暖通空調(diào)系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用探究

劉澤宇

（廣州市設(shè)計院集團(tuán)有限公司，廣東廣州 510620）

0 引言

我國大部分地區(qū)為溫帶以北地區(qū)，因此大部分建筑內(nèi)需要進(jìn)行一定時間的供暖，而且隨著人們對于生活質(zhì)量的要求不斷提高，暖通空調(diào)已經(jīng)深入普通百姓的家庭生活中。隨著暖通空調(diào)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，環(huán)境保護(hù)和節(jié)能問題日益突出，這些問題與可持續(xù)發(fā)展的節(jié)能理念背道而馳，因此提高現(xiàn)代社會對環(huán)境保護(hù)的要求迫在眉睫。其中，改善暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用，大幅降低能耗是我國建設(shè)節(jié)能型國家的關(guān)鍵，所以必須不斷研究環(huán)境保護(hù)和節(jié)能技術(shù)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)保節(jié)能技術(shù)的重要性

隨著城市化和工業(yè)化的發(fā)展，建筑污染和工業(yè)污染日益嚴(yán)重，特別是近年來頻繁發(fā)生的霧霾等極端惡劣天氣使人們無法正常出行。暖通空調(diào)系統(tǒng)是建筑技術(shù)的重要組成部分，但在當(dāng)前倡導(dǎo)節(jié)能減排的社會趨勢下，低碳環(huán)保理念對暖通空調(diào)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。無論是住宅建筑還是公共建筑，其供暖或制冷都需要消耗大量的能量，約占建筑總能耗的30%。

因此，在暖通空調(diào)系統(tǒng)和設(shè)備上使用節(jié)能技術(shù)，可以進(jìn)一步降低能耗。為了平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源消耗的矛盾，并確保建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，大幅降低建筑能耗勢在必行[1]。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)運(yùn)用的影響因素

2.1 環(huán)保理念不深刻

生態(tài)節(jié)能的概念已提出多年，但在推廣方面仍有許多工作要做。首先，對節(jié)能技術(shù)及其在生活中的應(yīng)用的認(rèn)識還不成熟。在冬季，加熱質(zhì)量評估僅限于“充分燃燒”等理念；在夏季，氣候質(zhì)量的評估取決于降溫速率。另外，關(guān)于節(jié)能和綠化的知識也仍然缺乏。從科學(xué)角度來說，如果溫度變化太快，加熱和冷卻就不能僅建立在“感覺”的基礎(chǔ)上，這樣雖然人們身體感覺很舒服，但卻對人體健康有害，即所謂的氣候疾病。因此，暖通系統(tǒng)需適當(dāng)調(diào)整內(nèi)部溫度，并與外部溫度相結(jié)合，以確保兩者之間沒有過大的溫差。此外，一些暖通空調(diào)系統(tǒng)是實際運(yùn)行COP 值較低的設(shè)備，這也與節(jié)能環(huán)保的理念相違背。綜上所述，說明環(huán)保理念的建立與推廣對節(jié)能環(huán)保的施行具有一定的積極作用。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)對于暖通空調(diào)的影響

圍護(hù)的結(jié)構(gòu)包括外圍護(hù)和內(nèi)圍護(hù)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括屋頂、外墻和窗戶（包括陽臺門等）；內(nèi)維護(hù)結(jié)構(gòu)主要由采暖建筑的地板、天花板、內(nèi)隔墻等組成。房屋結(jié)構(gòu)的傳熱損失占總熱損失的很大一部分，以廣州某典型的四單元六層磚混結(jié)構(gòu)房屋為例：建筑結(jié)構(gòu)引起的傳熱損失約占總熱損失的77%（包括內(nèi)外墻25%、窗戶24%、樓梯墻11%、屋頂9%、門下部3%、底層3%）；通過門窗洞口的空氣熱損失約為23%，在稍北一點的城市，通過房屋結(jié)構(gòu)的傳熱損失約占總熱損失的65%（包括26%的外墻、26%的窗戶、8%的屋頂、1%的陽臺下部門、1%的外門和3%的地板）；通過門窗開口的空氣滲透熱量約為27%。顯然，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱性能對暖通系統(tǒng)的節(jié)能具有重要意義。

2.3 建筑規(guī)劃對暖通空調(diào)的影響

建筑規(guī)劃設(shè)計是建筑節(jié)能的一個重要方面。節(jié)能規(guī)劃有許多需要進(jìn)行改善和處理的地方，除了一些自然因素的影響，為了優(yōu)化建筑內(nèi)部的氣候條件，促進(jìn)節(jié)能，還需特別注意利用冬季盛行的風(fēng)向、地形、土壤形態(tài)下的太陽能，以及利用自然條件[2]。

3 節(jié)能技術(shù)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

節(jié)能變頻技術(shù)是暖通空調(diào)系統(tǒng)中運(yùn)用的其中一種節(jié)能技術(shù)，具有諸多優(yōu)點。如采用節(jié)能變頻技術(shù)，可以大大降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗，其運(yùn)行方式不僅可以靈活適應(yīng)實際需要，還可以優(yōu)化和完善暖通空調(diào)系統(tǒng)。暖通空調(diào)系統(tǒng)采用變頻節(jié)能技術(shù)的主要原因如下：傳統(tǒng)的暖通空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計上具有一定的冗余性，增加了暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行壓力，延長了暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時間。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中采用變頻技術(shù)是為了大大降低系統(tǒng)的功耗和運(yùn)行成本。由于建筑物室外氣候變化，導(dǎo)致設(shè)備很少在滿負(fù)荷工況下運(yùn)行或根本無法滿負(fù)荷運(yùn)行。此外，如果負(fù)荷降低，空調(diào)同樣必須在額定功率后下才能繼續(xù)正常運(yùn)行。因此采用變頻技術(shù)可大大降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗，可根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的實際負(fù)荷靈活選擇運(yùn)行方式，在不同氣候條件下通過調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的輸出功率，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

3.2 暖通空調(diào)系統(tǒng)中蓄冷技術(shù)應(yīng)用

不同地區(qū)、不同城市、城市的不同區(qū)域，有不同的等級、不同的電力負(fù)荷情況，但在低能耗的情況下，供電系統(tǒng)的供電能力沒有得到充分發(fā)揮，剩余供電非常明顯。暖通空調(diào)系統(tǒng)中蓄冷技術(shù)應(yīng)用有效降低管網(wǎng)高峰期的能耗壓力，提高資源的利用率。在低能耗條件下，冷卻系統(tǒng)可以將系統(tǒng)中的水凍結(jié)成冰，從而在低溫下儲存能源；高能耗條件下，冷卻系統(tǒng)中儲存的低溫能量可以通過冷卻儲存技術(shù)釋放出來，以降低房間室內(nèi)溫度。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中采用蓄冷技術(shù)可以有效降低系統(tǒng)的供給壓力，現(xiàn)代社會能源消耗高峰期中，在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時，更是能夠起到節(jié)能減排的作用。

3.3 變風(fēng)、水量技術(shù)

變風(fēng)量技術(shù)主要利用變風(fēng)量空調(diào)的末端設(shè)備來感知內(nèi)部負(fù)荷的變化，即切斷空調(diào)的供氣，保證與傳統(tǒng)的定風(fēng)量空調(diào)相比可以達(dá)到更高的性能。變風(fēng)量空調(diào)通?？梢怨?jié)省大約1/3 的能源，在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用是通過風(fēng)量變化實現(xiàn)對內(nèi)部負(fù)荷的感知，并根據(jù)負(fù)荷對風(fēng)量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，這就意味著空調(diào)的送風(fēng)是根據(jù)內(nèi)部溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持內(nèi)部溫度。

變水量能夠?qū)λ窟M(jìn)行控制以達(dá)到對室內(nèi)溫度控制的作用，而且相對于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，變水量技術(shù)能夠?qū)δ茉催M(jìn)行更有效的利用[3]。

3.4 可再生能源的利用

3.4.1 自然風(fēng)能源的利用

自然風(fēng)冷是暖通空調(diào)應(yīng)用中可再生能源的重要組成部分。如果外部空氣的數(shù)值和溫度低于內(nèi)部空氣的數(shù)值和溫度，則可以利用外部空氣的自然冷卻能力。在冷卻過程中，為了滿足全部或部分內(nèi)部冷卻負(fù)荷，這通常發(fā)生在季節(jié)過渡期和夜間冷卻期間，可用的方法有直接空氣冷卻和夜間通風(fēng)冷卻。自然風(fēng)冷與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，外部自然風(fēng)冷利用自然風(fēng)為建筑物提供所需的冷卻能力，使其運(yùn)行時無電或少電，不僅節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，還可以提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。另一個可用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的重要可再生能源是自然風(fēng)冷效應(yīng)，此應(yīng)用程序通常使用夜間冷卻或直接使用新鮮空氣冷卻。與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，自然空氣可以提供室內(nèi)空調(diào)，提高空氣質(zhì)量，目的是節(jié)約能源，不污染環(huán)境。著名的法蘭克福商業(yè)銀行就利用中庭式自然通風(fēng)設(shè)計（如圖1 所示），其大大提升暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效率。

圖1 法蘭克福商業(yè)銀行中庭自然通風(fēng)設(shè)計

3.4.2 太陽能應(yīng)用

太陽能技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用主要采用主動與被動式采暖與制冷技術(shù)，其主要包括兩個方面：

（1）太陽能采暖。太陽能集熱器的發(fā)展較為緩慢，但是其中蘊(yùn)含較多的可利用資源，作為一種可再生資源，太陽能集成器中的真空管可以承受較多的外部壓力。

（2）太陽能制冷。太陽能制冷作為一種新興技術(shù)，其主要包括壓縮式和吸收式制冷及吸附式制冷。

太陽能壓縮冷卻技術(shù)的研究重點是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。然后利用電能運(yùn)行壓縮冷卻系統(tǒng)。太陽能吸附冷卻包括從系統(tǒng)中取出加熱器和冷卻器，并將太陽能集熱器與吸附槽相結(jié)合，在夜間利用室外空氣進(jìn)行自然冷卻，完成冷卻功能。

3.4.3 地下水能利用

眾所周知地下水具有隔熱功能，水源熱泵技術(shù)主要利用地表溫度形成地下水、河流等積溫帶。利用地下水的能量，地?zé)崮芸梢赃B續(xù)吸收，局部熱能可以在一定程度上積累，通過向熱泵提供高能熱能將其轉(zhuǎn)化為電能。然而，必須特別注意每項技術(shù)在應(yīng)用中的實施效果。例如，在使用地下水時，必須考慮水質(zhì)，如果不符合標(biāo)準(zhǔn)，則無法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.4.4 空氣熱能

如果能有效地利用和推廣空氣熱能，不僅能為居民提供熱能或舒適的熱水，而且具有清潔和生態(tài)環(huán)保的特點。夏熱冬暖的氣候特征非常重要，特別是珠江地區(qū)，年平均氣溫約23℃左右。該地區(qū)人口約1.7 億，如果推廣使用熱泵熱水器，每臺功率為2kW，每天僅運(yùn)行1h，該地區(qū)每月可減少800 萬t 的碳排放量，如果大規(guī)模應(yīng)用，可減少化石能源的消耗。從應(yīng)用效果來看，空氣熱能不僅可以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，而且可以改善空氣質(zhì)量，符合建筑改造和環(huán)境保護(hù)的理念，也滿足改善環(huán)境的需要。

4 結(jié)語

隨著社會的不斷發(fā)展，電力已成為現(xiàn)代生活中非常重要的資源，空調(diào)作為一種電器，越來越多地出現(xiàn)在人們的生活中。然而，隨著空調(diào)利用率的提高，對低碳環(huán)保發(fā)展趨勢的影響也越來越大。在此背景下，將環(huán)保節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)，可以為我國的環(huán)境保護(hù)做出巨大貢獻(xiàn)。