論建筑暖通空調系統節能技術的應用

摘要：針對空調系統能耗的影響因素和高層商業建筑的特點，以高層商業建筑空調節能改造為例，從減少冷熱負荷、提高冷熱源效率、利用自然冷源、減少水泵電耗、減少風機電耗、改進氣流組織、改善控制方面分析了商業建筑空調節能的具體技術措施和實施辦法。

關鍵詞： 節能技術；設備節能；能源利用

1 建筑空調系統設備的節能運行技術

1.1 蓄能空調技術

1.1.1 蓄冷空調技術

常規的蓄冷技術包括冰蓄冷空調和水蓄冷空調。通過降低介質溫度或凝固介質，將冷能以顯熱和潛熱的形式儲存在介質中。必要時，被儲存的冷能可以通過升高介質溫度，或熔化介質再次被利用。蓄冷系統的主要設備有冷水主機、蓄冷裝置、板式換熱器、自動控制系統以及泵閥等。系統的流程主要是針對冷水主機和蓄冷裝置的相互關系，有串連和并聯之分，串連又有主機上游和主機下游兩種方式。其設計的關鍵在于冷水主機容量的選定。

1.1.2 蓄熱技術

關于蓄熱技術，目前我國主要使用電鍋爐蓄熱式系統且以水作為蓄熱介質。所謂電力蓄熱系統，就是以電鍋爐為熱源，利用低谷廉價電力，對水加熱，并將其儲存在蓄熱水箱中，在電網高峰時段關閉電鍋爐，由儲存在蓄熱水箱中的熱水供熱，其優點是不排出有害氣體，無污染，無噪聲，比煤鍋爐、油鍋爐的熱效率高，又能充分利用低谷電，運行費用低。

1.2 熱回收技術

1.2.1 排風余熱回收

一般的空調系統都要設計新風系統來稀釋室內的有害物，以保證室內空氣品質；為了保證室內的風量平衡，使新風順利進入室內，同時還要設計排風系統。對于人員集中的建筑如商場、辦公樓的會議室等，新風量較大，使得空調系統中的新風負荷也隨之增大，同時排風將空調房間內的空氣排出室外，也是一種能量的浪費。因此充分利用排風的能量，對其進行回收，從而對新風進行預冷或預熱，減小新風負荷是暖通空調節能的重要途徑。

1.2.2 制冷機組的冷凝熱回收

制冷機組冷凝熱回收的換熱設備目前逐漸引起人們的重視。這一類的熱回收設備可以與不同的系統結合起來使用。如果與生活用熱水系統相結合，使壓縮之后的制冷劑首先進入板式熱交換器，生活用熱水通過熱交換器的另一側，由于被壓縮后的制冷劑溫度較高，只要設計合理，它能夠提供的熱量完全可以將熱水加熱到洗澡用的溫度，可以儲存在保溫水箱中，滿足人們的需要。當制冷機組的冷凝器所產生的熱量不能夠將熱水加熱到需要的溫度時，亦可在系統中添加水源熱泵作為輔助熱源以滿足用戶需要。在夏季制冷供熱水時，因為冷凝器側回收冷凝熱的同時，蒸發器側仍在供冷，因此可以說。這種供熱水方案運行費用幾乎為零，具有明顯的經濟。冬季制熱供熱水時，雖然暫時不能供暖，要等蓄熱水箱達到溫度要求后，才能恢復供暖，但通過程序控制，制熱水時間大多可以避開供暖時間，這樣可減少對供暖的影響。過渡季節供熱水時，只需單獨一臺制熱水機組，其他機組和相關的水泵都停止運行，不存在匹配難的問題。這樣四季都能吸收包括高溫顯熱、液化潛熱和過冷熱量的全部冷凝熱量，熱回收效果很明顯。

1.3 變頻技術

不同類型的冷水機組都有較完善的自動控制調節裝置，能隨負荷變化自動調節運行狀況，保持高效率運行。空調機組、末端設備和水泵等設備采用變頻控制，可以使該部分設備的能耗減少30%以上。

1.4 減少冷熱負荷技術

冷熱負荷是空調系統最基礎的數據，制冷機、供熱鍋爐、冷熱水循環泵以及給房間送冷、送熱的空調箱、風機盤管等規格型號的選擇都是以冷熱負荷為依據的。如果能減少建筑的冷熱負荷，不僅可以減小制冷機、供熱鍋爐、冷熱水循環泵、空調箱、風機盤管等的型號，降低空調系統的初投資，而且這些設備型號減小后，所需的配電功率也會減少，這會造成變配電設備初投資減少以及上述空調設備日常運行耗電量減少，運行費用降低。所以減少冷熱負荷是商業建筑節能最根本的措施。減少冷熱負荷有以下一些具體措施：

改善建筑的保溫隔熱性能。房間內冷熱量的損失通過房間的墻體、門窗等傳遞出去的。改善建筑的保溫隔熱性能可以直接有效地減少建筑物的冷熱負荷。改善建筑的保溫隔熱性能可以從以下幾個方面著手，確定合適的窗墻面積比例，不要盲目追求大窗戶、全玻璃幕墻。合理設計窗戶遮陽。充分利用保溫隔熱性能好的玻璃窗。

2 空調系統能源利用的節能技術

2.1 自然冷源免費供冷技術

2.1.1 冷卻塔供冷

在夏季以外的過渡季節或冬季、在有些建筑物中仍存在冷負荷；如大中型建筑物中的辦公樓、商場，因照明、室內大功率設備散熱以及室內人員的散熱（濕）產生的熱量可抵消圍護物的熱耗，所以有些建筑的內區需要長年供冷，才能滿足空調要求。較常用的方式是在冷卻塔供冷時，使用板式換熱器實現冷卻水和冷凍水系統的換熱，這樣可以避免較“臟”的冷卻水直接進入末端設備，保證了冷凍水系統的清潔和正常運行。在空調系統中，冷水機組的能耗占有極高的比例。用冷卻塔供冷技術可少開或不開冷水機組，可減少冷凍機運行時間，大大減少了供冷費用，其節能效果是顯著的；還防止了當冷凍機長期在遠離設備設計工況的情況下工作時，因冷卻水溫度過低無法啟動的情況。冷卻塔供冷技術在我國北方較寒冷地區應用較多。

2.1.2 新風免費供冷

在有些建筑的空調系統中，需要大量引入新風以滿足室內空氣品質的要求。根據其新風引入方式，還可以通過在過渡季節和冬季直接引入室外的溫濕度相對較低的新風來帶走房間內所產生的各項熱濕負荷，無需使用集中制冷系統，達到“免費”供冷的節能效果。在夏季時，利用夜間相對低溫的新風，可以在非營運時間預先冷卻室內空氣。帶走部分室內熱量，減少白天工作時間的室內冷負荷。實現間歇性的免費預冷。

2.2 水源熱泵和地源熱泵技術

2.2.1 水源熱泵

水源熱泵是一種利用地球表面或淺層水源（如地下水、河流和湖泊），或者人工再生水源（工業廢水、廢氣等）的既可供熱又可制冷的高效節能空調系統。該系統利用熱泵機組實現低溫位熱能向高溫位轉移.將蓄能水體分別在冬、夏季作為供暖的熱源和空調的冷源，即在冬季，把水體中的熱量“取”出來。提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量取出來，釋放到水體中去。同一系統可實現三大功能：冬季供暖、夏季制冷和提供日常生活用熱水。地球表面或淺層水源的溫度一年四季相對穩定，一般為10～25℃，冬季比環境空氣溫度高，夏季比環境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源。系統運行過程中，無燃燒，無任何固態、液態或氣態污染物排放，是“綠色”供暖的環境系統工程。水源熱泵的污染物排放與電供暖相比，相當于減少70%以上。

2.2.2 地源熱泵

地源熱泵是一種利用地下淺層土壤的熱資源，通過輸入少量的高位能源（如電能）將低溫位能向高溫位能轉移，以實現既可供熱又可制冷的高效節能中調系統。地源熱泵利用地能一年四季溫度穩定的特點，冬季把地能作為熱泵供暖的熱源，即把高于環境溫度的地能中的熱能取出來供給室內采暖。夏季把地能作為空調的冷源，即把室內的熱能取出來釋放到低于環境溫度的地源中。在地源熱泵系統中大地起到了蓄能器的作用，進一步提高了空調系統全年的能源利用效率地源熱泵空調系統主要優點是：環保節能，利用可再土能源，可持續發展，一機多用，節省建筑空間，無需冷卻塔和室外風冷部分，對建筑外觀影響小，運行費用低，投資回報快，全年運行，節約電能。

3 結語

隨著科學技術發展的日新月異，新技術、新工藝在暖通節能中的應用層出不窮，暖通空調系統建筑空調節能技術是節約能源、改善生活和工作條件、減輕環境污染、促進經濟可持續發展的有效措施。相信在不久的將來，暖通空調系統建筑空調節能技術必將獲得更加快速的發展。