暖通空调系统中节能环保技术探讨

　　摘要:节能对于我国现代化建设来说,具有更重大的意义。目前,全国各地电力十分紧张,但所需能量也在迅速增长。因此节能降耗成为空调系统设计的关键环节。本文介绍了暧通空调的目的、影响空调系统的因素、暧通空调的节能设计，以及空调系统能源有效利用和节能的几个主要途径。在空调领域,舒适和节能成为当今建筑、设计的基本课题,保护环境,利用自然能源,削减能源负荷,成为今后建筑设计的方向。
　　关键词:建筑节能;暖通空调;环保技术；
　　随着我国国民经济的发展、人民生活水平的提高,空调技术已在国防、科研、工厂、医院、宾馆、旅馆、商店、办公楼、影剧院、住宅等建筑中广泛应用,从而使建筑物的总能耗逐年增长。我国的节约能源法中指出,节能是指加强用能的管理,采取技术可行、经济合理以及环境和社会可以承担的措施,减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费,更加有效、合理地利用能源。节能还包括再生能源和新能源的开发利用。
　　1暖通空调目的及其影响
　　1.1暖通空调的目的
　　暖通空调的目标是为人们提供舒适的生活和生产室内热环境，主要包括:室内空气温度、空气湿度、气流速度以及人体与周围环境(包括四壁、地面、顶棚等)之间的辐射换热(简称环境热辐射)等。在一般的舒适性空调中，以能够使人体保持热平衡而满足人们的舒适感觉为目的；在恒温恒湿或有洁净要求的工艺性空调中，一切以满足生产工艺为目标。
　　1.2暖通空调对人体健康的影响
　　据国外的一份调查报告显示，居民平均88%的时间在室内，7%的时间花费在交通上，5%的时间是在室外。就是说几乎每天在室内的时间是13h。从这方面来说住宅的空气质量品质对人体的健康更加具有积极的意义。然而，由于建筑物的密闭性逐渐增加，建筑物装饰越来越多样化，从而导致室内污染物的滞留和增加，例如：烟雾、病毒及从家具、地毯和油漆中散发的多种危险化学物质，加上新风量的明显不足，空气重复循环，会造成室内空气质量品质严重下降，空调房间的空气污染物指标会远远超过国家安全标准。因此，如何有效地解决这个问题已经受到越来越多的人的关注，研究人员发现增加通风量来稀释空气并排放室内的污染物，通风换气，向室内提供大量的新鲜空气是改善室内空气质量最有效的方法。然而，提高新鲜空气的供给量，意味着增大空调新风负荷，同时也意味着使空调的能耗不断的增加。由此可见，利用新风和排风进行热交换能有效地解决这一矛盾，不但增加了室内的新风供给量，同时也回收了排风的能量，降低了新风负荷，减少空调器的运行能耗。
　　2影响暖通空调的因素
　　在房屋的建筑热工设计时，为了使房间内产生舒适的微气候，往往需要恰当地利用房屋围护结构的热特性以抵抗室外气候的变化。因此，围护结构在热工设计中是十分重要的，除此之外还有建筑规划设计、太阳辐射、空气温湿度等多方面。
　　2.1围护结构对暖通空调的影响
　　围护结构包括外围护结构和内围护结构。外围护结构主要包括屋面、外墙和窗户(包括阳台门等)；内围护结构主要包括地面、顶棚、内隔墙等。在采暖建筑中，围护结构的传热热损失占总的热损失的比例是较大的，以4个单元6层的砖墙、混凝土楼板的典型多层建筑为例：在北京地区，通过围护结构的传热热损失约占全部热损失的77%(其中外墙25%，窗户24%，楼梯间隔墙11%，屋面9%，阳台门下部3%，户门3%，地面2%)，通过门窗缝隙的空气渗透热损失约占23%，在沈阳地区，通过围护结构的传热热损失约占全部热损失的65%(其中外墙26%，窗户26%，屋面8%，阳台门下部1%，外门1%，地面3%)，通过门窗缝隙的空气渗透热损失约占27%。由此可见，改善围护结构的热工性能对于暖通空调节能具有重要意义。
　　2.2建筑规划对暖通空调的影响
　　建筑规划设计是建筑节能设计的重要方面，规划节能设计应从建设选址、分区、建筑和道路布局走向、建筑方位朝向、建筑体型、建筑间距、冬季季风主导方向、太阳辐射、建筑外部空间环境构成等方面进行研究。以优化建筑的微气候环境，有利于节能，充分重视和利用太阳能冬季主导风向、地形和地貌，利用自然因素。节能规划设计就是分析构成气候的决定因素:辐射因素、大气环流因素和地理因素的有利、不利影响，通过建筑的规划布局对上述因素进行充分利用、改造，形成良好的居住条件和有利于节能的微气候环境。
　　3暖通空调的节能设计
　　空调系统的节能设计，应根据工程具体情况对空调运行季节进行全工况、全过程的分析，寻找出一个合理的方案，使空调系统在不同的室外气象参数或室内状况下都能经济合理的运行，并在运行过程中创造良好条件。
　　3.1选择合适的冷热源
　　在系统设计中对设备进行合理选配已成为空调节能的关键，合理配置中央空调系统的冷热源对节能与能源合理利用的意义非常重大。中央空调常见的冷热源配置方式有水冷冷水机组十锅炉、热泵型机组和溴化锂吸收式机组。第一种冷热源在设计工况下的能效比较高，一般为3.7～5；第二种冷热源即热泵型机组，夏季制冷，冬季制热.在设计工况下，其能效比较水冷机组要低，仅达到3左右，但其具有良好的节能和环保效果；中央空调的另一种冷热源为溴化锂吸收式机组，这类机组的能效比(制冷量/消耗的热量)比较低，节电不节能，适用于有废热和余热的地方。
　　3.2采用蓄冷系统
　　各国用电状况都不同程度的存在着电负荷峰谷差较大的情况，在用电高峰时电力供应不足，而在低峰时电力供应过剩。在实施电力峰谷电价的地区，就可利用低电价时段采用冰蓄冷系统将水制成冰来储存冷量，高电价时段再将冷量释放出来，这将对整个电力负荷的移峰填谷工作起很大作用。采用冰蓄冷系统能够产生良好的经济效益和社会效益。
　　3.3采用变频系统
　　变频技术在现代空调中的使用已成为必然趋势，它不仅能有效改良空调系统的工艺不足，还能大幅降低能耗，节省运行成本。采用变频技术的原因有：
　　(1)设计者在选择设备时，通常留有一定的设计余量(20%～25%)，实际上设备也极少在全负荷工况下运行，甚至从未全负荷运行过。
　　(2)建筑物由于使用情况的变化(如出租率不高，建筑功能变化等)，负荷也会发生相应变化。[!--empirenews.page--]
　　(3)建筑物的实际负荷会随着室外气候的变化而波动。通常空调设备只能按设计的额定功率运行，当负荷降低时，设备仍然按照额定功率全负荷输出运行，这就必然造成能量的浪费。如果我们能够使用变频技术使空调设备的输出功率随负荷的变化而变化，那么就可起到节能的效果。根据空调负荷来相应改变水流量或风流量可有效实现地节能。变风量空调系统(VAV)是通过末端装置来补偿室内负荷的变动，调节房间送风量以维持室温。变风量和定风量系统相比，一般情况下可节能50%。变水量系统(风机盘管)是通过水量控制的方法来调节温度的，其比定流量系统要节电。随着工业变频器的推广应用，通过对水流量、风量及主机等的变频控制调节，可实现其同所需空调负荷的实时匹配，从而产生显著的节能效益。
　　4发展可再生能源在暖通空调系统中的应用
　　当前，为了使空调系统向节能环保方面发展，科技工作者做了大量科研工作，采取了更加有效地措施和方法，例如：“太阳能技术”、“地源泵技术”、“蓄冷技术”、“热泵水源技术”等等。可再生能源具有资源丰富、不污染环境、清洁安全和资源可再生的优点。因此，在能源状况日益紧张的今天，大力推广可再生能源的应用具有十分重大的意义。
　　4.1可再生能源在暖通空调系统中的应用形式
　　可再生能源在暖通空调系统中的应用包括：太阳能的应用、自然通风的应用、地下水的应用、地热(冷)的应用、海洋能的应用等。
　　4.1.1太阳能的应用
　　太阳能在暖通空调中的应用主要有：被动式和主动式，其中主动式主要包括：太阳能采暖和太阳能制冷2个方面。
　　4.1.1.1太阳能采暖
　　主动式太阳能采暖用电作为辅助能源，驱动用太阳能加热的水在管道中循环流动向房间供热。随着太阳能集热器的研制开发，具有工作温度高、承受压力大、耐冷热冲击和抗冰雹等优点的热管式真空管太阳能集热器使主动式太阳能采暖系统的应用成为可能。
　　4.1.1.2太阳能制冷
　　太阳能制冷主要包括太阳能压缩式制冷、太阳能吸收式制冷和太阳能吸附式制冷。太阳能压缩式制冷研究的重点是如何将太阳能有效地转换成电能，再用电能去驱动压缩式制冷系统。以太阳能作为热源的吸收式制冷是利用太阳辐射热能驱动溴化锂—水溶液或氨—水溶液的吸收式制冷系统。太阳能吸附式制冷是将系统中的加热器和冷却器去掉，将太阳能集热器与吸附床合二为一，冷却功能则利用夜间室外空气的自然冷却来完成。
　　4.1.2自然风的应用
　　自然风的供冷是可再生能源在暖通空调应用中的重要组成部分。当室外空气的焓值和温度低于室内时，在供冷期内就可以利用室外风所带有的自然冷量来全部或部分满足室内冷负荷的需要。通常，这种情况出现在供冷期的过渡季和夜间，可采用的方法为新风直接供冷和夜间通风蓄冷。由于利用了自然风提供建筑所需要的冷量，与常规空调系统相比，在运行中不用电或少用电，既节约能源，又减少对环境的污染，同时也改善了室内空气品质。
　　4.1.3地下水的应用
　　地下水由于地层的隔热作用，其温度受气温影响很小。在暖通空调中，有些地下水可以直接作为冷源，更是热泵良好的低位热源。所以水源热泵有着良好的节能前景。水源热泵技术是利用地球表面浅层水源(如地下水、河流、湖泊)中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并利用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。但是在利用地下水的过程中，需要注意的问题：①要有可靠的回灌技术利；②用地下水时应注意水质，水质不合格会使井老化.
　　4.1.4土壤能的应用
　　地源热泵是利用地下浅层地热资源(通常<400m深)作为冷热源，进行能量转换，提供供暖制冷的空调系统。地源热泵系统通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温热源向高温热源的转移，地能分别在冬季和夏季作为低温热源和高温热源。夏季，大地作为排热场所，把室内热量以及压缩机的散热通过埋地盘管排入土壤中，再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去。在地源热泵系统中，由于冬季从大地中取出的热量在夏季得到补偿，因而使大地热量基本平衡。虽然我国在开展土壤源热泵系统的研究与应用方面起步较晚，但由于其技术上的优势和有着节能、环保和可持续发展的优点，我国地源热泵系统的研究和开发市场也日趋活跃，它将成为中小型生态建筑空调冷热源合理可行的选择方案之一。
　　4.1.5海洋能的应用
　　海洋能利用的主体是利用海洋能发电，其技术已日趋成熟。海洋是地球气候和淡水循环的天然调节源，其容量巨大，与大气、陆地间通过水汽等方式不断进行能量和物质循环，是一个天然容量巨大的低位冷热源，为人类制冷供热提供了良好的条件，海水热泵是一个很好的选择。
　　4.2可再生能源在暖通空调中需要注意的问题
　　应根据各自的地理位置确定合适的利用方式。我国疆域辽阔，地理环境多样，可再生能源分布不均。因此，利用可再生能源必须结合区域实际特点，贯彻因地制宜的方针，通过分析比较，选择应用和开发暖通空调新技术，真正创造良好的节能效益和环境效益。研究成果表明，在太阳能利用方面具有经济价值的地区是年日照高于2200h的地区，尤其是西北干旱地带、青藏高原以及常规能源短缺或电力紧张的地区。
　　目前我国发现的地热以中低温为主，多为低温热水型资源，绝大部分适宜直接利用；高温地热源不多，主要集中于西藏、云南和台湾，这些地区一方面可以直接采用地热供暖，另一方面采用高温热泵也是很好的选择。在海水深度50～100m范围内，我国四大海域(渤海、黄海、东海、南海)全年的海水平均温度约为20℃，可在夏季作为空调装置的冷源，冬季作为热泵装置的热源。因此，在沿海地区，海水源热泵前景广阔，还可与海水淡化、制盐装置综合考虑，构建由冷、热、水、盐4种产品联产的集成系统。
　　5结语
　　随着空调应用的日益普及，空调领域作为耗能大户应从设计、运行等方面特别注意节能的问题，不断提高空调系统的节能设计水平、节能运行管理水平，采用各种节能措施降低空调系统的运行能耗和费用，改善空调系统的节能效果，并且要大力开发可再生能源在暖通空调系统中的应用，这对于节约能源、保护环境、促进国民经济的可持续发展都具有十分重要的意义。只要暖通空调专业的工作者和能源环保工作者共同不懈努力，空调系统的节能降耗就可以做得更好。我相信随着国家对能源环保工作的重视，有关政策法规控制措施的逐步落实，将会迎来一个新能源、新环保的世界。[!--empirenews.page--]

《暖通空调系统中节能环保技术探讨》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 暖通空调系统中节能环保技术探讨

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-8144