粟航
广东省建筑设计研究院
摘要：本文通过从不同角度并依据不同准则对暖通空调系统建筑节能进行研究、开发，充分利用有利的自然资源，挖掘节能潜力，减少能源消耗进行了探讨。针对空调系统能耗的影响因素和高层商业建筑的特点，以高层商业建筑空调节能改造为例，从减少冷热负荷、提高冷热源效率、利用自然冷源、减少水泵电耗、减少风机电耗、改进气流组织、改善控制方面分析了商业建筑空调节能的具体技术措施和实施办法。
关键词：节能技术；设备节能；能源利用
节能、环保、可持续发展是当今暖通空调系统节能的总原则，在节能技术中应体现节能降耗的综合指标，以便更好的适应当今社会的发展。空调系统的能耗主要有两个方面，一方面是为了供给空气处理设备冷量和热量的冷热源能耗，如压缩式制冷机耗电，吸收式制冷机耗蒸汽或燃气，锅炉耗煤、燃油、燃气或电等；另一方面是为了给房间送风和输送空调循环水，风机和水泵所消耗的电能。
冷热源的能耗由建筑物所需要的供冷量和供热量决定，建筑物的空调需冷量和需热量的影响因素有室外气象参数（如室外空气温度、空气湿度、太阳辐射强度等），室内空调设计标准，外墙门窗的传热特性，室内人员、照明、设备的散热、散湿状况以及新风量的多少等。风机、水泵的输送能耗受所输送的空气量、水量和水系统、风系统的输送阻力影响，风系统、水系统的流量和阻力的影响因素有系统型式、送风温差、供回水温差、送风和送水流速、空气处理设备和冷热源设备的阻力和效率等。
1 建筑空调系统设备的节能运行技术
1.1 蓄能空调技术
1.1.1 蓄冷空调技术
常规的蓄冷技术包括冰蓄冷空调和水蓄冷空调。通过降低介质温度或凝固介质，将冷能以显热和潜热的形式储存在介质中。必要时，被储存的冷能可以通过升高介质温度，或熔化介质再次被利用。蓄冷系统的主要设备有冷水主机、蓄冷装置、板式换热器、自动控制系统以及泵阀等。系统的流程主要是针对冷水主机和蓄冷装置的相互关系，有串连和并联之分，串连又有主机上游和主机下游两种方式。其设计的关键在于冷水主机容量的选定。
1.1.2 蓄热技术
所谓电力蓄热系统，就是以电锅炉为热源，利用低谷廉价电力，对水加热，并将其储存在蓄热水箱中，在电网高峰时段关闭电锅炉，由储存在蓄热水箱中的热水供热，其优点是不排出有害气体，无污染，无噪声，比煤锅炉、油锅炉的热效率高，又能充分利用低谷电，运行费用低。
1.2 热回收技术
1.2.1 排风余热回收
一般的空调系统都要设计新风系统来稀释室内的有害物，以保证室内空气品质；为了保证室内的风量平衡，使新风顺利进入室内，同时还要设计排风系统。对于人员集中的建筑如商场、办公楼的会议室等，新风量较大，使得空调系统中的新风负荷也随之增大，同时排风将空调房间内的空气排出室外，也是一种能量的浪费。因此充分利用排风的能量，对其进行回收，从而对新风进行预冷或预热，减小新风负荷是暖通空调节能的重要途径。排风余热回收可分为显热回收和全热回收，热回收设备可大致分为转轮全热交换器、板式显热交换器、板翘式全热交换器、中间热媒式热交换器和热管式换热器等等。
1.2.2 制冷机组的冷凝热回收
制冷机组冷凝热回收的换热设备目前逐渐引起人们的重视。这一类的热回收设备可以与不同的系统结合起来使用。如果与生活用热水系统相结合，使压缩之后的制冷剂首先进入板式热交换器，生活用热水通过热交换器的另一侧，由于被压缩后的制冷剂温度较高，只要设计合理，它能够提供的热量完全可以将热水加热到洗澡用的温度，可以储存在保温水箱中，满足人们的需要。当制冷机组的冷凝器所产生的热量不能够将热水加热到需要的温度时，亦可在系统中添加水源热泵作为辅助热源以满足用户需要。在夏季制冷供热水时，因为冷凝器侧回收冷凝热的同时，蒸发器侧仍在供冷，因此可以说。这种供热水方案运行费用几乎为零，具有明显的经济。1.3 变频技术
不同类型的冷水机组都有较完善的自动控制调节装置，能随负荷变化自动调节运行状况，保持高效率运行。空调机组、末端设备和水泵等设备采用变频控制，可以使该部分设备的能耗减少30%以上。
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1.4 减少冷热负荷技术
冷热负荷是空调系统最基础的数据，制冷机、供热锅炉、冷热水循环泵以及给房间送冷、送热的空调箱、风机盘管等规格型号的选择都是以冷热负荷为依据的。如果能减少建筑的冷热负荷，不仅可以减小制冷机、供热锅炉、冷热水循环泵、空调箱、风机盘管等的型号，降低空调系统的初投资，而且这些设备型号减小后，所需的配电功率也会减少，这会造成变配电设备初投资减少以及上述空调设备日常运行耗电量减少，运行费用降低。所以减少冷热负荷是商业建筑节能最根本的措施。减少冷热负荷有以下一些具体措施：
改善建筑的保温隔热性能。房间内冷热量的损失通过房间的墙体、门窗等传递出去的。改善建筑的保温隔热性能可以直接有效地减少建筑物的冷热负荷。改善建筑的保温隔热性能可以从以下几个方面着手，确定合适的窗墙面积比例，不要盲目追求大窗户、全玻璃幕墙。合理设计窗户遮阳。充分利用保温隔热性能好的玻璃窗。
2 空调系统能源利用的节能技术
2.1 自然冷源免费供冷技术
2.1.1 冷却塔供冷
在夏季以外的过渡季节或冬季、在有些建筑物中仍存在冷负荷；如大中型建筑物中的办公楼、商场，因照明、室内大功率设备散热以及室内人员的散热（湿）产生的热量可抵消围护物的热耗，所以有些建筑的内区需要长年供冷，才能满足空调要求。因此，可以在原有常规空调水系统基础上增设部分管路和设备、当室外空气湿球温度低到某个值以下时，关闭冷水机组，以流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调系统供冷，提供建筑空调所需要的冷负荷。较常用的方式是在冷却塔供冷时，使用板式换热器实现冷却水和冷冻水系统的换热，这样可以避免较“脏”的冷却水直接进入末端设备，保证了冷冻水系统的清洁和正常运行。在空调系统中，冷水机组的能耗占有极高的比例。用冷却塔供冷技术可少开或不开冷水机组，可减少冷冻机运行时间，大大减少了供冷费用，其节能效果是显著的；还防止了当冷冻机长期在远离设备设计工况的情况下工作时，因冷却水温度过低无法启动的情况。冷却塔供冷技术在我国北方较寒冷地区应用较多。
2.1.2 新风免费供冷
在有些建筑的空调系统中，需要大量引入新风以满足室内空气品质的要求。根据其新风引入方式，还可以通过在过渡季节和冬季直接引入室外的温湿度相对较低的新风来带走房间内所产生的各项热湿负荷，无需使用集中制冷系统，达到“免费”供冷的节能效果。在夏季时，利用夜间相对低温的新风，可以在非营运时间预先冷却室内空气。带走部分室内热量，减少白天工作时间的室内冷负荷。实现间歇性的免费预冷。
2.2 水源热泵和地源热泵技术
2.2.1 水源热泵
水源热泵是一种利用地球表面或浅层水源(如地下水、河流和湖泊)，或者人工再生水源(工业废水、废气等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。该系统利用热泵机组实现低温位热能向高温位转移.将蓄能水体分别在冬、夏季作为供暖的热源和空调的冷源，即在冬季，把水体中的热量“取”出来。提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到水体中去。同一系统可实现三大功能：冬季供暖、夏季制冷和提供日常生活用热水。地球表面或浅层水源的温度一年四季相对稳定，一般为10~25℃，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。系统运行过程中，无燃烧，无任何固态、液态或气态污染物排放，是“绿色”供暖的环境系统工程。水源热泵的污染物排放与电供暖相比，相当于减少70%以上。
2.2.2 地源热泵
地源热泵是一种利用地下浅层土壤的热资源，通过输入少量的高位能源（如电能）将低温位能向高温位能转移，以实现既可供热又可制冷的高效节能中调系统。地源热泵利用地能一年四季温度稳定的特点，冬季把地能作为热泵供暖的热源，即把高于环境温度的地能中的热能取出来供给室内采暖。夏季把地能作为空调的冷源，即把室内的热能取出来释放到低于环境温度的地源中。在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效率地源热泵空调系统主要优点是：环保节能，利用可再土能源，可持续发展，一机多用，节省建筑空间，无需冷却塔和室外风冷部分，对建筑外观影响小，运行费用低，投资回报快，全年运行，节约电能。通常地源热泵消耗1kw的热量，用户可以得到4kw左右的热量或冷量，从而达到节能的目的。
4 结语
随着科学技术发展的日新月异，新技术、新工艺在暖通节能中的应用层出不穷，暖通空调系统建筑空调节能技术是节约能源、改善生活和工作条件、减轻环境污染、促进经济可持续发展的有效措施。相信在不久的将来，暖通空调系统建筑空调节能技术必将获得更加快速的发展。
工民建施工中的预应力混凝土技术的应用
论文作者:粟航
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/28
标签：空调系统论文; 空调论文; 负荷论文; 热交换器论文; 建筑论文; 设备论文; 热源论文; 《建筑学研究前沿》2018年第21期论文;