节能环保技术在暖通空调设计中的应用

摘要：随着现代社会城市化进程的加快，建筑行业获得迅猛发展，相应的能源能耗逐渐增大。据相关资料统计，我国建筑的能耗与整个社会的总能耗相比约为 27%，并且呈不断上升的趋势。在全球能源危机的情况下，大力发展节能技术，减少暖通空调能耗意义重大。本文即探讨了节能环保技术在暖通空调设计中的具体应用。

关键词：节能环保；暖通空调；再生能源；新风；蓄能技术

中图分类号：S210.4 文献标志码：A

一、暖通空调系统能耗的构成及主要特点

（一）能耗的构成

暖通空调耗能即是指整个暖空空调系统的耗能。在这部分的能耗消费中，包括消除建筑物冷热负荷引起的能耗、新风负荷引起的能耗及输送设备(风机和水泵)的能耗及系统保温冷热耗。影响暖通空调系统能耗的主要因素有室外气候条件、室内设计标准、围护结构特征、室内人员及设备照明的状况以及新风系统的设置等。

（二）能耗的主要特点

暖通空调系统的能耗还有几个特点表现在：

第一，系统的设计、设备选型、运行管理的不合理都会降低能量使用效率。

第二，维持室内空气环境所需的冷热能量品位及季节性。这就使在具备条件的情况下有可能利用天然能源来满足要求，如太阳能、地热能、废热、浅层土壤蓄热蓄冷等。

第三，暖通空调系统涉及到的冷热量的处理通常以冷热交换的形式处理。这就可以采用冷热量回收的措施来减少系统的能耗，有效利用能量。

二、节能环保技术在暖通空调设计中的应用

（一）新能源的应用

1、天然气

在新能源方面，暖通空调首先想到利用天然气作为其空调制冷设备的能源，天然气主要由碳元素(C)和氢元素(H)两种元素构成，本身就是无污染的能源。能够达到控制二氧化碳和二氧化硫排放量，减少排污保护环境，降低对人体危害的目的。

2、再生能源

如自然风、太阳能、地热、海洋的潮汐能等自然资源，这些能源本身就对环境不构成污染或者污染很少。通过再生能源，提供给房屋一种高效节能、无污染的空调制冷系统。

（1）地热能

由于我国幅员辽阔，现有的地热都以中低温为主，很多地方都是低温热水型的资源，这些资源可以直接的进行利用。对于我国的台湾、云南、等地区，其地热一般是高温地热，那么就可以用于高温热泵，对于沿海城市其海水的潮汐能也值得利用，其海水源的热泵应用前景将会非常广阔。

（2）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。

（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。

（二）新技术的应用

1、变流量调节技术

空调负荷处于时刻变化中，根据相关资料表明，空调设备的制冷系统满负荷的状态下大约的运行时间仅为 20%~30%，而其余时间基本上都是在部分负荷的情况下运行的。变流量技术主要是通过利用变频风机、压缩机、主机、变频水泵等设备对冷热媒具体流量适当调节以对空调负荷的变化有效适应，从而降低能耗，实现节能。常规流量调节技术中的变风量空调系统能够以空调区二氧化碳的浓度、温度参数对送风量自动改变，使风力一直处于 30~100%的变化范围。这种系统主要适用于人员流动大且集中的场所。

变制冷剂流量空调系统是利用变频技术将压缩机的频率及转数进行改变，并对制冷剂流量直接调节，一般于分体空调中应用。此类系统的空调末端为蒸发器，既有效避免了由于二次换热而出现的热损失，又可以直接节省水泵，所以相对于水系统而言能效等级更高。变水量空调系统是设置一个电动的二通阀在末端盘管，根据室温对经过盘管的部分水流量进行调节，从而分配环路阻力以及流量发生变化，形成压力变化，同时调节水泵运行台数与转数，实现输送流量的调节，降低水泵能耗。

2、蓄能技术、能量转移与回收技术

（1）蓄能技术

蓄能技术主要利用蓄能设备，在电力处于低谷阶段开启机组蓄能，用电的高峰期停止机组蓄能，利用设备所释放出的冷热量制冷供暖，实现“削峰填谷”，对电力供应给予平衡。就单个空调而言，这种技术并不节能，然而在电网运行的低谷时期，可以有效提高利用率，减轻高峰期时产生的用电压力，同时对电厂中锅炉的发电效率有一定的提高作用。

（2）能量转移技术

大型建筑常会出现同一区域供热与制冷分开的情况，如果为只是满足这一需求而在两个区域分别设置不同空调的话，势必会增加成本与能耗。能量转移技术能够有效解决这一问题，以供冷地区空调末端当做一个蒸发器进行热量吸收，利用水环热泵给予循环输送，吸收的热量可以在供热区域进行放热。这种能量转移可以避免冷量或者热量于室外排出，减少浪费。

（3）能量回收技术

能量回收主要分为冷却水与空气的回收，一般常用的有转轮式、热管式或者翅片式等设备形式，设备效率一般在 60%左右。热回收冷却水是将一个转换器串联到制冷机设备的冷凝器上，用于生活热水的制取，提高利用率。

3、智能化技术

因环境气候处于周期变化中，因此建筑冷热量的具体需求也是随之变化的。要保证暖通空调冷热量的变化同建筑物的实际需求完全一致，采用人工方式明显难以实现。智能化系统能够对空气温度、空调进水回水的温度参数实时检验，运算处理之后输出一系列的指令信号，从而对水泵流量、主机输出容量及时调节，实时监控；过渡季节利用自控系统对空气中所含的焓值适当收集，根据其值大小对新风量进行调节，利用室外空气对室内温度调节，能够节约空调末端及主机运行时间，至少减少 20%~30 的能耗。

三、暖通空调环保节能技术发展新动向

新技术主要有替代制冷剂方面的，因为现今的制冷剂氟利昂，不仅不环保而

且对大气层中的臭氧层的破坏很严重，这直接导致我们的北极出现了臭氧层漏洞。为了保护大气臭氧层，制冷空调业对 CFCs 和HCFCs 两种替代工质进行了研究。目前已取得相应进展。人工合成制冷剂有 HFCs，天然制冷剂有NH3，CO2，碳氢化合物等。HFCs 的ODP 值为0，用于制冷空调系统将不会对臭氧层造成破坏，从而可避免过多的紫外线照射地球对人类造成的伤害。新技术中主要有五个方面：

（一）新风预处理系统

新风预处理系统分为热回收式新风预处理系统和除湿式新风预处理系统。热回收式新风预处理系统能回收排风中的能量对新风进行预处理，以降低系统的部分制冷量和除湿量，减小系统容量，用于温、湿度要求、湿度控制不太严格的场合。除湿式新风预处理系统避免了冷热抵消和低机器漏电的缺点，减少了制冷量，实现温、湿度独立控制，调节方便，精度高。再生热量可充分利用低品位能源或工业废热，节能效果显著，能用于湿负荷大，要求湿度控制精度高的场合。

（二）冰蓄冷低温送风系统

冰蓄冷低温送风系统是将冰蓄冷系统与低温送风空调紧密结合在一起，将冰蓄冷技术与低温送风相结合，明显改善室内空气品质，有效节省能源。冰蓄冷低温送风系统能够降低室内的相对湿度，使人感觉更加舒适、凉爽和干燥。

（三）独立新风系统

独立新风系统简称为DOAS，其新风机组采用低温送风机组，将 100％的新风直接送到空调房间，承担新风负荷和室内全部潜热负荷和部分显热负荷(或全部空调负荷)。其显冷设备均无回风系统，能大大提高建筑物的环境安全性而不会造成不同房间的污染传播。新风和排风之间采用全热交换器，能够降低空调能耗。

（四）个性化送风系统

个性化送风系统使每个人能够按照自己喜好控制他所在的局部环境。个体调化节方式是一种节能、对环境友好的调节方式，有着广阔的应用前景。

（五）蒸发冷却新风空调集成系统

蒸发冷却新风空调集成系统采用水作为制冷剂，能避免CFCs 的使用及泄漏对大气臭氧层造成的破坏，环保价值客观。

参考文献

[1]陈慧和，胡益民，李强.水冷多联空调系统的设计及应用[J].机电信息，2011.7.

[2]王文源.浅谈暖通空调系统节能的有效对策[J].城市建设理论研究（电子版），2013.32.