CN104268388A - 一种热能交换中等效耗能的计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热能交换中等效耗能的计量方法，根据能量守恒原理，利用测量装置测量风机风速与进风口面积，计算出单位时间室内外交换的空气体积；根据空气密度及单位时间室内外交换的空气体积得到对应的单位时间交换的空气质量；利用温度测量装置测量风机进风口与出风口出的温度值，根据进风口与出风口出的温度值及的单位时间交换的空气质得到单位时间风机进行热交换带走的热量；根据空调的效能比，进一步获得由于空调制冷产生同样效果即单位时间风机进行热交换带走的热量而消耗的电能；将对应的电能折合成二氧化碳排放量即得到单位时间实际减少二氧化碳排放量。

Description

一种热能交换中等效耗能的计量方法

技术领域

本发明涉及计量领域，具体涉及一种热能交换中等效耗能的计量方法。

背景技术

目前等效耗能的计量常用的方法是比较法，主要两种形式，分别是横向比较和纵向比较。所谓横向比较是指在条件相同下的两个密闭空间中，采用不同的恒温策略，经一段时间测量，分别计算两个密闭空间中由恒温设备消耗的能量，从而获得两种恒温设备消耗能量的等效值。这种方法不足之处在于在工程应用条件下，很难找到内、外部条件完全相同的两个密闭空间，由于外部温度和内部热量排放的不同，导致恒温设备实际消耗的能量不具有可比性，难以用横向比较法得到精确的等效数值。纵向比较法是指在同一个密闭空间中，在两个不同的时间段采用两种不同的恒温策略，分别计算两个时间段由不同的恒温设备消耗的能量，从而获得两种恒温设备消耗能量的等效值。显然，这种方法同样存在无法保证选取的这两个时间段中内外条件完全相同，所得到的数值也不具有确信性。目前还没有在理论上经得起推敲、在实践中方便应用的等效耗能的计量方法。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种热能交换中等效耗能的计量方法，该方法在相对密闭且不断有热量生成的室内空间中，如通信机房、变电站等，由于外部较低温度空气在风机的作用下进入内部空间，迫使内部热空气排出室外的过程中，散失的热量换算成由于空调制冷获得的同样效果所消耗的能量数值,这里能量主要指电能。从而可进一步计算某段时间内减少二氧化碳排放量的数值。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种热能交换中等效耗能的计量方法，包括以下步骤：

步骤一：在相对密闭的室内空间中设置有风机，外部较低温度空气在风机的作用下进入内部空间，迫使内部热空气排出室外；

步骤二：根据能量守恒原理，利用测量装置测量风机风速与进风口面积，计算出单位时间室内外交换的空气体积；

步骤三：根据空气密度和步骤二得到的单位时间室内外交换的空气体积获得对应的单位时间交换的空气质量；

步骤四：利用温度测量装置测量风机进风口与出风口出的温度值，根据进风口与出风口的温度值、空气的比热容及步骤三获得的单位时间交换的空气质量，得到单位时间风机进行热交换带走的热量；

步骤五：根据空调的效能比，进一步获得由于空调制冷产生同样效果，即步骤四中单位时间风机进行热交换带走的热量而消耗的电能；

步骤六：将步骤五对应的电能折合成二氧化碳排放量即得到单位时间实际减少二氧化碳排放量。

所述步骤二中具体的计算公式是：

V＝S*v

其中，V单位时间室内外交换的空气体积，S是出风口的面积，v是风机口的风速。

所述步骤三中对应的公式为：

m＝ρV

其中，m是单位时间交换的空气质量，ρ是空气密度，V单位时间室内外交换的空气体积。

所述步骤四中对应的公式为：

Q＝Cm(T₁-T₂)

其中，Q是单位时间带走的热量，C是空气的比热容，m是单位时间交换的空气质量，T₁是出风口温度，T₂是进风口温度。

所述步骤五中由下式计算因通风而获得空调单位时间节约电能E(kw.h)的数值：

$E=\frac{Q}{d\×3.6\×{10}^3}(\mathrm{kw}.h/s)$

其中，d为效能比，Q是单位时间带走的热量；

由于风机工作消耗了额外的能量，单位时间实际节约电能应减去风机消耗的电能。若风机的功率为P(kw)，则单位时间实际节约电能Et为

Et＝E-P/(3.6*103)(kw.h/s)。

所述步骤六中，折合成二氧化碳排放量，按0.997kg/kw.h即1kw.h的能量对应0.997kg二氧化碳计算，单位时间实际减少二氧化碳排放量0.997*E_t(kg/s)。

本发明的有益效果：

在节能减排的应用背景下，当采用一种新的技术在理论上能够达到节能目的，而限于应用条件无法准确测量实际节能数值时，就可能无法得到应用单位的认可，从而限制了这种新技术的推广应用。本发明旨在设计一种等效能耗计量设备，准确测量出由于新技术的应用而节省的电能，使应用单位和新技术发明实施单位均认可测量数值，为因节省电能而产生的效益分配提供依据。因为这种实实在在的利益，会大大激发应用单位和新技术发明实施单位对新的节能技术的推广应用，具有很好的社会价值和经济价值。

附图说明

图1本发明的原理示意图；

图2本发明的实现示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，热能交换计量仪用来测量在相对密闭且不断有热量生成的室内空间中，由于外部较低温度空气在风机的作用下进入内部空间，迫使内部热空气排出室外的过程中，散失的热量换算成由于空调制冷获得的同样效果所消耗的电能数值,进而得到某段时间内减少二氧化碳排放量的数值。

工作原理：

根据能量守恒原理，通过测量风机风速与进风口面积，由下式计算出单位时间室内外交换的空气体积：

V＝S*v

这里V单位时间室内外交换的空气体积，S是出风口的面积，v是风机口的风速。

根据空气密度由下式计算得到空气质量：

m＝ρV

这里m是单位时间交换的空气质量，ρ是空气密度，V单位时间室内外交换的空气体积。

再分别测量进风口与出风口出的温度值，根据以下公式得到单位时间由空气带走的热量：

Q＝Cm(T₁-T₂)

这里Q是单位时间带走的热量，C是空气的比热容，m是单位时间交换的空气质量，T₁是出风口温度，T₂是进风口温度。

空气的比热容和密度均取正常湿度下标准大气压20摄氏度时的值，即C＝1.01kJ/(kg℃)，空气的密度ρ＝1.205kg/m³。

在得到单位时间由于通风设备，使室内温度下降而散失的总的热量后，根据空调的效能比，可以进一步获得由于空调制冷产生同样效果而消耗的电能，设空调按2级能源效率计算，即效能比d＝3.2，由下式计算因通风而获得空调单位时间节约电能E(kw.h)的数值：

$E=\frac{Q}{d\×3.6\×{10}^3}(\mathrm{kw}.h/s)$

若风机功率为P(kw)，则单位时间实际节约电能为E_t＝E-P/(3.6*10³)(kw.h/s)

折合成二氧化碳排放量，按0.997kg/kw.h计算，单位时间实际减少二氧化碳排放量0.997*E_t(kg/s)。

举例说明：出风口温度T₁＝35℃,进风口温度T₂＝20℃,风机进风口面积S＝0.04m²,风机风速v＝4m/s,排风设备功率P＝0.1kw；

则：单位时间室内外交换的空气体积：V＝S*v＝0.04*4＝0.16(m³/s)；

单位时间交换的空气质量：

m＝ρV＝1.205*0.16＝0.1928(kg/s)；

单位时间带走的热量Q＝Cm(T₁-T₂)＝1.01*0.1928*(35-20)＝2.92(kJ/s)

因通风而获得空调单位时间节约电能E(kw.h)的数值:

E＝Q/(d*3.6*10³)＝2.92/(3.2*3.6*10³)＝2.54*10^-4(kw.h/s)

单位时间实际节约电能:E_t＝E-P/(3.6*10³)＝2.54*10^-4-0.1/(3.6*10³)＝2.26*10^-4(kw.h/s),即每秒节约电能为2.26*10^-4kw.h。每年按使用8个月计算，每年节约电能为2.26*10^-4*3600*24*245＝4784(kw.h)，每年实际减少二氧化碳排放量：0.997*4784＝4769kg。

如图2所示，通过温度传感器进风口与出风口出的温度值，风速传感器测量风机风速，湿度传感器位于进风口处，用来测量室外空气湿度，该参数用于计算当前的空气比热容,见公式Q＝Cm(T₁-T₂))，温度值、风机风速及湿度值传送至控制电路，控制电路与时钟电路相连，控制电路的输出与液晶显示器相连，控制电路还通过通信接口与其他通信设备相连，控制电路还与声光报警单元相连，当由于风机进风口滤网堵塞，进风量达不到规定值时，声光报警单元工作开始现场报警，同时通过通信接口传送故障信息到上位机。

本申请利用能量守恒原理，测量由于风机工作形成冷热空气交换散失的热量，转化成空调制冷获得同样的效果需要的电能。

Claims (6)

1.一种热能交换中等效耗能的计量方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：在相对密闭的室内空间中设置有风机，外部较低温度空气在风机的作用下进入内部空间，迫使内部热空气排出室外；

步骤二：根据能量守恒原理，利用测量装置测量风机风速与进风口面积，计算出单位时间室内外交换的空气体积；

步骤三：根据空气密度和步骤二得到的单位时间室内外交换的空气体积得到对应的单位时间交换的空气质量；

步骤四：利用温度测量装置测量风机进风口与出风口出的温度值，根据进风口与出风口出的温度值及步骤三得到的单位时间交换的空气质得到单位时间风机进行热交换带走的热量；

步骤五：根据空调的效能比，进一步获得由于空调制冷产生同样效果即步骤四中单位时间风机进行热交换带走的热量而消耗的电能；

步骤六：将步骤五对应的电能折合成二氧化碳排放量即得到单位时间实际减少二氧化碳排放量。

2.如权利要求1所述的一种热能交换中等效耗能的计量方法，其特征是，所述步骤二中具体的计算公式是：

V＝S*v

其中，V单位时间室内外交换的空气体积，S是出风口的面积，v是风机口的风速。

3.如权利要求1所述的一种热能交换中等效耗能的计量方法，其特征是，所述步骤三中对应的公式为：

m＝ρV

其中，m是单位时间交换的空气质量，ρ是空气密度，V单位时间室内外交换的空气体积。

4.如权利要求1所述的一种热能交换中等效耗能的计量方法，其特征是，所述步骤四中对应的公式为：

Q＝Cm(T₁-T₂)

其中，Q是单位时间带走的热量，C是空气的比热容，m是单位时间交换的空气质量，T₁是出风口温度，T₂是进风口温度。

5.如权利要求1所述的一种热能交换中等效耗能的计量方法，其特征是，所述步骤五中由下式计算因通风而获得空调单位时间节约电能E(kw.h)的数值：

$E=\frac{Q}{d\×3.6\×{10}^3}(\mathrm{kw}.h/s)$

其中，d为效能比，Q是单位时间带走的热量；

若风机功率为P(kw)，则单位时间实际节约电能E_t为E_t＝E-P/(3.6*10³)(kw.h/s)。

6.如权利要求1所述的一种热能交换中等效耗能的计量方法，其特征是，所述步骤六中，折合成二氧化碳排放量，按0.997kg/kw.h即1kw.h的能量对应0.997kg二氧化碳计算，单位时间实际减少二氧化碳排放量0.997*E_t(kg/s)。