暖通空調節能技術問題研究

【摘 要】隨著社會的發展城市房屋的建設和城鎮化的快速步伐，建筑能耗在總能耗中所占的比例越來越大，給建筑能耗帶來了巨大的壓力。而目前我國建筑能耗水平不允許按照城市建設和城市化的節奏增長，建筑節能勢在必行。這不僅具有巨大的經濟和環保意義，同時也有國防戰略意義。而在建筑能耗里，用于暖通空調的能耗又占建筑能耗的30%-50%，且在逐年上升。隨著人均建筑面積的不斷增大，暖通空調系統的廣泛應用，用于暖通空調系統的能耗將進一步增大。這勢必會使能源供求矛盾的進一步激化。本文主要介紹暖通空調領域具有較大的節能意義和良好應用前景的技術方式。

【關鍵詞】暖通；空調領域；節能技術

1.熱泵技術

熱泵是以大自然中蘊藏著大量的較低溫度的低品位熱能為熱源，如以大氣、地表水、地熱、或工廠排放的廢水（氣）為熱源，通過壓縮機的工作從這些熱源中吸取其中蘊藏著的大量較低溫度的低品位熱能，并將其溫度提高后再傳給高溫熱源。理論和大量的應用實踐都說明，熱泵技術具有很好的節能效益、經濟效益和社會效益，具有廣闊的應用前景。

（1）空氣源（風冷）熱泵。目前的產品主要是家用熱泵空調器、商用單元式熱泵空調機組和熱泵冷熱水機組。風冷熱泵冷熱水機組自90年代初開始，在夏熱冬冷地區得到了廣泛應用，在武漢也有很多的應用。空氣源熱泵在使用上最大的問題是，冬季供熱運行時，室外氣溫較低的時候，室外換熱器翅片表面會結霜，（需要采取除霜措施）。

（2）地下水水源熱泵。即從地下抽水，經過熱泵提取其熱量，然后再回灌到地下。這種技術在國內外都已廣泛應用。但受到地下水文地質條件的限制，并非處處適用。研究更有效的取水和回灌方式，將使這技術的應用范圍進一步擴大。

（3）土壤源熱泵。即在地下土壤中埋管，通入循環工質，使之成為循環工質與土壤間的換熱器。在冬季，通過這一換熱器從地下取熱，成為熱泵的熱源；在夏季，從地下取冷，成為熱泵的冷源。這樣以來，就實現了冬存夏用和夏存冬用。目前，這種技術的主要問題是初投資過高。提高換熱管的換熱能力，降低初投資是這項技術廣泛推廣的關鍵。與水源熱泵相比，由于沒有水文地質條件的限制，土壤源熱泵被認為有更好的應用前景。

（4）污水源熱泵。直接從城市污水中提取熱量，是污水綜合利用的組成部分。據測算，城市污水全部充當熱源，可解決城市供暖用熱的近20%。熱泵技術有三大優勢：一是它能長期大規模地利用江河湖海、城市污水、工業污水、土壤或空氣中的低溫熱能，可以把我們生產和生活中棄之不用的低溫熱能利用起來；二是它是目前世界上最節省一次能源（即煤、石油、天然氣等）的供熱系統，它能用少量不可再生的能源將大量的低溫熱量提升為高溫熱量；三是它在一定條件下可以逆向使用，既可供熱，也可用以制冷，即一套設備兼作熱源和冷源。另外，由于能夠有效地降低一次能源消耗，因而可以減少CO2 氣體和其它燃燒產生的污染物的排放，是一種可持續發展的建筑節能新技術。

2.排風余熱回收技術

夏季，空調建筑的排風溫度低于室外新風溫度，室內含濕量也低于室外新風含濕量。利用熱回收裝置對排風和新風進行熱交換，可以降低新風溫度和濕度。冬季，排風溫度高于室外新風溫度，排風含濕量高于室外新風含濕量，熱回收裝置可以預熱和加濕新風。具體做法為，在排風出口安裝熱交換器，排風和新風分別通過各自的通道進行間接接觸換熱；利用排風余熱來預熱新風（或者利用余冷來預冷新風），從而達到回收排風余熱的目的。目前可以采用的熱回收設備分為顯熱回收型和全熱回收型兩種。這種產品不但能夠用于中央空調系統，而且能夠用于供暖建筑和使用家用空調器的建筑。不但節能，而且改善了室內空氣質量。現在全國已有多家產品，武漢也研制和開發出了這種產品。有關專家對這項技術的節能意義有很高的評價，對其應用前景有很樂觀的估計。應當說這項技術的應用在我國還處于起步階段，進一步提高產品的性能和質量，并且使其易于與各種不同的建筑相結合，便于安裝使用，是這項技術的主要研究方向。

3.變流量技術

采暖、空調系統的設計是按照比較不利的氣象條件進行的，所以在絕大部分時間內，實際負荷小于設計熱（冷）負荷，并且在一天之內也是不斷變化的。那么，水和空氣作為熱量和冷量的的載體，其流量也應當是隨著負荷的變化而變化。這既是采暖、空調質量的要求，也是節能的要求。因此，如何動態地控制系統的流量，既能滿足經常變化的負荷要求，又能最大限度的節省能耗，是暖通空調領域近年來的技術熱點之一。

對系統的流量調節，傳統的方式是改變系統的阻力，即用閥門調節。這種方式顯然是不經濟的，因為是以消耗流體的機械能為代價的，這些機械能是需要泵和風機提供的。為了避免這種無謂的能量消耗，對于系統的集中調節，采用改變系統動力的方式，而不采用改變系統阻力的方式，已成了人們的共識和技術潮流。在改變系統動力的調節方式中，主要有泵/風機多臺并聯的變臺數調節和變速調節，其中包括定速機與變速機的并聯、變速與變臺數的結合等。在變臺數調節中，需要注意的問題是，在調節中單機工況的改變。即隨著并聯臺數的減少，仍在運行的泵（風機），流量增大，效率降低，結果有可能導致超載現象的發生。在變速調節方面，對于一個具體的工程，需要研究的問題是，變速控制信號的選擇，以及運行模式的選擇。運行模式是指，是并聯各臺全部變速，還是定變結合，還是變速與變臺數結合等。改變系統動力的變流量技術，就全國范圍來看，在熱水供暖系統、空調的冷凍水系統、冷卻水系統以及風系統中，都有了很多的應用。

4.暖通空調可持續設計

可持續的暖通空調設計要求變過去的靜態設計為動態設計；變過去的典型工況設計為全工況設計；變過去的純技術設計為技術、經濟、環保的綜合設計；變過去的分工即分家的專業設計為跨專業的協同設計。

所謂“靜態設計”，就是根據估算的設計負荷，根據產品樣本數據（往往是設備額定工況下的數據）選擇一臺臺孤立的設備，組合成HVAC系統。各臺設備的特性曲線、工作點和所遵循的標準不一定能很好地匹配，節能的設備不一定能“搭”出一個節能的系統。而“動態設計”實際上是系統設計，以保證系統能效比最高為目標，實現系統各組件的最佳匹配。這就要求制造廠能做到“量體裁衣”式的個性化生產，產品帶有遵循某種通訊協議的調節控制裝置。對制造廠來說，增加了產品的技術含量，用“柔性生產”的思想進行管理，是提高效益之舉。現在國內己經有一些知名企業開始朝這個方向努力。

HVAC系統絕大部分時間是在部分負荷狀態下運行的，部分負荷工況下系統能效比會降低，因此，設計的任務就是要將系統全工況下的性能調整到最佳。就是說，HVAC設計者不僅要考慮系統在設計工況下的效率，還要考慮系統在部分負荷下的運行程序和控制邏輯。暖通專業工程師與自控專業工程師應當相互融通，因為今后節能、環保、健康的建筑和設備系統離開自控和電腦化的能源、環境管理系統是不可思議的。在綠色建筑中，還要解決好利用晝光照明和降低空調負荷這一對矛盾。國外更提出“建筑能源綜合設計”的思想，即將空調、照明、圍護結構、電力驅動以及建筑調試和能源管理系統（EMS）結合在一起作通盤的設計。

【參考文獻】

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