簡述暖通空調(diào)的節(jié)能減排技術(shù)及發(fā)展建議

范紅巖

【摘要】暖通空調(diào)能耗占建筑總能耗的一半以上，而建筑能耗占用了國家電力的30%以上，因此研究暖通空調(diào)的系統(tǒng)節(jié)能對于降低能耗具有十分重要的意義。本文從暖通空調(diào)的空氣處理系統(tǒng)入手，分析暖通空調(diào)的節(jié)能技術(shù)，研究空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，并對空調(diào)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】暖通??節(jié)能技術(shù)??空調(diào)發(fā)展

引言

能源是國家經(jīng)濟(jì)與科技可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)物質(zhì)，缺少能源則就失去了一切所需的推動力。然而，能源是一種有限的自然資源，不斷消耗只會導(dǎo)致其逐漸減少甚至耗盡，國家正在不斷鼓勵科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)相關(guān)部門研發(fā)低耗能設(shè)備。建筑是耗能大戶，建筑業(yè)的耗能情況占社會總耗能量的30%以上，隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，其耗能量也在不斷增加。其中暖通空調(diào)系統(tǒng)占用了整個建筑業(yè)能耗的一半以上，可以認(rèn)為暖通空調(diào)是社會耗能量大的設(shè)施之一，不僅因其系統(tǒng)工作需要大量的能源消耗，而且空調(diào)數(shù)量也在不斷增加，從以前的城市擴(kuò)展到農(nóng)村，現(xiàn)已經(jīng)普及到每一個角落，如果從電量節(jié)能角度分析，每一臺暖通空調(diào)每天節(jié)省一度電，對于整個世界的能源穩(wěn)定性而言則能上升一大步。因此，對于暖通空調(diào)的系統(tǒng)節(jié)能研究具有十分重要的意義。

一、暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展

最早對于暖通空調(diào)的設(shè)計目的是為了滿足用電負(fù)荷的需求，并沒有考慮能源消耗問題，且所有的控制裝置基本上是手工操作。隨著能源危機(jī)的加劇，對于空調(diào)的控制系統(tǒng)研究逐漸由負(fù)荷方面轉(zhuǎn)向節(jié)能優(yōu)化方面，如今隨著系統(tǒng)控制器以及能源管理系統(tǒng)的不斷研究與發(fā)展，空調(diào)整體發(fā)展趨勢得到明顯改善，節(jié)能效率有大幅度提升。然而針對不同的應(yīng)用途徑，以及不同的圍護(hù)設(shè)施，則空調(diào)的節(jié)能降耗也不同。例如在建筑業(yè)方面，對于國家實行的《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》中已明確我國三大主要節(jié)能領(lǐng)域，其中建筑節(jié)能是主要領(lǐng)域之一，并提出了新建建筑嚴(yán)格實施節(jié)能50%的標(biāo)準(zhǔn)，基于城市改建措施，開展居住和公共建筑的節(jié)能改造，其中空調(diào)是建筑的主要耗能設(shè)施。因此在滿足舒適度的前提下暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計與如何優(yōu)化使整個系統(tǒng)運(yùn)行能耗最低，已成為當(dāng)今空調(diào)行業(yè)的熱點(diǎn)問題。

暖通空調(diào)的節(jié)能技術(shù)可以改善建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度控制，減少冷熱傳遞而造成的能量損失，同時如果建筑能夠提高其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)物質(zhì)，如門窗的氣密性或墻體的保溫性等，可以大大提高空調(diào)的效率，減少能源消耗。目前除了對暖通空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與布局設(shè)計，如何優(yōu)化系統(tǒng)各個控制變量，最小化系統(tǒng)能耗也已成為目前空調(diào)節(jié)能技術(shù)發(fā)展的主要方向。例如變靜壓變溫度的控制算法在空調(diào)系統(tǒng)變風(fēng)量中的研究得到廣泛關(guān)注，且通過研究表明，采用變靜壓變溫度控制技術(shù)可以使空調(diào)風(fēng)機(jī)能耗降低50%左右。即便如此，由于暖通空調(diào)系統(tǒng)是依據(jù)滿足用戶的最大負(fù)荷設(shè)計的，在實行這種控制技術(shù)之前仍需要解決兩個關(guān)鍵問題，即如何預(yù)測送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的位置以及評估所需送風(fēng)狀態(tài)，此外對于提高系統(tǒng)能效而言，如何在線優(yōu)化參數(shù)眾多且設(shè)備分散的空氣處理機(jī)的工作點(diǎn)是目前急需解決的關(guān)鍵問題。對于這些問題都需要結(jié)合實際環(huán)境與地方用電政策而進(jìn)一步系統(tǒng)研究，也是未來暖通空調(diào)實行更加有效節(jié)能的發(fā)展方向。

三、暖通空調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

暖通空調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計是空調(diào)發(fā)展的核心部分，如何設(shè)計優(yōu)良且具有智能化的空調(diào)熱交換系統(tǒng)，使空調(diào)在使用過程中能基于環(huán)境有效調(diào)節(jié)溫度，實時降低能耗，是暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的主要方向。因此，對于暖通空調(diào)的系統(tǒng)發(fā)展研究主要從空調(diào)系統(tǒng)的模糊控制技術(shù)、空調(diào)系統(tǒng)控制范圍的能量回收技術(shù)、空調(diào)系統(tǒng)低溫送風(fēng)技術(shù)以及空調(diào)變頻技術(shù)等方面展開。

（1）空調(diào)系統(tǒng)的模糊控制技術(shù)

隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，模糊控制已成為智能控制的重要組成部分。模糊控制技術(shù)近年來在復(fù)雜工業(yè)過程控制方面發(fā)揮著日益重要的作用，其作為一種非線性系統(tǒng)控制策略，在系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)建模復(fù)雜度方面，具有無需建立系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，通過將積累的經(jīng)驗知識轉(zhuǎn)化為模糊控制規(guī)則，通過模糊推理過程實現(xiàn)系統(tǒng)的實時控制，從而克服了線性化方法的運(yùn)算復(fù)雜性，由于模糊控制系統(tǒng)具有較好的魯棒性，可以解決外在環(huán)境因素的擾動以及系統(tǒng)本身因素的不確定性對系統(tǒng)的影響，充分結(jié)合現(xiàn)場操作人員的成果經(jīng)驗，從而有效的提高過程控制質(zhì)量，為復(fù)雜工業(yè)過程和非線性系統(tǒng)的控制研究開辟了新的途徑。

（2）空間能量回收技術(shù)

空間能量回收技術(shù)是空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)有效節(jié)能的關(guān)鍵部分，而對于這種技術(shù)有很多優(yōu)化設(shè)計方法，可包括為采用無能量回收的普通機(jī)組技術(shù)、能量回收的全新風(fēng)空氣處理機(jī)組技術(shù)、帶能量回收與混合風(fēng)的空氣處理機(jī)組技術(shù)等。其中對于無能量回收的普通機(jī)組技術(shù)，這種方式可以使室外新風(fēng)與室內(nèi)的大部分回風(fēng)進(jìn)行有效混合后再送入室內(nèi)，可以有效降低系統(tǒng)能耗，但不能保證室內(nèi)空氣的質(zhì)量;對于帶能量回收的全新風(fēng)空氣處理機(jī)組技術(shù)而言，它是將室內(nèi)回風(fēng)全部排除，通過系統(tǒng)的熱回收裝置把排風(fēng)的能量收回并進(jìn)行預(yù)冷室外新風(fēng)，導(dǎo)致熱回收裝置成為整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，如果回收裝置的效率較低，則會增加空調(diào)系統(tǒng)的能耗。因此，結(jié)合上述兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計出帶能量回收與混合風(fēng)的空氣處理機(jī)組技術(shù)，它是對能量回收實行范圍控制，即在30%的排風(fēng)上考慮能量回收，仍有70%回風(fēng)引入混合箱并連續(xù)循環(huán)使用。

（3）系統(tǒng)低溫送風(fēng)技術(shù)

系統(tǒng)低溫送風(fēng)技術(shù)的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在能耗上，在建筑物的空間設(shè)計上也有促進(jìn)作用。由于低溫送風(fēng)技術(shù)使送風(fēng)溫差增大，導(dǎo)致送風(fēng)量降低，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上可減小風(fēng)管和風(fēng)機(jī)的尺寸，從而有效提高建筑的利用面積，降低能耗。這有利于空調(diào)送風(fēng)空氣處理系統(tǒng)的節(jié)能，低溫送風(fēng)一般要求冷源能夠提供較低的溫度，因此比較適用于冰蓄冷系統(tǒng)空調(diào)。

（4）空調(diào)系統(tǒng)的變頻技術(shù)

目前變頻技術(shù)成為了空調(diào)研究的熱點(diǎn)，針對市場經(jīng)濟(jì)而言，不同品牌之間通過變頻技術(shù)在相互競爭，同時利用該技術(shù)而不斷研發(fā)具有核心競爭力的產(chǎn)品。而空調(diào)的變頻技術(shù)主要是對空氣壓縮機(jī)、冷熱水泵以及風(fēng)扇等設(shè)施安裝變頻器，從而使空調(diào)系統(tǒng)工作方式實現(xiàn)定頻與變頻之間的轉(zhuǎn)換，從而降低暖通空調(diào)系統(tǒng)中主要設(shè)備的能耗情況，達(dá)到節(jié)能的目的。按照目前變頻技術(shù)的發(fā)展進(jìn)度而言，它仍存在很多的研究空間，同時結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)本身的優(yōu)化控制與設(shè)計，在未來空調(diào)節(jié)能研究領(lǐng)域以及市場經(jīng)濟(jì)中都具有很大發(fā)展?jié)摿εc價值。

綜上所述，本文主要從暖通空調(diào)的空氣處理系統(tǒng)入手，分析了暖通空調(diào)的節(jié)能技術(shù)，研究了空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，并對空調(diào)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了探討。

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