10.2.1 建筑中的冷和热在线视频

下面 我将（对）课程学习中关注不够

但又非常重要的有关

“建筑冷热源”的三个问题进行分析

第一个问题是

建筑中的冷和热

我们知道

供热 是向建筑提供热量

以补充建筑向室外散失的热量

从而维持室内的温度

供冷 是从建筑内采集热量

将其排放到室外环境

以维持室内要求的温湿度

从本质上看

冷和热都是热量

但其采集与释放的方式不同 源与汇不同

就导致二者存在了一定的差异

因此

如果在工程中采用同样的处理方法

有时并不一定是合适的

为了探讨二者差异

就需要从建筑的负荷特性 末端形式

输配系统以及冷热源设备效率四方面来审视

希望同学们 在今后的工程实践中

重视这些差异

以便于针对性地 提出适宜的技术方案

我们先从建筑负荷特性 看看冷和热的差异

这里给出了北京一家酒店的全年逐时负荷

其中 横坐标是时间

表示一年8760h

纵坐标 表示单位面积的建筑负荷

蓝线即负值 表示建筑的冷负荷

红线即正值 为热负荷

从图中可以看出

夏季冷负荷呈现出 尖峰值大 日变化幅度大

全年折合满负荷小时数很低的特点

而冬季热负荷的尖峰值较小

仅为尖峰冷负荷的1/2左右

日负荷（变化幅度）也较小

全年折合的满负荷小时数高

从这点来看

空调运行时 可以间歇供冷

而供暖 则应连续进行

这就决定了所采用的系统形式

就有可能存在差异

我们再从末端形式 来看看冷和热的差异

室内空调与供暖末端主要有对流末端 又称送风末端

和辐射末端 两种主要形式

常用的对流末端有风机盘管

百叶窗风口 喷口 散流器

还有类似风机盘管的

制冷剂直接进入室内换热器的挂壁式

嵌顶式 落地式空调器室内机

而辐射末端 主要有辐射吊顶 辐射地板

以及我们熟知的暖气片 暖气片又称散热器

对于冬季供暖

当建筑的气密性好的时候

采用辐射末端 可提高外墙的内表面温度

具有良好的舒适性

辐射末端的热源温度

与末端的辐射换热面积有关

相对于散热器而言

地板辐射或者是吊顶辐射末端的传热面积大

故 所需的热源温度可以更低

当采用热泵 特别是空气源热泵的时候

其能效比 就更高

当采用吊顶或者是挂壁式对流末端时

容易出现室内纵向温度梯度大的上热下冷现象

室内的舒适性较差

而且

当采用热泵供暖的时候

室内机吸入的空气温度较高

也将导致热泵的冷凝温度升高

能效比减小

因此

可以采用落地式对流末端

减小室内温度梯度

改善室内舒适性

并提高热泵的能效比

这就是 近年来低环温空气源热泵热风机

得到快速发展的重要原因

对于夏季空调而言

一般情况下

只要冷风不直吹人体

采用对流末端更为舒适

如

采用风机盘管 空调器 多联机等都有良好的效果

对于一般建筑

冷辐射末端 往往需要与除湿末端同时使用

这就是温湿度独立控制空调系统

此时 必须采用

水温高于室内空气露点的高温冷水

防止辐射表面凝露

当有大面积玻璃幕墙或大功率内热源的时候

采用冷辐射表面 摄取太阳辐射和高温显热

具有很好的效果

这在机场的航站楼和数据中心中 已有大量应用

我们再从输配系统的调节特性和输配能耗上

来考察冷与热的差异

能量输配系统 是将冷量和热量由能源站输送到用户侧的管网系统

主要包含管网和水泵 风机等动力设备

下面 我们以输配冷热水的输配系统为例

来说明这个问题

从输送水量来看

在热量输送方面

例如

热网一次网的供回水温度

分别为130℃和50℃

其温差为80℃

如果 建筑的热负荷为40W/m2

其需求水量为 0.43kg/（h•m2）

对于换热站后的二次网

其供回水温度分别为50℃和40℃

当建筑热负荷也为40W/m2时

其需求水量为3.4kg/（h•m2）

对于冷量输送

例如

距离为5km的长途输运

其供回水温度分别为4℃和14℃

用冷温差为10℃

但因建筑的冷负荷比热负荷更大

如为100W/m2

此时的需求水量为8.6 kg/（h•m2）

而在楼内的供回水温度分别为8℃和15℃

其需求水量则需12.3 kg/（h•m2）

显然

供冷与供热时所需要的水量差异很大

供冷时 需要更大的循环水量

采用同一套管网系统 输送冷量和热量

是难以调节的

从输配能耗上看

如果 输配系统的循环泵的效率为80%

那么

其用电的80%都将转换为热量

释放到循环水中

供热时

循环泵的耗电转换为热量

可以弥补管道的散热

但供冷时

循环泵耗电 却加热了循环的冷水

导致3%~8%的冷量损失

综上所述

输热与输冷 不宜采用同一条管道

否则 输热时流速过低

将导致热损失增大

长途输热50km 甚至更远都是可行的

但长距离输冷 则不适宜

最后

我们再从冷热源设备效率 来看看冷与热的差异

首先

获取热量比获取冷量更为容易

人类自开始使用火以来

就开始利用燃烧生物质和化石燃料获取热量

在距今250年前 就已发展出效率更高

具有现代技术特征的锅炉

而获取冷量 则更难

除了利用天然冷源外

人工冷源得到产业化应用 距今也才130余年历史

其次

热泵的供热效率高于锅炉

锅炉 以低位发热值为基准的一次能源效率

约85%~95%

即使采用烟气余热回收技术后

也仅能达到105%左右

如果 燃气发电效率按50%计算

我们就可以计算出 热泵供暖的一次能源效率

即使在北方寒冷地区应用的空气源热泵

其冬季的平均制热COP也能达到2.5~3.0

其一次能源效率 可达125%~150%

可以看出

在满足供热需求的条件下

热泵的能效高于锅炉的能效

我们再来看看

压缩式与吸收式冷水机组的制冷能效比的差异

对于大型冷水机组而言

压缩式冷水机组的COP约为6.0 甚至更高

其一次能源效率 可达到300%以上

而直燃吸收式冷水机组的

最高COP 也就为1.2~1.4

其一次能源效率 仅为120%~140%

显然

制冷时 更适合采用蒸气压缩式制冷设备

关于建筑中的供冷与供热问题

江亿院士 对此进行了多次论述

特别是

他在2018年第21届暖通空调制冷学术年会上

所做的《再论冷和热的异与同》主题报告

通过大量数据和理论分析

深入分析了建筑中冷和热的异同

有兴趣的同学 请在课后仔细研读