通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中暖通空調(diào)新技術(shù)的應(yīng)用解析

楊葉

（甘肅省建筑設(shè)計研究院有限公司,甘肅蘭州 730000）

0 前言

暖通空調(diào)最大的優(yōu)點就是其可以為人們提供舒適的生活條件，它可以對室內(nèi)的溫度進(jìn)行冷卻，同時去除空氣中的污垢，以實現(xiàn)凈化的目的。暖通空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)置的增濕器可以將室內(nèi)的干燥空氣排出，將空氣中的濕度降低至40%。然而暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計和安裝比較復(fù)雜，需要大量的人力，這就增加了系統(tǒng)的整體成本。本文結(jié)合實際提出采用新技術(shù)，以提高暖通空調(diào)系統(tǒng)的綜合性能，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，并為暖通空調(diào)制造和施工單位帶來更大的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

1 暖通空調(diào)系統(tǒng)的工作原理

暖通空調(diào)系統(tǒng)由冷熱源、空氣處理設(shè)備、空氣與冷熱水的傳輸以及室外終端設(shè)備組成。夏天來臨時，制冷機(jī)可以供應(yīng)冷卻水或液體制冷劑，而在冬天，則可以通過鍋爐供應(yīng)蒸汽或熱水[1]。輸配系統(tǒng)將冷熱水輸送到空調(diào)設(shè)備，使空調(diào)系統(tǒng)處于送風(fēng)狀態(tài)，經(jīng)處理后的冷熱空氣進(jìn)入室內(nèi)，或?qū)崴屯覂?nèi)的空調(diào)設(shè)備，利用熱量交換，可以保證房間處于恒溫狀態(tài)。

2 CFD技術(shù)在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用原理

2.1 氣流組織設(shè)計

在進(jìn)行通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的性能研究時，應(yīng)從通風(fēng)、除塵等方面進(jìn)行全面的分析；供暖性能、熱損失等技術(shù)指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，利用CFD 技術(shù)對各設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了計算，并將其引入到設(shè)計過程中[2]。在設(shè)計階段，氣流組織是一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，利用CFD 技術(shù)可以對室內(nèi)的空氣進(jìn)行數(shù)值模擬，如普通住宅、寫字樓、高層建筑、狹窄空間、火車等空間，其內(nèi)部的氣體分布情況是完全不同的，所以必須采用CFD 技術(shù)來優(yōu)化其具體結(jié)構(gòu)，也為后續(xù)技術(shù)應(yīng)用和暖通空調(diào)的系統(tǒng)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2.2 基于外部環(huán)境的設(shè)計理念

近幾年，由于二次風(fēng)場和熱能問題日益引起人們的關(guān)注，所以，在對其進(jìn)行室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)的研究中，提出了一些建議，在室內(nèi)氣流的數(shù)值計算中，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用CFD 技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，通過對室內(nèi)空氣進(jìn)行仿真，可以獲得室外的各項參數(shù)，從而實現(xiàn)室內(nèi)的自然通風(fēng)，從而達(dá)到住宅的通風(fēng)要求。

2.3 精準(zhǔn)分析系統(tǒng)設(shè)備的各項性能

采取CFD 技術(shù)可以對系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)機(jī)、蓄冰槽、冷藏柜等設(shè)施的傳熱和流體流動情況實施全面分析，得到精準(zhǔn)數(shù)值以后以模擬數(shù)值來使用創(chuàng)新技術(shù)，降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，實現(xiàn)該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價值。

3 案例背景與分析

3.1 案例概述

某星級酒店項目，總建筑面積86866m2，共342個房間，地上10 層，地下2 層，建筑總高度34.95 米。該建筑物的夏季總制冷功率為6065kW；在冬季，空調(diào)和通風(fēng)的熱量負(fù)荷大約為6308kW，局部地區(qū)的冷量大約在776kW左右。

本工程的空調(diào)冷源主要來源于制冷機(jī)房，而空調(diào)和供暖的熱量則以換熱器為主。冷源采用2 個1758kW 的離心制冷機(jī)，采用2 個981kW 的全熱回收螺桿制冷機(jī)，冷卻水的回水在7～12℃之間；冷卻水在32℃和37℃之間提供給回水。這一設(shè)計中，采用大量的熱量回收技術(shù)以及其他的節(jié)能技術(shù)。本文就在該建筑中的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，對其在實際工程中的技術(shù)應(yīng)用實施分析。

3.2 熱回收系統(tǒng)

該項目采用了熱風(fēng)熱回收的方法，在實際操作過程中，采用了2 臺螺旋式全熱回收系統(tǒng)，并在夜間的低谷時段進(jìn)行蓄冷；日間制冷時，要同時進(jìn)行換熱器的回收，所以在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，都安裝有熱回收的冷水機(jī)組。

（1）常規(guī)制冷機(jī)工作狀態(tài)下的各項性能指標(biāo)：常規(guī)制冷量為981kW，在7～12℃的冷水溫度，32～37℃的冷卻水，耗電184kW。

（2）在全熱回收狀態(tài)下的參數(shù)：在此工作狀態(tài)下，制冷功率為875kW，熱出水在40～45℃，冷水在7～12℃，冷卻水在32～37℃，耗電226kW。在實際運行過程中，將同時產(chǎn)生的制冷量的熱水供應(yīng)到換熱器，為用戶提供生活熱水的預(yù)熱。在設(shè)計負(fù)載的基礎(chǔ)上，其會將10～30℃的生活熱水，按照100%的循環(huán)利用率，每個裝置都能獲得885kW/h 的熱量。在此設(shè)計中，選取了兩套螺旋熱回收裝置，兩套循環(huán)使用，其中一套系統(tǒng)為獨立制冷形式，另一套是熱回收形式。從經(jīng)濟(jì)上來看，采用此方案可以使熱水在早上7點至9 點、晚上8 點至11 點之間達(dá)到100%的節(jié)能效果。假設(shè)每年的供冷期為105天，則能源的回收率為464625kW·h。

3.3 節(jié)能降耗新技術(shù)的應(yīng)用

3.3.1 地源熱泵空調(diào)技術(shù)應(yīng)用

地源熱泵是一種以冷凝器為能源的新型制冷技術(shù)。該技術(shù)可以在整個系統(tǒng)運行期間循環(huán)使用免費的熱量，只消耗了大約四分之一的電力。若采用COP 值，則可決定機(jī)組的制熱與其自身能耗之比。而本地?zé)岜孟到y(tǒng)COP 在3～4 的情況下，其能耗為1kW，而全系統(tǒng)可以產(chǎn)生3～4kW 的功率。具體技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀如表1所示。

表1 地源熱泵空調(diào)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.3.2 蓄冷技術(shù)的應(yīng)用

蓄冷技術(shù)是指在電價高峰、儲能電網(wǎng)處于低谷時，通過集中供熱的方式進(jìn)行蓄冷，當(dāng)溫度達(dá)到高峰時，再將其放出，以滿足用戶的需要。根據(jù)蓄冷介質(zhì)的不同，蓄冷分為水蓄冷、冰蓄冷、共晶鹽蓄冷。采用水蓄冷技術(shù)具有以下幾點優(yōu)勢：可使制冷設(shè)備的體積減小38%，制冷系統(tǒng)能耗下降27%，全年節(jié)約能耗38%[3]。而冰蓄冷主要靠的是冰漿，這是一種包含大量冰粒的固液兩相溶液，這種方法的主要特征是：其相變潛熱高，可以充分地吸收低溫時的熱，由于冰的溶解熱為335KJ/kg，而水的比熱容為4.18KJ/kg·℃，因此可以通過輸送泵將冰漿輸送到各個角落，從而大大降低了運行費用，提高了制冷的穩(wěn)定性。

從冰蓄冷的原理可以看出，在系統(tǒng)制冰充冷時，其汽化溫度要低于常規(guī)空調(diào)器的8～10℃，而冷機(jī)的工作效率則下降了30%，盡管成本有所降低，但能耗卻沒有減少。根據(jù)有關(guān)部門的數(shù)據(jù)統(tǒng)計得知在全國電網(wǎng)的峰值用電量中，空調(diào)系統(tǒng)所占的比例約為40%。所以在采用冰蓄冷技術(shù)時，要避免用電高峰，采用蓄能的方法來儲存充足的冷量，這樣不僅可以節(jié)約運營成本，還可以節(jié)約能源。

4 結(jié)語

綜上所述，本文根據(jù)暖通空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)和CFD技術(shù)的應(yīng)用原理，以實際案例探討暖通空調(diào)新技術(shù)的應(yīng)用情況，而這些新技術(shù)的應(yīng)用目的在于降低暖通空調(diào)能耗，達(dá)到綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的目的。因此希望本文所提及的一些簡要分析和措施可以幫助相關(guān)單位和工程實現(xiàn)自身的生產(chǎn)目標(biāo)和技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)。