基于暖通空调系统节能设计探讨

摘 要：节能对于我国现代化建设来说,具有更重大的意义。现如今，随着人们生活水平的提高，全国各地电力十分紧张,所需能量也在迅速增长。因此暖通空调的应用日益普及，为了创造一个舒适的人居环境， 建筑舒适性空调系统得以广泛应用。本文在暖通空调系统节能设计上及节能设计相关问题上进行了阐述。

关键词： 空调系统设计 节能技术 对策措施

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。而目前我国建筑能耗水平不允许按照城市建设和城市化的节奏增长，建筑节能势在必行。这不仅具有巨大的经济和环保意义，同时也有国防战略意义。而在建筑能耗里，用于暖通空调的能耗又占建筑能耗的30％一5O％，且在逐年上升。随着人均建筑面积的不断增大，暖通空调系统的广泛应用，用于暖通空调系统的能耗将进一步增大。这势必会使能源供求矛盾的进一步激化。

一、暖通空调系统能耗的构成及主要特点

从目前来看，能源和环境问题日益尖锐,城市化的飞速发展和人们生活水平的提高,建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大,在发达国家已达到40%,建筑能耗主要包括建筑物在采暖、通风、空调、照明、电器和热水供应等需求方面的能耗,用于暖通空调的能耗又占建筑能耗的30%～50%,且在逐年上升。为了维持建筑物内部空气环境适宜的温湿度,现代建筑中通常采用设置暖通空调系统来保证这一需求,而所消耗的能量即为暖通空调系统的能耗。这部分能耗中包括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。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。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、选型、运行管理的不合理将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较低且有季节性。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、浅层土壤蓄热等。第三,暖通空调系统涉及到的冷热量的处理通常以交换形式处理。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、暖通空调节能技术方式

2.1排风余热回收技术

夏季，空调建筑的排风温度低于室外新风温度，室内含湿量也低于室外新风含湿量。利用热回收装置对排风和新风进行热交换，可以降低新风温度和湿度。冬季，排风温度高于室外新风温度，排风含湿量高于室外新风含湿量，热回收装置可以预热和加湿新风。具体做法为，在排风出口安装热交换器，排风和新风分别通过各自的通道进行间接接触换热；利用排风余热来预热新风(或者利用余冷来预冷新风)，从而达到回收排风余热的目的。目前可以采用的热回收设备分为显热回收型和全热回收型两种。这种产品不但能够用于中央空调系统，而且能够用于供暖建筑和使用家用空调器的建筑。不但节能，而且改善了室内空气质量。现在全国已有多家产品，武汉也研制和开发出了这种产品。有关专家对这项技术的节能意义有很高的评价，对其应用前景有很乐观的估计。应当说这项技术的应用在我国还处于起步阶段，进一步提高产品的性能和质量，并且使其易于与各种不同的建筑相结合，便于安装使用，是这项技术的主要研究方向

2.2变流量技术

采暖、空调系统的设计是按照比较不利的气象条件进行的，所以在绝大部分时间内，实际负荷小于设计热(冷)负荷，并且在一天之内也是不断变化的。那么，水和空气作为热量和冷量的的载体，其流量也应当是随着负荷的变化而变化。这既是采暖、空调质量的要求，也是节能的要求。因此，如何动态地控制系统的流量，既能满足经常变化的负荷要求，又能最大限度的节省能耗，是暖通空调领域近年来的技术热点之一。

对系统的流量调节，传统的方式是改变系统的阻力，即用阀门调节。这种方式显然是不经济的，因为是以消耗流体的机械能为代价的，这些机械能是需要泵和风机提供的。为了避免这种无谓的能量消耗，对于系统的集中调节，采用改变系统动力的方式，而不采用改变系统阻力的方式，已成了人们的共识和技术潮流。在改变系统动力的调节方式中，主要有泵／风机多台并联的变台数调节和变速调节，其中包括定速机与变速机的并联、变速与变台数的结合等。在变台数调节中，需要注意的问题是，在调节中单机工况的改变。即随着并联台数的减少，仍在运行的泵(风机)，流量增大，效率降低，结果有可能导致超载现象的发生。在变速调节方面，对于一个具体的工程，需要研究的问题是，变速控制信号的选择，以及运行模式的选择。运行模式是指，是并联各台全部变速，还是定变结合，还是变速与变台数结合等。改变系统动力的变流量技术，就全国范围来看，在热水供暖系统、空调的冷冻水系统、冷却水系统以及风系统中，都有了很多的应用。

2.3蓄能空调技术

所谓蓄能，就是利用某种工作物质的特性，将能量蓄存起来。传统的蓄能技术主要是利用工作物质的潜热或显热特性，实现冰蓄冷或水蓄冷，而利用工作溶液化学势能储存和转换蓄能技术已成为新近研究的热点之一。

2.3.1蓄冷空调。利用蓄冷介质的显热或潜热将冷量贮存起来，在用电高峰期将其释放，以满足建筑物的空调或生产工艺的需要，从而达到“移峰填谷”的目的。显热储存是通过降低蓄冷介质的温度进行蓄冷，常用介质有水和盐水：潜热储存是利用介质的物态变化来蓄冷，常用的介质是冰、共晶盐水化合物等相变物质。空调蓄冷的应用技术中，多采用冰蓄冷和水蓄冷方式。

2.3.2蓄冰空调。冰蓄冷系统可分为静态冰蓄冷系统和动态冰蓄冷系统两种。静态制冰：冰的制备和融化在同一位置进行，蓄冰设备和制冰部件为一体机构。具体形式有冰盘管式 (盘管外融冰)、完全冻结式 (盘管内融冰)和封装式蓄冰。动态制冰：冰的制备和储存不在同一位置，制冰机和蓄冰槽相对独立。如冰片滑落式系统、冰浆式系统等。目前在工程中实际所采用的大部分制冰系统都是静态的。

2.3.3水蓄冷空调。水蓄冷系统以空调用的冷水机组作为制冷设备，以保温槽作为蓄冷设备。空调主机在用电低谷时间将4～7℃的冷水蓄存起来，空调运行时将蓄存的冷水抽出使用。水蓄冷是利用水的显热来储存冷量的，系统组成是在常规供冷系统中加入一个或多个蓄水罐。为实现冷量的储存，满足冷负荷的需要，设计合理的水蓄冷罐应能通过维持一个尽可能大的蓄水温差并防止冷水与热水的混合来获得最大的蓄冷效率。与冰蓄冷空调系统相比，水蓄冷空调系统的特点包括：无需其它专门设备，因水蓄冷是利用水的温差进行蓄冷，可直接与常规空调系统匹配；水蓄冷系统可以实现蓄热和蓄冷的双重功能，而冰蓄冷系统只能蓄冷；水蓄冷系统只能储存水的显热，不能储存潜热，因此需要较大体积的蓄冷槽，表面热损失也相应增加，而冰蓄冷系统中的蓄冰设备的体积相对小些。但水蓄冷系统中的蓄冷槽可以利用原有的消防水池、蓄水设施或建筑物地下室等。

2.3.4电水蓄热。电水蓄热系统是指在电力低谷电期间，以水为介质将电锅炉产生的热量储存在蓄热装置中，适时供应给用热设备的系统。《公共建筑节能设计标准》(GB50189．2005)对采用电热锅炉作为采暖和空气调节系统的热源有严格的条件限定。符合条件，并经技术经济比较，方可采用电水蓄热系统。

2.4建筑热电冷三联供技术

当天然气为城市中主要的一次能源时，与简单的直接燃烧相比，先由燃气发电，再用发电后的余热供热和制冷，可获得更高的能量利用率。这种方式通过大型建筑白行发电，解决用电负荷，提高了用电的可靠性，减少了长途输电损失。同时以余热的方式解决了供热和空调的能源问题。对于全年存在稳定的电负荷和稳定的热负荷或冷负荷的建筑，这种方式具有较高的节能效果和经济性。我国实现西气东输后，这种方式可作为东部大城市天然气应用的～种方式。要使这种技术能够很好的应用，真正有利于节能和环保，有较好的经济性，关键是相关设备的开发。

三、解决暖通空调系统节能技术的有效途径与方法

3.3.1精心设计暖通空调系统

使其在高效经济的状况下运行。暖通空调系统特别是中央空调系统是一个庞大复杂的系统,系统设计的优劣直接影响到系统的使用性能。可以说空调系统的设计对系统的节能起着重要的作用。

3.3.2 热源温度的控制

外网及热源必须采取相应的控制手段，是由于暖用户在室内多采取温控措施及室外气温的变化，使系统热负荷的动态的变数， 例如热水网路采取相应的质量 - 流量调节或质量调节方式及气候补偿方式等。目前， 许多地方采用根据室外温度自动调供水温度的方法。

3.3.3 采暖、通风与空调系统的选择要合理

其选择时应在满足规范要求的前提下，选择系统形式。 充分分析人工环境控制场所的特点， 注意朝向、周边区与内区、 使用功能的差异，分开设置或分环设置以便于控制、 调节及管理， 避免不同区域出现过冷或过热的能量浪费现象， 使其与系统能够相互配合达到最佳效果， 从而达到既经济又节约的目的。

3.3.4 地源热泵技术

当前以地热作为热泵装置的热源或热汇来对建筑进行采暖或制冷的技术被成为地源热泵技术。 地源热泵通过输入少量的高品位能源 （如电能）， 既可实现低温热源向高温热源的转移。在冬季和夏季，分别将地热能作为高温热源和低温热源，在冬季将地热 “取”出来用于采暖或热水供应，在夏季将室内的热量提取后释放到地层中去。 目前在自然界和工业生产中， 存在大量的低温位热源， 储藏于空气、 土壤、 水，以及工业废气、 废水中， 利用热泵可以回收这些低温位热源， 产生高温位热量来供应生产和生活之用。

3.3.5 降低输送过程中能耗

现如今选用保温性能好的新型保温材料对管道进行处理有利于节能。对供暖系统进行全面的水力平衡调试， 改善供暖质量主要利用计算机。 采用以平衡阀及其专用智能仪表为核心的管网水力平衡技术，实现管网流量的合理分配，提高输送能量的效率。在满足空调精度、 人体舒适度和工艺要求的前提下， 通过提高供回水温差、 选用低流速、 输送效率高的载能介质和效率高、 部分负荷特性好的动力设备， 可以减少输送过程的能耗， 从而提高输送效率。

3.3.6 实现供热管理信息化，采用计算机控制技术

对供热采暖系统的各种设备、阀门等运行状态进行在线的智能化监测、 控制和管理主要采用计算机控制。 全面监测、 记录各运行参数协调各系统间的运行，提高管理水平， 增强系统的安全性和可靠性并可使整个生产过程实现信息化管理， 节省运行能耗， 使供热采暖系统的运行、 管理水平走向现代化。

3.3.7强化系统的运行管理并提高系统控制水平

对暖通空调专业的操作人员进行培训,提高管理人员的专业水平和业务技能,使其具备必须的暖通空调基本理论常识,实行空调操作人员操作证制度,对没有达到考核要求的,应重新培训,考核合格后才能上岗,同时提高管理人员的素质,增强其责任心,这样管理人员才有能力根据室外参数的变化进行相应的调节,达到设计要求的节能效果。

四、结语

综上所述，节能对于我国现代化建设来说,具有更重大的意义。因此我们应当积极开发新能源,积极推动太阳能、地热能、原子能等新能源在建筑中的应用。另外，暖通空调系统的节能不仅关系到人们的冷暖、 健康、 安全、 工作效果和产品质量， 还关系到国家能源安全、 资源消耗和环境污染是关系国计民生和国家可持续发展的重要行业。因此，我们节能技术的研究开发和运用是暖通空调系统、建筑系统节能的基础，这些技术的合理应用，一定能为建筑节能做出重要的贡献。

参考文献

[1]顾同曾. 欧洲三国建筑节能近况[J]. 建筑创作, 2002,(6):64-69

[2] 胡丽霞, 蔡水松. 空调系统运行节能的理念与管理[J]. 当代经济, 2004,( 9):37-38