CN101091092A - 功率消耗的减少 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于暂时减少制冷建筑物的电功率消耗的方法，其中制冷能量储存在楼板或墙壁中，所述方法包括以下步骤：借助于在输电网系统能供应必要的制冷机电功率时的至少一个时段期间将制冷机制冷的供应空气供应给布置在楼板(4)或墙壁(1，2，3)中的通道(5)将致冷能量储存在楼板(4)或墙壁(1，2，3)的至少某个部分中；和在输电网系统处于高负荷时的至少一个时段期间减少制冷机(28)的电功率消耗并且同时通过所述通道(5)输送供应空气通过建筑物，当进入通道(5)时所述供应空气比邻近供应空气终端设备(6)的周围楼板表面或墙壁表面更热，因此使用早先储存在楼板(4)或墙壁(1，2，3)中的制冷能量来制冷供应空气。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于暂时减少用于致冷建筑物的功率消耗的方法。
背景技术
近年来电力使用的增长导致生产能力和输电网系统被过度使用。这首先与具有大比重办公室的城市中心的过度发展有关，原因是必须为这些建筑物提供必要的功率，以用于照明、带有外围设备的计算机以及尤其用于致冷设备。当然最后提到的是在更热的气候下更加受关注，例如在赤道附近。
输电网系统的过度使用的原因是当办公室在早晨开放并且所有致冷设备几乎同时开启时缺少可用于致冷机的功率。在白天的剩余时间期间，当室外温度增加并且用于办公室通风的供应空气需要更多的致冷时，功率进一步增加。为了能够在最关键时期管理供应，有时需要很极端的措施。例如，国家的能源部门可要求建筑物的功率消耗在5小时内减少50％。增加白天的某个时间段消耗的功率的成本也是减少功率消耗的一种方式。
已研究出用于管理致冷机的电功率的缺少的一种方法是区域致冷，其中靠近海洋或大湖的城市可以通过将大绝缘管道埋入街道中获得直接致冷，只要海洋或湖中的水足够冷，所述绝缘管道通过热交换器为建筑物提供必要的致冷水功率，由此减少致冷机消耗的功率。在该致冷方法中所使用的空气处理和致冷设备主要仅仅在办公时间工作。从长远的观点来看，将以怎样的方式影响海洋局部环境仍然不清楚。区域致冷有几个缺陷。投资成本高并且建筑物必须非常紧密地在一起并且靠近水系统，以便在实践中和经济上有可能使用区域致冷。在很大程度上限制了使用。
已研究出用来管理致冷机的电功率的缺少的另一种方法是蒸发致冷，由此通风空气通过用水湿润它而被致冷。在更先进的工厂中，供应和回流空气被湿润，并且还使用旋转式热交换器和干燥机。所述方法在许多情况下可以代替机械致冷，但是在很热的气候下或者在空气湿度高的热气候下有其局限性。在该致冷方法中使用的空气处理和致冷设备主要仅仅在办公时间工作。
已研究出用来管理致冷机的电功率的缺少的另一种方法是使用储存冷水致冷或冰致冷的贮存器，由此致冷被储存在水或冰贮存器中以消除办公时间的电力高峰，这通过如下方法实现：致冷机在非办公时间工作并且致冷贮存器，然后那里储存的致冷用于在输电网系统处于最大负荷时的时间段上使致冷机的工作最小化。上述致冷方法的一个问题在于需要独立的储存设备来减少产生的致冷功率。上述致冷方法的另一问题在于成本高且复杂。
发明内容
根据本发明通过提供根据权利要求1所述的一种用于暂时减少致冷建筑物的电功率消耗的方法解决了需要独立的储存设备来减少致冷功率的问题。
由于所述用于暂时减少致冷建筑物的电功率消耗的方法包括权利要求1中的特征，因此获得了可以实现不复杂和经济地减少致冷建筑物的电功率消耗的优点。
附图说明
下面将参考附图更具体地描述本发明，其中：
图1以通过楼层的水平截面示意性地显示了模块建造的房屋；
图2示意性地显示了用于模块的楼板，所述楼板带有供应空气可以流过其中的五个中空通道(空芯)；
图3示意性地显示了建筑物的一部分的流程；
图4显示了用于根据本发明的方法和传统方法的计算机模拟致冷功率；
图5显示了排出器如何增加室内空气的致冷。
具体实施方式
再循环室内空气被定义为在不加入室外空气情况下的建筑物内再循环供应空气和回流空气。
排放空气被定义为通过排气风扇离开建筑物的空气。
供应空气被定义为输送到室内的空气。如果未提及其它，供应空气可以由再循环室内空气和带有加入的室外空气的再循环室内空气或独自由室外空气组成。
致冷功率被定义为致冷机发至空气的功率。
本发明涉及一种用于暂时减少致冷建筑物的电功率消耗的方法，其中致冷能量储存在楼板或墙壁中，所述方法包括以下步骤：
-借助于在输电网系统可以在供应必要的致冷机电功率时的至少一个时段期间以及将致冷机致冷的供应空气供应给布置在楼板或墙壁中的通道将致冷能量储存在楼板或墙壁的至少某个部分中，和
-在输电网系统处于高负荷时的至少一个时段期间减少致冷机的电功率消耗，并且同时通过所述通道输送供应空气通过建筑物，当进入通道时所述供应空气比邻近供应空气终端设备的周围楼板表面或墙壁表面更热，因此使用早先储存在楼板或墙壁中的致冷能量来致冷供应空气。
为了能够最大限度地使用本发明，天花板表面例如可以不覆盖有致密的假天花板，所述假天花板阻碍了室内产生的能量被吸收到楼板中。
传统的办公建筑物设有假天花板，所述假天花板位于支撑楼板下方如此大的距离处以致于获得的空间足以容纳每个房间所需的用于电、加热、致冷、供应空气、回流空气和数据等的供给管线。因此有效地阻碍了储存室内产生的内部能量通过天花板区域的可能性。
楼板可以用已知的方式由预制空芯水泥楼板或带有嵌入通道的混凝土楼板组成。
图1在以通过楼层，更准确地说通过屋顶楼板的水平截面示意性地示出了模块建造的房屋，该楼层下面有许多房间A，B和走廊C。房间A和B由外墙壁1、走廊墙壁2和房间分隔墙壁3限定。每个房间A由均为3×1.2m的三个模块4(参见图2)组成，其中来自位于走廊C的天花板中的连接终端设备6和供应空气通道7的供应空气穿过每个模块中的三个相连通道5，所述供应空气通道通过竖井连接到位于屋顶上的风扇室。来自模块4的供应空气然后通过供应空气终端设备8流入房间A中。来自房间A的回流空气通过图中未示出的在走廊墙壁中的溢流终端设备向外到达在这样情况下充当收集通道的走廊，以用于进一步输送到风扇室。房间A中的地面楼板以同样的方式用作分布供应空气的屋顶楼板。在这样情况下用于位于房间A之下的房间。模块4搁置在正面墙壁上。
图2示意性地显示了用于模块的楼板，所述楼板带有供应空气可以流过其中的五个中空通道(空芯)，根据图1其中的三个相连以用于供应空气分布。
图3示意性地显示了建筑物的一部分的流程图，以及图1和2中提及的那些模块4怎样与建筑物的流程图连接。
作为例子仅仅说明用于每个房间的一个模块。用于建筑物的致冷和换气的设备包括供应空气风扇20和回流空气风扇21。此外，包括热交换器22、致冷组23以及四个电动截流阀24，25，26和27。例如，致冷机28为致冷组供应致冷水以用于致冷供应空气。走廊C中的回流空气通过回流空气终端29输送回风扇室(参见图1)。
设备以如下方式工作：在办公时间，阀26关闭，并且旋转式热交换器22工作。风扇20和21开启。其它阀打开。室外空气通过阀24进入，然后经过风扇20并且通过致冷组23被致冷，以通过楼板模块4进一步输送到不同房间。回流空气通过位于走廊中的回流空气终端设备被吸回到风扇室中。在非办公时间，风扇20工作。风扇21和热交换器22关闭。阀26和27打开。其它阀24和25关闭。现在供应和回流空气在设备中通过阀26从终端设备29循环到风扇20，并且通过致冷组23被致冷，再次通过模块4向外到达房间。这意味着由于没有加入室外空气因此室内空气在建筑物中再循环。
当可得到高电功率容量时，楼板被致冷。由于在非办公时间仅仅是室内空气在致冷组上再循环，因此需要低致冷功率，原因是在该时段期间没有加入室外空气。然而，可以通过将供应空气温度降低两度增加功率。
备选地，可以在室外空气和排放空气之间使用优选具有高效的热交换器，在热交换之后将供应空气致冷到所需温度。使用该方法致冷机功率和功率消耗变得更高。
计算例子
假设：在热气候下，正面长度为3.6m(3×1.2m模块楼板)的10m2办公室位于西面。室外温度最高43℃，最低29℃。供应空气温度+14℃。两个人在8-17点之间在房间中，并且例如用于照明、计算机、打印机等的内部功率在相同时段期间为25W/m2。在11-16点之间，根据本发明工作的设备的致冷功率被限制到传统机械致冷设备的30％。类似的房间位于被计算房间之上和之下。用IDA Indoor Climateand Energy(ICE)的EQUA’s计算机程序执行计算。
如果执行计算使得上述大约10m2的办公室中的室温不超过24℃并且功率没有任何减少，则与根据本发明的方法相比，在传统的情况下需要大于30l/s的供应空气流。总共分别需要70和40l/s。这样的原因在于传统情况下的设备仅仅在办公时间工作，并且在室内产生的功率的更大部分必然直接向外致冷，原因是它不能被储存。
图4显示了在0-24时段期间用于根据本发明的方法和传统方法的计算机模拟致冷功率。
致冷机的电功率通常在供应致冷功率的50％左右。
根据传统方法在8-11点之间最大需要1950W的致冷功率，在16-17点之间最大需要2050W的冷气功率来保持24℃的温度要求。在11-16点之间功率减小到1150W，即是最大功率2050W的55％左右。在17-8点的非办公时间致冷机关闭。
在传统的情况下，室温在16点升高到大约27.5℃。这时需要大量投资在昂贵附加设备，例如致冷水贮存器，从而达到制定的节约效果。
根据本发明的方法在8-11点的时段期间最大需要1100W，在16-17点之间最大需要1150W以便不超过24℃的温度要求。这相当于传统情况下的致冷功率的55％左右。在11-16点之间功率减小到600W，也就是传统情况下的最大功率2050W的30％左右。
在17-08点的非办公时间致冷作用决不超过500W，其相应于大约14℃的供应空气温度，原因是室内空气仅仅在建筑物中再循环并且不需要加入室外空气，这是因为在非办公时间，即在非工作时间没有或极少人在建筑物中。
通过在16-11点之间用14℃的供应空气致冷楼板(在17-08点之间用不带有附加室外空气的再循环室内空气进行)，在11-16点的该时段期间减小的功率消耗将在该情况下提供大约22℃的供应空气温度。该供应空气将同时在11-16点之间从内部加热楼板，原因是楼板的表层具有足够的致冷能力使室内空气不超过选择的温度界限，在该情况下为24℃。因而在有限的时段期间，同时从内部和从外部加热楼板。
在该情况下为Kwh的功率需求(功率×时间)对应于功率曲线的坐标面积。由于两个建筑物具有相同的绝热标准，因此理论上在24小时期间需要同样大小的功率，但是由于本发明使用较冷的夜晚空气来致冷致冷机，因此获得了更好的效率，这相当于每年节省大约10％的功率。在传统的情况下房间具有假天花板。
根据本发明，工作温度(＝体验温度＝室温和封闭房间的表面上的温度的平均值)低于室温。由于体验温度低于实际室温，因此感觉到比温度计显示的温度更冷。而在传统的情况下则相反。
根据本发明的大功率和流动减少的原因取决于许多配合因素：
间歇时间(blocking time)，其在功率消耗减小时是有限的。在超过24℃的计算例子中，在没有使室温上升到不可接受的水平的情况下，在该例子中不能再延长11-16点之间的五个小时。这取决于室外温度、空气湿度和建筑物的密度程度、隔热水平、室内空气的再循环水平、内部功率等。在较短的时段期间，有可能在室温不超过24℃的情况下达到比已在例子中解释的70％更大的功率节省。例如致冷设备可以完全关闭，使得在2小时内功率减小到零(0)。
作为功率储存器的楼板具有足够的容量(质量)并且能够在中空通道中输送必要的空气。楼板表面，即屋顶和地板表面，必须是可接近的，即是厚地毯，假天花板，吸声板等，必须以这样一种方式安装，使得不会以任何更大程度妨碍通过对流或通过辐射的热传递。
在房间中产生的能量的绝大部分在11-16点的实际时间期间应当传递到楼板，以便在白天的其余时间用致冷的供应空气向外传递，所述致冷的供应空气在非办公时间由再循环室内空气组成。
在本发明思想的范围内存在现在所述的方法的许多备选实施方式以进一步减小致冷功率。
一种可想到的可能性是当输电网系统处于高负荷时在更短的时段期间减小供应空气流。空气流应当总是被布置成使得来自人、建筑材料和湿气等的气味不会变得令人讨厌。这对应于大约6-10l/s和人的最小空气流。在具有高内热生成和/或很热的室外气候的房间中，当空气致冷房间时，所述的供应空气流不足以满足舒适要求。从以上的例子可以看出，根据本发明，需要40l/s和在传统情况下的70l/s以获得良好的室内气候。如果在根据本发明的计算情况中选择8l/s和人，这在较短的时段期间相当于16/40＝0.4倍的原始气流，也就是低0.6倍的气流，在相同时段期间相当于低60％的致冷功率。根据图4，根据本发明的方法将功率减小到30％。如果在一小时期间气流和/或功率一起被减小额外的60％，则总使用功率现在将是原始功率2050W的0.4乘以30％＝12％。这里假设可以接受室温的微小增加，在该情况下为0.5-1℃。
减小致冷机功率的另一可想到的可能性在于，如图4中所示，在地板通道41中引入排出器42或低功率风扇，其通过供应空气或与其一起的风扇产生的驱动力抽吸室内空气43，所述室内空气在楼板中被致冷并且当通过供应空气终端设备44之后导致房间的致冷。
在所述的实施方式中楼板用于储存致冷能量。然而，还可以是，附加地或备选地，以类似的方式在墙壁例如建筑物中的内墙和/或外墙中储存致冷能量。
Claims (6)
1.一种用于暂时减少对建筑物致冷的电功率消耗的方法，其中致冷能量储存在楼板或墙壁中，所述方法包括以下步骤：
-借助于在输电网系统能供应必要的致冷机电功率时的至少一个时段期间将致冷机致冷的供应空气供应给布置在楼板(4)或墙壁(1，2，3)中的通道(5)将致冷能量储存在楼板(4)或墙壁(1，2，3)的至少某个部分中，其特征在于，在所述步骤中：
-在输电网系统处于高负荷时的至少一个时段期间减少致冷机(28)的电功率消耗，并且同时通过所述通道(5)输送供应空气通过建筑物，当进入通道(5)时所述供应空气比邻近供应空气终端设备(6)的周围楼板表面或墙壁表面更热，因此使用早先储存在楼板(4)或墙壁(1，2，3)中的致冷能量来致冷供应空气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤中：楼板或墙壁由混凝土制成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤中：将致冷能量储存在预制中空楼板或带有嵌入通道的现场浇铸混凝土楼板中。
4.根据以上任一权利要求所述的方法，其特征在于，在所述步骤中：通过在不需要加入室外空气时的至少一个时段期间在布置在楼板(4)或墙壁(1，2，3)中的通道(5)中再循环致冷机致冷的室内空气将致冷能量储存在楼板(4)或墙壁(1，2，3)的至少某个部分中。
5.根据以上任一权利要求所述的方法，其特征在于，在所述步骤中：通过在输电网系统处于高负荷时的至少一个时段期间减小供应空气流来减少致冷机(28)的电功率消耗。
6.根据以上任一权利要求所述的方法，其特征在于，在所述步骤中：在排出器(42)或风扇的帮助下，通过部分室内空气经过楼板(4)或墙壁(1，2，3)进一步致冷室内空气。
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