機電安裝工程暖通空調新技術及發展研究

楊洪偉

（甘肅紫軒酒業有限責任公司，甘肅 嘉峪關 735100）

隨著科技水平的持續提高，一批暖通空調新技術，在機電安裝工程中得到廣泛應用，這對機電安裝質量、能源利用效率的提升起到十分重要的作用，被業界一致視為推動機電安裝工程跨越式發展的關鍵。與此同時，新型暖通空調技術的應用時間較短，一些技術人員對技術原理及具體應用的掌握還需進一步提升，為此進行以下分析。

1 機電安裝工程暖通空調新技術的具體應用

1.1 地源熱泵技術

地源熱泵是在機電安裝工程中配置地源熱泵機組、室內末端系統、室外地源換熱系統等設施設備，以地下水、巖土體或是地層土壤等作為低溫熱源，啟動地源熱泵機組持續將陸地淺層能源轉換為高品位熱能的一項技術手段，在寒冷冬季持續向室內環境輸入地熱，在炎熱夏季將室內環境中的熱空氣導入淺層陸地，以維持恒定的室內環境溫度。一般情況，地源熱泵機組每消耗1 kwh能量，即可轉換獲取超過4 kwh的冷量或是熱量，節能效果顯著。

在機電安裝工程中，地源熱泵技術價值主要體現在可再生能源利用、節能環保、用途廣泛、易于維護保養四方面。其中，在可再生能源利用方面，地源熱泵系統主要利用淺層陸地中蓄存的地熱能源，在泵機運行期間消耗少量電能進行能量置換，將地熱能源轉換為可供暖通空調系統使用的冷量或熱量，明顯減輕了暖通空調系統對電能的依賴性，實際運行成本較低，取得理想的經濟效益。在節能環保方面，地源熱泵系統的COP值超過4，相比傳統的電供暖方式，減少了70%以上的電力消耗，且地源熱泵機組等裝置在運行期間不會產生廢棄燃料、濃煙等污染物，不會對周邊生態環境造成污染破壞。在用途方面，地源熱泵系統既可以用于建筑室內環境的供暖或制冷，維持恒定室內溫度，同時，也可用于供應生活熱水等其他用途，具備“一機多用”條件。而在易于維護保養方面，地源熱泵系統的組成結構較為簡單，以地源熱泵機組為核心設備，有著機組緊湊、機械運動部件占比小的特征，不易出現使用故障。

1.2 變頻變量技術

在傳統暖通空調系統中，空調與電機等設備缺乏自調節能力，無法根據外部環境條件的變化來實時調整風量、用電量、冷量等運行參數。為滿足建筑采暖與制冷需求，空調、水泵電機等設備在運行期間始終保持高負荷或是滿負荷運行狀態，導致設備老化速度加快、使用壽命縮短、運行能耗居高不下。針對于此，需要在暖通空調系統中應用到變頻變量技術，加裝變頻器、傳感器、變送器等裝置，組建變頻調速控制子系統。在系統運行期間，由傳感器持續采集溫度、濕度、壓力和流量等現場監測信號，持續感知室內外環境變化情況與暖通空調運行工況，再由變送器將傳感電信號轉變為規則化電壓輸入值調節器，根據模擬輸出結果來調整變頻器的電壓頻率。如此，在環境條件發生改變時，暖通空調系統將自動調節水泵電機運動幅度、冷凍水流量等運行參數，保持暖通空調系統狀態、周邊環境的匹配狀態，取得節能效果，延長暖通空調設備的實際使用壽命，如通過調整電動機啟動電流和減少壓縮機啟停次數來延長壓縮機使用壽命。

1.3 冷熱源儲存技術

從暖通空調運行成本角度來看，我國多地均實施用電分檔收費模式，不同時間段的電費價格存在明顯差異，晝間電費價格較高，夜間電費價格相對較低。與此同時，傳統暖通空調系統不具備冷熱源儲存功能，在系統運行期間持續獲取市電，系統實際運行成本較高。針對這一問題，需要應用到冷熱源儲存技術，控制暖通空調系統在夜間或是電費價格相對較低的時間段內啟動制冷、制熱裝置，將電能轉換為冷源、熱源并加以存儲，在晝間與電費價格較高時間段釋放預先存儲的冷源、熱源，藉此來降低系統運行成本。例如，對冷源儲存功能的實現，需要在暖通空調系統中安裝冷凍空調，以水、冰作為蓄冷媒介，夜間啟動制冷裝置，水在低溫條件下凍結成冰，并在晝間通過融冰方式來釋放儲存冷源，降低室內環境溫度。

1.4 新風預處理技術

在現代機電安裝工程中，對室內環境空氣品質提出更高要求，需要應用新風預處理技術，采取熱回收、專業除濕等措施，消除新風對空氣品質與常規空氣條件造成的干擾，維持恒定的室內環境溫度與空氣濕度。其中，熱回收措施是在新風管道以及排風管道將各處安裝全熱輪換式交換器，起到交換潛熱、交換顯熱的作用，將冷、濕負荷控制在合理范圍內，也可選擇連接盤管與循環泵來構建單環路閉式熱回收系統，負責預冷夏季空氣。而專業除濕措施是在暖通空調系統中加裝除濕器與使用天然冷源，在系統運行期間，預冷器內輸送室外新風，經過冷水進行冷卻處理來控制潛熱、顯熱，再經由除濕器除濕處理、與干燥新風混合回風、冷卻盤管輸送后吹入室內環境。

1.5 區域冷熱電聯供技術

在傳統暖通空調系統中，普遍采取集中式發電、遠程送電方式，實際發電效率較低，普遍在30%~40%左右，產生較大的輸電損耗，導致暖通空調系統運行能耗居高不下。為解決這一問題，需要應用到區域冷熱電聯供技術，構建區域型或是樓宇型的冷熱電聯供系統，區域型系統涵蓋范圍內的全部建筑物，建設獨立能源供應中心與安裝外網設備，樓宇型系統則是在獨棟建筑物內安裝小容量機組來搭建冷熱電供應系統。隨后，對系統范圍內的暖通空調實施并網管理，經由通風管道與制冷制熱站來輸送熱氣、冷氣，并對余熱進行收集、利用，從而實現減少暖通空調使用頻率、降低系統運行能耗、提高能源利用效率的目的。

1.6 低溫地板輻射采暖技術

低溫地板輻射采暖是在地板下方空間內鋪設盤管系統，依次開展固定分集水器、鋪設保溫層與埋地管材、設置伸縮縫、回填細石混凝土、鋪設地板作業，使用60 ℃以內熱水作為熱源，在盤管內循環流通熱水，熱量通過管壁、地板持續向周邊輻射散熱，解決傳統采暖方式房間頂部、底部存在明顯溫差的問題。與此同時，也可選擇在地板下方鋪設低溫發熱電纜，在電纜通電運行期間，通過碳纖維發熱體或是合金電阻絲進行發熱，透過地板向室內環境傳送熱量。根據實際應用情況來看，在機電安裝工程中，低溫地板輻射采暖技術價值體現在改善采暖效果、節能、不占用室內使用空間、使用壽命四個方面。其中，在改善采暖效果方面，早期暖通空調系統普遍采取熱風對流循環方式，在熱風對流期間會帶動空氣中的灰塵流動，且室內環境濕度明顯降低，容易誘發皮膚干燥、過敏性癥候群、支氣管炎等人體健康問題的出現，而低溫地板輻射采暖則采取輻射導熱方式，明顯改善了采暖效果，居住者不易出現身體不適情況，且室溫曲線更符合人體生理需求，房間底部溫度略高于頂部溫度。在節能方面，熱媒低溫傳送期間的熱損量明顯低于熱風對流等傳統采暖方式，一般情況下的節能幅度達到20%左右，在加裝分區溫控裝置時的節能幅度提升至40%左右。在室內使用空間方面，傳統采暖方式需要在建筑室內空間擺放暖氣片、支管、電暖風機等設備，占用一定的室內空間，并對家具布置、建筑室內裝修效果造成影響，而低溫地板輻射采暖系統僅需在地板下方鋪設盤管或是低溫發熱電纜，一般情況下可增加2%~3%的室內使用面積。在使用壽命方面，采暖盤管、低溫發熱電纜由于暗埋在地板下方，使用期間不會受到人為破壞、外力碰撞，基本不出現故障問題，以采暖盤管為例，平均使用壽命超過50年。

1.7 BIM技術

考慮到現代暖通空調系統有著結構復雜、涉及多個專業、設計與安裝難度較高的特征，需要在虛擬演示、管線優化設計、數據算量、水力計算等場景中應用到BIM技術，這對改善暖通空調運行狀況、提高設計水準、保障設備管線安裝質量有著重要的現實意義。例如，在虛擬演示場景中，在BIM軟件中構建可視化的三維數據模型，以及開展模擬施工試驗，以動畫形式呈現暖通空調安裝過程，將BIM模型與試驗結果作為技術交底、專業交流、施工指導的主要憑證。而在管線優化設計場景，由設計人員對模型中的管線數量、規格、位置等參數進行調整，開展仿真實驗，模擬不同管線方案時的系統運行狀態，并開展碰撞檢查工作，檢查管線是否存在軟、硬碰撞點。

2 機電安裝工程暖通空調技術的發展趨勢

2.1 保持水力平衡

在暖通空調系統運行期間，受到管網流動阻力特性變化、流體自由液面差變化、管路阻力差異、末端設備相互影響等多方面因素影響，偶爾出現水力失調問題，由此導致流量分配不均、空調能耗浪費嚴重、室內環境冷熱不均等狀況出現，沒有起到應有的采暖制冷效果。針對于此，需要推動暖通空調技術體系向保持水力平衡方向發展，根據工程情況，綜合采取加裝散熱器恒溫閥、加裝自力式壓差控制閥、優化空調管路結構、調整支線用戶過渡流量等控制措施，徹底解決空調水力失調問題。例如，在暖通空調系統中加裝散熱器恒溫閥，這類閥門由傳感器、執行器兩部分組成，恒溫閥根據室內、室外環境氣溫變化值來調節自身開度，起到負荷調節作用。同時，也可選擇新型的四管制管路方法，在空調箱內接入熱盤管以及冷盤管，各組盤管均具備一根進水管和一根回水管，分別接入熱水、冷水，確保暖通空調系統在運行期間可以隨時切換制冷模式與制熱模式。

2.2 應用新型能源

在早期機電安裝工程中，受到技術限制，暖通空調系統普遍以電能作為能源供應，在電能傳輸期間受到線路長度等因素影響，產生較高的線損量，電能實際利用效率較低，導致暖通空調系統運行成本高昂，并造成不必要的資源浪費，與可持續發展理念、綠色低碳建筑理念相違背。與此同時，在電能生產、使用期間，還會對生態環境造成一定程度的破壞，包括火力發電時產生不良氣體、暖通空調運行期間排放大量二氧化碳。因此，為提高機電安裝工程的經濟效益、環境效益，需要使用新型可再生能源或是清潔能源作為暖通空調技術體系的主要發展方向，應用到地源熱泵、主動式/被動式太陽能采暖、太陽能制冷等新型技術。例如，主動式太陽能采暖技術是在系統結構中加裝太陽能集熱器、儲熱器等裝置，以電能作為輔助能源，由集熱器蓄存接收太陽輻射能量時的熱量，將空氣或是水作為載熱介質，持續提高載熱介質溫度，再經由風機或是水泵裝置將熱量傳送至室內環境，起到室內采暖效果。

太陽能制冷技術是通過集熱器進行光熱轉換實現制冷目的，或是通過光電轉換器進行光電轉換來實現制冷目的。根據實際應用效果來看，光電轉換方式存在電能耗量過高、制冷成本高昂的局限性，實際應用價值有限，而光熱轉換方式的可行性相對更高，可以通過吸收制冷、吸附制冷方式加以實現。其中，吸收制冷是使用高沸點吸收劑材料與低沸點制冷劑材料，在集熱器載熱介質中添加吸收劑，由太陽能提供溶液加熱熱源，制冷劑溶液在高溫條件下出現蒸發現象，水蒸氣在冷凝器裝置內冷凝成水，進入蒸發器起到降低冷水溫度作用。吸附制冷是在暖通空調系統中加裝太陽能吸附發生器，以太陽能作為熱源，設備所吸附氣態制冷劑在受熱條件下進行解析反應，冷凝為液體并流入蒸發器進行制冷。

2.3 自我調節

傳統暖通空調系統的自動化程度較低，需要采取人工干預手段來調整系統運行狀態及運行模式，如在水泵、風機出口部位安裝閥門，由工作人員調整閥門開度來控制系統局部阻力、調節流量等參數，這無疑加大了暖通空調系統的運維管理工作量，產生額外的使用成本，且暖通空調系統實際運行效果和預期存在出入。因此，需要以實現自我調節作為暖通空調技術體系的主要發展方向，應用到信息傳感、自動控制、人工智能、變頻變量等技術手段，重點提高暖通空調系統的自動化、智能化水平，進而實現無人值守目標。例如，對于新風機組，應用信息傳感等技術手段來增設自動監控功能，安裝若干種類傳感器，持續對電機運行狀態、風機出口部位空氣溫濕度、新風過濾器兩側壓差、新風閥啟閉狀態等要素進行檢測，對比檢測數據與額定值，根據對比結果來下達相應控制指令，如在冬季風機出口部位空氣濕度不達標時調整干蒸汽加濕器閥門，在風機出口部位溫度不達標時調整熱水換熱器水側端調節閥，并在檢測到系統異常運行、外部環境劇烈變化時自動采取相應保護措施，如在冬季出現熱水溫度驟降時停止風機與新風閥門，避免換熱器在低溫條件下出現凍裂故障。

3 結語

綜上所述，為滿足日益提高的暖通空調品質要求，向用戶提供更為優質的使用體驗。在機電安裝工程中，工作人員必須認識冷熱源儲存、新風預處理、變頻變量等新型暖通空調技術的應用價值，根據工程情況靈活應用各項新技術新工藝，推動暖通空調技術體系向保持水力平衡、應用新型能源、系統自我調節方向發展。