筑物所有围护结构总传热系数等自变量的测量和整理 ..... 48
§4.3.4 节能量计算及误差分析 ................................. 50
第五章 空调节能量的不确定度分析 ..................................... 59
§5.1 不确定度的概念和来源 ...................................... 59
§5.2 节能量的不确定度计算及分析 ................................ 61
§5.2.1 节能量的不确定度及其产生的原因 ....................... 62
§5.2.2 节能量的不确定度的实例分析 ........................... 62
§5.3 节能量误差与不确定度的关系 ................................ 64
第六章 结论和展望 ................................................... 65
§6.1 结论 ...................................................... 65
§6.2 展望 ...................................................... 66
参考文献 ............................................................ 67
在读期间发表的论文和承担的科研项目及取得成果 ........................ 70
致 谢 ............................................................... 71
第一章 绪论
1
第一章 绪 论
§1.1 课题背景
上世纪 80 年代以来，我国经济发展步入高速运行的快车道，能源需求日益扩
大，能源供给日益紧缺，人们已经越来越清醒的意识到节能工作的重要性。进入
21 世纪后，如何节能已成为全世界共同关注的重要课题之一，能源是经济和社会
发展的最主要动力形式之一，与国家经济的可持续发展、环境资源保护、社会福
利、国民健康和国家安全等方面密切相关。现阶段，建设资源节约型社会已经上
升为国家战略，是“十二五”计划的重要方面。在我国能源紧张日益严重的大环
境下，节能工作迫在眉睫，国家已经加大了对节能方法、节能产品、节能项目的
研发和生产力度，将更多的政策、法令、资金等将向节能产业转移，节能产业正
迎来蓬勃发展的前所未有的机遇。
人们的学习和工作等活动都是在建筑物这种载体中进行的，可以说人类活动
与建筑息息相关，建筑物能否给人们提供一个舒适的环境直接关系着人们工作和
学习效率的高低。建筑的采暖、通风、空调、照明等的耗电是建筑夏季电耗的主
要耗电形式，怎样在保证功能效果的前提下，实现最大程度上的节能是业内人士
孜孜不倦的追求。目前，我国是仅次于美国的世界第二大能源消耗国，2006 年社
会总能耗为 24.6 亿吨标煤。在建筑能耗方面，2006 年我国已建成的建筑总面积为
401 亿m2，总能源消耗约为 5.0 亿吨标煤，占社会总能耗的 20.1%，而且这一数据
有持续增大的趋势[1]。根据社会生产和消费结构的不同，建筑能耗一般占社会总能
耗的 20%到40%左右，随着国民生活水平的不断提高，这一比例会持续增高。空
调能耗作为建筑能耗的主要组成部分，根据不建筑功能和空调系统形式的不同，
空调能耗约占建筑能耗的 40%以上。鉴于我国能源消耗的严峻形势和当今资源短
缺的残酷事实，建筑和空调节能已势在必行。上海是中国的特大型城市，据有关
资料统计和预测[2]，包括居住建筑和公共建筑在内的建筑总量已超过 5亿m2，
2010
年达到 6.9 亿m2，据目前的建筑用能效率，全市年建筑用能量为 1600 万吨标准煤。
空调能耗是建筑能耗的用电大户，上海近几年夏天最高温度屡创新高，据报道，
2008 年上海全市的夏天最高用电负荷达到 2350 万千瓦，而且近两年有持续增高的
趋势。电力负荷中空调负荷占了很大比例，基数很大，为实现能源可持续发展，
空调节能工作已刻不容缓。
空调系统能效与节能效果检测评估技术研究
2
§1.2 空调能效与节能效果检测研究的现状
§1.2.1 国外现状
国际上，由于西欧、北美等发达国家在空调行业起步较早，自始至终都基本
掌握着制冷空调设备方面的核心技术，其能效和节能检测的技术始终处于世界领
先水平，在建筑围护结构和设备节能方面建立了一系列的评价标准和能源政策法
令。
在衡量围护结构传热和太阳辐射得热的等的节能水平方面，美国等国家使用
指标 OTTV(即有同样朝向和结构的外墙的所有得热量的和与该外墙对应的面积的
比)，日本则使用周边全年负荷系数 PAL[3] (即周边区全年冷热负荷与周边区楼板面
积的比)。另外还对空调负荷和能耗产生影响的围护结构的特性作了一些指标性规
定。
在衡量设备能效方面，为了确认能效、节水和可再生能源项目的实施效果，
美国倡导和主持制订了国际节能效果测量和认证规程 IPMVP[4]，它也可以用来评
估及提高相关设备的使用性能。考虑到空调制冷设备大部分时间都是工作在非名
义工况下，国外大部分标准都采用部分负荷性能系数和季节能效比来评价制冷设
备的性能。关于制冷空调设备的能效指标与评价方法[5]，国际上以美国的冷水(热
泵)机组的 IPLV 评价方法与能效指标和单元式空调机 APF 评价方法和能效指标
较为有名。冷水(热泵)机组的 IPLV 评价方法和能效指标是在标准规定工况下的冷
水(热泵)机组部分负载效率单一数值,既考虑了满负荷，又考虑了机组部分负荷效
率；APF 适用于单元式空调机评价方法和能效指标， 定义为空调机在制冷季节及
制热季节中,从室内空气中除去的热量及加入室内空气中的热量总和与同一期间内
消耗的总电量之比。美国的 ANSI/HI 9.6.5-2000 和UL705-2004 分别规定了离心泵、
立式泵和电动通风机的状况监测的方法；ANSI/ASHRAE 116-1995 规定了单体空调
和热泵季节热效率的试验方法。日本学者提出了以 CEC(Coefficient of Energy
Consumption)来评价空调系统能量利用效率，是指空调系统全年总耗能量与假想空
调负荷全年累计值之比，CEC 值越小，空调设备的能量利用效率越高[6]。
ASHRAE Research Project 827-RP[7]系统介绍了离心式冷水机组、风机、泵等
的现场性能测试方面的内容,较为系统的介绍空了调系统主要能耗部件的性能测
试，包括主要涉及在部分负荷率下的工况，还对各部件测量的范围、测量仪器精
度、测量步骤以及测量不确定度等方面进行了阐述。
在冷水机组、泵和风机改造前后能量的测量和能量的节省方面，ASHRAE
第一章 绪论
3
Guildline14-2002 从工况转换的角度出发对改造前后对设备能耗有影响的因素(如
冷机供水温度、冷却水回水温度等)进行了修正。
§1.2.2 国内现状
近年来，国内众多高校和科研机构的专家和学者对北京、上海等大中城市的
部分公共建筑以及民用建筑的中小型热泵空调系统包括热泵机组、室内温湿度、
末端气流组织、泵和风机等在典型气象条件下进行了现场诊断测试。清华大学、
哈尔滨工业大学、天津大学、同济大学、湖南大学、重庆大学等高校和科研单位
的业内专家和学者都曾经对学校所在地城市的公共建筑以及部分民用建筑的空调
系统性能进行过现场测量和调查问卷，对现有的热泵空调系统存在设备选型过大、
流量分配不均、自动控制差、运行管理欠佳等不合理的方面提出了优化和改造的
措施，这对于改变现有空调系统不良的运行状况起了一定的积极作用。当前国内
多数评定空调系统性能参数的标准和规范借鉴了国外成果。目前国内最常用的评
价空调系统性能的指标是空调能效比和效能等级。
为了敦促业内各制冷设备生产厂商放眼世界，为社会提供高效的制冷空调设
备，借鉴国外标准，我国修订了相关制冷空调设备标准，并结合了我国自身的使
用条件等，形成了新的评价方法和新的能效指标。目前，我国建筑节能规范
GB50189-2005 等节能规范均采用了 ARI550/590 的IPLV 计算与测试方法。全国冷
冻空调设备标准化技术委员会修订了冷水(热泵)机组国家标准 GB/T18430.1-2001
和单元式空调机组国家标准 GB/T17758-1999，引进了 IPLV 和APF 的测试和计算
方法等的新技术[8]。对于被测试的空调机组的能效系数应满足的要求，《我国公共
建筑节能设计标准》[9]GB 50189-2005 中表 5.4.5 冷水（热泵）机组性能系数表和
5.4.6 冷水(热泵)机组部分负荷性能系数都做了严格的要求。《公共建筑节能检验标
准》
[10]中的章节 6.2 冷源及水系统性能检验中对机组和泵的测试检验作了详细的规
定；6.3 风系统性能检验对风机的性能检验作了详细规定。
为了全面而科学的反应能量转换过程中的能量利用效率，分析和考察各种形
式的能量的传递、转变和品位降低等的情况，在评价空调系统能效方面[11]，清华
大学江亿等人基于热力学第二定律的分析方法，提出了耗冷量、耗热量“能质系
数”的概念和冷热源转化系统的评价指标 ECC(Energy Conversion Coefficient)和风
机、水泵输配系数 TDC( Transport and Distribute Coefficient)，给出了不同的能源形
势的能质系数和北京市气象条件下的耗冷量和耗热量的能质系数。
刚刚出台的《公共建筑节能检验标准》[12]中首次提出用“冷源系统能效比”
摘要：

摘要根据国家规划，“十二五”期间，我国单位GDP能耗下降17.3%左右。目前，我国建筑能耗约占社会总能耗的三分之一，建筑节能显得举足轻重。建筑节能的途径主要包括减少空调、照明等设备能耗，提高建筑围护结构的保温隔热性能以及使用新能源、新技术等方面。本课题主要研究和分析了空调系统中的耗能设备的现场能效检测技术，空调系统的整体和部分设备的能效和评估技术以及改造前后空调系统的节能量、误差和不确定度。工作成果主要有以下几点：1)通过检测空调系统中主要的耗能设备(冷热水机组、泵、风机)的现场运行参数和已有设备的能耗与某些特征参数的线性或曲线关系，研究分析了在非标准工况下的表征设备性能高低的参数转换到标准工...

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