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浅谈暖通空调节能及新技术问题

【摘要】:

本文从暖通空调节能的意义入手，分析了暖通空调节能方面存在的主要问题，并提出了解决暖通空调节能问题的措施。

【关键词】:

暖通空调节能新技术运行管理

暖通：

由于暖通空调的主要功能包括：

采暖、通风和空气调节这三个方面的内容，所以可缩写为HVAC（Heating,VentilatingandAirConditioning），取这三个功能的综合简称，即为暖通空调。

空调：

空调即空气调节器（roomairconditioner），挂式空调是一种用于给空间区域（一般为密闭）提供处理空气的机组。

它的功能是对该房间（或封闭空间、区域）内空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求。

柜式空调挂式空调

图

（1）空调类型

节能（energyconservation）：

就是尽可能地减少能源消耗量，生产出与原来同样数量、同样质量的产品；或者是以原来同样数量的能源消耗量，生产出比原来数量更多或数量相等质量更好的产品。

换言之，节能就是应用技术上现实可靠、经济上可行合理、环境和社会都可以接受的方法，有效地利用能源，提高用能设备或工艺的能量利用效率。

建筑节能：

是指通过采取合理的建筑设计和选用符合节能要求的墙体材料、屋面隔热材料、门窗、空调等措施，这样所建造的房屋，与没有采取节能措施的房屋相比，在保证相同的室内热舒适环境条件下，它可以提高电能利用效率，减少建筑能耗。

空调节能：

随着国民经济的飞速发展，工业现代化步伐的加快，中央空调系统在各行业中得到了广泛应用，在中央空调系统中水冷冷水机组占有一定的比例。

在冷水机组中,冷却塔是不可缺少的一个组成部分，而冷却塔的性能又是决定冷水机运行效率的一个关键。

目前市场上客户所使用的产品大多是大气压下条件下进行热交换的产品，决定了出水温度不可能低于当时的湿球温度（设计出水温度为32度），在这一温度下，制冷机的运行效率得不到充分发挥，增加了运行的费用。

经过多年研究实践经验，研制了负压冷却塔。

空调节能成了人们对空调产品好坏起了决定性的作用！

低能耗低成本的耗能源成了对空调产品的重要选择。

空调节能项目已成为国家重点改造和研发的策略！

国家以组成《中国暖通协会》《中国空调制冷协会》《中国节能协会》等重点建议提倡高效节能的空调产品！

随着社会的不断进步与科学技术的不断发展，现在的人们越来越关心我们赖以生存的地球，世界上大多数国家也充分认识到了环境对我们人类发展的重要性。

各国都在采取积极有效的措施来改善环境，减少污染。

这其中最为重要也是最为紧迫的问题就是能源问题，要从根本上解决能源问题，除了寻找新的能源，节能是关键的，也是目前最直接有效的重要措施，在最近几年,通过努力，人们在节能技术的研究和产品开发上都取得了巨大的成果。

图

（2）暖通空调节能环保研讨会

近年来，随着我国建筑和交通事业的快速发展。

节能的重点已从工业逐渐转向建筑和交通。

暖通空调系统的节能占建筑节能的主要部分。

因此，暖通空调的节能问题不仅关系到千家万户的冷暖，关系到人们的健康和安全，关系到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。

一、暖通空调节能的重要意义：

自从上世纪70年代发生能源危机之后，发达国家就已经开始关注节能问题。

由于建筑能源耗费量约占总能源耗费的三分之一左右，做一建筑节能自然引起人们的关注；而暖通空调能耗中的大户，在发达国家暖通空调能耗占建筑能耗的65%。

由此可见，建筑节能工作的重点应该是暖通空调的节能。

另一方面，如单从电能的消耗来讲，如电空调，据上海和重庆的调查，在夏季，空调用电量是总耗电量的23%和31.3%，其所占比例可见一斑。

随着我国建筑业的迅猛发展，建筑能耗不断增加，建筑能耗已经占据社会总能耗的27％以上．有些地区已接近40％，且其总量呈逐年上升趋势．能源总消费量的比例已从20世纪70年末的l0％，上升到近年27.48％，其中2／3为暖通空调系统所消耗。

随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，暖通空调系统得以广泛应用．用于暖通空调系统的能耗也将进一步增大，这势必造成能源供求矛盾的进一步激化。

根据暖通空调行业的研究成果，现有空调系统的能耗是惊人的．但如果采取相应的节能技术，使现有空调系统节能20％～50％。

完全可能。

因此在暖通空调系统中考虑节能，意义十分重大。

二、暖通空调节能方面存在的主要问题：

1、暖通空调在设计以及施工管理方面存在的问题：

暖通空调系统的设计对空调系统的节能有着重要的影响，然而．在实际工作中往往得不到一些设计部门和设计人员的足够重视．加之工程设计周期普遍较短。

设计收费与设计产生的经济效益不挂钩．以及一些技术性问题没有完全得到解决等原因，使得设计施工完的系统不仅投资大，运行能耗也相当惊人，大大超过了国家标准．甚至有的公共建筑的暖通空调能耗占建筑总能耗达6o％。

另外，目前建筑施工监理行业中暖通空调专业人员水平参差不齐，很大一部分人员非本专业院校毕业或非对口专业，甚至一部分人员根本未经过任何培训．对本专业理论知识似懂非懂，常凭经验工作，在设计或施工中遇到的一些涉及方案性调整问题不能进行及时正确的处理和解决。

最终导致系统出现无法挽回的不良后果，给系统的运行、管理留下隐患。

2、暖通空调的设计缺乏对节能方案的科学评价方法：

暖通空调设计的特点是“条条大道通罗马”。

近年来，随着对节能和环保要求的不断提高．新的技术方案不断涌现，每种技术方案往往都有各自的优缺点。

面对众多的设计方案，由于考虑问题的角度不同．各方面的评价结果也往往不相同，甚至大相径庭；由于缺乏科学的、客观的设计方案评价方法，设计人员往往雾里看花，无所适从．如何在众多的设计方案中找到最合适的节能方案，是困扰暖通空调设计人员的重要课题。

另一方面。

不科学的评价方法则会起到误导的作用．造成严重损失。

3、暖通空调运行管理中存在的问题：

除设计施工外．运行管理也起着重要的作用。

在实际中有些单位认为设计施工达标完成就可以了．因此不注意对暖通空调操作人员的培训。

很多操作人员不具备必要的暖通空调基本理论常识。

不懂得根据室外参数的变化进行相应的调节。

一年四季只有开机、关机和冬、夏季转换操作。

显然系统达不到相应的节能效果。

三、解决暧通空调节能问题的措施：

1、在设计阶段重视节能因素：

设计方案对暖通空调系统在使用中是否节能关系重大。

暖通空调系统特别是中央空调系统庞大而复杂．系统设计的优劣直接影响系统的经济运行和耗能性能。

因此应考虑以下三个方面的问题：

（1）应注重从节能的角度认真进行设计方案的比较和优选。

例如对冷热源系统的选择，因为暖通空调系统所消耗的能量大部分是冷热源系统中消耗掉的。

选择冷热源系统不仅需要考虑它的初投资和运行费用。

还应结合当地能源结构和建筑使用功能特点，对耗能指标进行分析比较。

在系统形势选择和划分时应注意考虑不同朝向、周边区与内区之间的差异，系统应分开设置或分环，以便分系统或分环控制和调节。

这样可以避免某些区域出现夏季过冷或冬季过热的现象。

造成不必要的能量损耗。

在设计中应注意考虑节能效果．不能盲目地追求新技术．认为采用最新技术的设计方案就是最佳方案。

实际上每种方案都有其适用条件和范围。

在确定暖通空调设计方案时。

务必结合工程的具体情况。

根据负荷特性、建筑使用功能要求和环境特点等多方面因素．注意从节能角度、全面技术经济分析比较后确定出最佳设计方案。

确保系统运行的经济性与节能性。

（2）必须认真进行设计计算。

应根据工程具体情况对暖通空调运行季节进行全工况、全过程的分析计算。

寻找出一个比较合理的设计方案，使暖通空调系统在不同的室外气象参数或室内状况下都能经济合理地运行，为在运行中节能奠定基础．并且要认真、合理地确定系统冷、热负荷及风、水管道阻力，选择合适的冷、热源设备和水泵、风机等动力设备，确保所选择的各项设备能恰好在最佳工况状态下运行。

不经计算只按照水泵或风机的特性曲线选择设备。

或按照水泵和风机样本的铭牌参数选择流量、扬程等都会在运行中造成不必要的能量损耗。

另外。

在有条件或系统允许的情况下．经过综合进行总能耗的比较。

应合理加大系统的介质温差。

以减少系统的水流和送风量。

降低输送过程中的能耗。

（3）必须提高国内暖通空调设计收费水平。

提高国内暖通空调系统设计收费水平．使国内外设计单位能在公平的条件下进行竞争。

管理部门应制定相应的法规，保障工程设计的合理设计周期．使暖通空调设计人员在方案设计阶段投入更多的时间和精力考虑节能等要素．这样才能达到事半功倍的效果。

2、强化系统的运行管理水平：

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。

图（3）计算机模拟暖通空调管理系统

3、选择节能的采暖空调方式：

同一个采暖对象采用不同的采暖方式，其能耗、室内环境的舒适程度是大不相刷的。

如北方采用低温地板辐射采暖．不仅舒适而．且此时的室内温度与采用散热器方式相比。

可以低2℃～5℃．能耗当然大为降低；在选择空调方式时选择辐射式空调方式一般比对流方式舒适节能。

4、选择可再生能源或低品位能源的空调系统：

不可再生能源的大量使用造成能源的日趋枯竭．环境日益恶化，开发利用天然可再生能源成为必然。

在天然可再生能源中，太阳能、风能发电，太阳能供热或制冷系统，地源热泵空调系统等技术已经成熟，应大力推广使用。

利用可再生能源的暖通空调系统．不仅有着显著的环境和社会效益，也是节能的最有效途径。

四、暖通空调新技术：

1、空调水系统变频变流量技术:

中央空调的冷负荷随环境温度和使用面积的变化而变化，定流量水系统的水系的水泵电机基本是满负荷运行，形成大流量小温差的现象，针对这种效率低，能耗大的情况，采用空调水系统变频器控制冷冻水泵电机运行，使冷冻水的流量与冷负荷成正比例的变化，收到良好的节能效果，经济效益显著。

选用变频器时主要考虑到电机功率相匹配的容量，同时也要考虑可靠性高，操作简便，价格适宜等因素。

变频器的发展大约经过30年的技术创新，目前已成为电机调速转动的主流，在各行业领域中发挥着重要的作用，而且随着变频器的全数字控制方式发展，其精度高，可靠性高，稳定性好，存储能力强，逻辑运算能力强等优势将更加突出，经济效益更加显著，应用范围更加广泛。

2、蓄冷蓄热、低温送风和大温差技术：

空调蓄冷，利用分时电价的不同，贮存电网低谷时段的“便宜的能源”，在需要冷量的峰值时段，将贮存的冷量释放出来以满足空调负荷的要求。

以蓄冷介质区分，有水蓄冷、冰蓄冷和共晶盐蓄冷三种方式。

冰蓄冷的优势：

①冷水机组容量降低38%；②空调设备功率减少27%；③年运行费用节省37.1万元。

冰浆是含有悬浮冰粒子的固液两相溶液，也称流体冰，二元冰。

其中冰粒子颗粒为毫米至厘米级别，通常为了降低凝固点加入醇类和盐类抑制剂。

冰浆技术应用优势为：

⑴、巨大的相变潜热，并可利用低温显热（冰的融解热335KJ/kg，水的比热容4.18KJ/kg.℃）；⑵、较好的流动性，可泵送至任何地方；⑶、融冰释冷速度，热响应速度快；⑷、采用蓄冷策略，减少系统运行费用，增强供冷的可靠性。

自从改革开放到现在，我国的综合国力和人民的生活水平都有很大程度的提高，电力工业作为国民经济的基础产业之一，已取得长足的发展。

冰蓄冷空调也是如此［12］［13］。

。

我国近年来的总装机容量已达年增长1.5×107kW,1996年发电装机容量已居世界第二位[1]。

再冷器剥离法利用冷凝器后较热的制冷剂将乙二醇溶液加热到0℃以上，通过泵1送入蓄冰槽后将冰融化并使之脱离。

。

但是，电力的增长仍然满足不了每年用电量5％～7％增长的要求，全国缺点的局面仍未得到根本的改变。

1．2再冷式蓄冰系统制冷循环分析图2所示T-s图表示制冷系统的循环过程。

。

特别是近年来城市进程的不断发展，城市建筑能耗呈现加速增长的趋势，使得电力系统峰谷差急剧增加，电网负荷率明显下降。

同时，冰蓄冷系统制冰充冷时由于蒸发温度比常规空调低8-10℃，冷机效率下降率达30%左右，是一种节费不节能的空调方式。

。

据统计，城市空调的用电负荷已占到城市高峰电力总负荷的40%以上，而空调的负荷特性与电力负荷特性基本相同，是造成电网峰谷荷差逐步加大的最主要原因。

随着《中华人民共和国节约能源法》的公布施行，冰蓄冷系统节能问题受到更加广泛的重视。

。

为此许多地方电力公司纷纷推出了峰谷分时电价政策，特别制定了针对蓄能空调技术推广使用的各种优惠政策，由此为蓄能空调广泛推广带来了契机。

所谓冰蓄冷空调，即在夜间电网低谷时间（同时也是空调负荷很低的时间），制冷主机制冷并由蓄冷设备将冷量储存起来，待白天电网高峰用电时间（同时也是空调负荷高峰时间），再将冷量释放出来满足高峰空调负荷的需要或生产工艺用冷的需求。

小型家用中央冰蓄冷空调系统主要由三部分组成：

（a）由压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、电子膨胀阀和冰蓄冷罐组成的制冷蓄冰系统。

。

这样制冷系统的大部分耗电发生在夜间用电低峰期，而在白天用电高峰期只有辅助设备在运行，从而实现用电负荷的“移峰填谷”。

摘要：

介绍了再冷式冰蓄冷系统的运行原理，利用模拟计算的方法对影响再冷式冰蓄冷系统性能的因素进行了分析，分析结果表明该系统制冷机夜间运行的COP值比传统蓄冰系统高出约14%，可把夜间制冷机的蒸发温度提高2℃且不需要任何附加能量。

蓄冰空调技术正是从电力用户着手,参与电力调峰,平衡电网,充分利用谷期电力,将部分峰期电力需求转移到谷期,削减供电量,减少电力建设投资,保护大气环境。

关键词：

相变材料蓄冷空调系统1前言冰蓄冷系统具有技术成熟、性能稳定等优点，但需配置双工况机组，且多数系统要增加乙二醇溶液为载冷剂的中间换热装置，增加了系统的设计和控制难度。

。

利用冰蓄冷技术，还可转移50%[2]的高峰电力需求，对缓解高峰电力压力，提高能源使用效率和保护环境都将有巨大的社会经济意义。

国外研究机构有：

国际制冷学会冰浆研究会，丹麦国际冰浆研究中心，国际能源署。

研究冰浆的学术机构：

美国阿尔贡国家实验室，美国橡树岭国家实验室，加拿大多伦多大学应用科计大学，丹麦科技研究院，荷兰代夫特大学机械系，瑞典皇家技术学院，英国埃克塞特大学机械系，日本东京工业大学。

3、区域冷热电联供和分布式能源技术：

区域供冷系统（DistrictCoolingSystem，DCS），类似如北方的城市集中供热系统的，是在一定规模的区域内，由专门的制冷站集中制造冷冻水，通过冷冻水管网络向各用冷建筑物输送，从而提供制冷空调服务的系统[1,2]。

图（4）家用冰蓄冷空调系统简图

1－压缩机；2－四通阀；3－冷凝器；4－蓄冷用储液器；5－双阀机构；6－蓄冰槽；

7－蒸发器；8－汽液分离器；9－水泵；10－V1～V7球阀。

区域供冷系统可视为大规模的中央空调系统，其用户可以包括公寓、写字楼、酒店、商场、机关、医院以及住宅。

区域供冷系统适合应用在冷负荷密度高以及年冷负荷系数大的地方，如工业建筑群，人口稠密的城市商业区等。

区域供冷系统由中心制冷站、冷冻水输配管网、冷用户三部分组成。

中心制冷站通过各种方式生产冷冻水。

其设备包括制冷机以及附属设备、蓄冷设备、热交换设备以及控制装置。

冷冻水输配管网将中心制冷站生产的冷冻水输送至各用户。

冷用户是需要制冷空调的建筑物，装有末端的冷热交换设备。

区域供冷相对于传统的中央空调以及分体空调具有以下特点和优势：

1）．能源利用效率高。

2）．同时使用系数小，制冷主机装机容量小。

 3）．减少运行管理人员，提高维护质量。

4）．环保优势明显。

5）．有利于采用蓄冷技术。

6）．建筑美观性和空间利用率的提高。

区域供冷与分布式冷热电联供系统的相互促进。

上世纪70年代，在经历了两次石油危机后，从热电联产（Combinedheatingandpower,CHP）开始发展起来的分布式能源系统在发达国家迅速增加，并向分布式冷热电联供系统方向发展。

分布式冷热电联供系统（DistributedEnergySystem/CombinedCooling,HeatingandPower,DES/CCHP）系统首先包含分散式电源（DecenturalizedElectricitySystem）的内涵，即相对于大电厂+大电网而言的小而分散的电力生产，就地使用，从而减少电网输配系统的投资、电力输配损失，和管理费用；另方面是燃料发电后的余热以不同途径联产冷和热，同时供应用户，实现能源的高效和梯级利用。

这也是引言中提到的第二代那样供应系统的精髓。

国外的DES项目，在数量上，以1MW以下的小型为多；但从总装机容量上，少数10MW规模的大型DES占了总负荷的很大比例。

调研表明，大型的DES，都是有集中供热供冷作为基础的。

我国人口众多，城市人口居住十分密集。

我国的北方和中部地区冬季气候寒冷，采暖时间根据纬度不同，3--6个月不等。

在北方许多大中城市，集中供热系统近年来发展很快。

因此，在我国的北方地区，有在集中供热的基础上发展大型的分布式热电联供系统的极好条件。

显然，大型系统机组更大、效率更高，比小型系统更为经济。

 而在我国冬暖夏热的南方地区，供冷时间长，全年需要供冷的时间为6－8个月，基本无采暖负荷；供热的概念，对于城市用能，主要指提供生活热水；（对于工业用能，还有工艺用蒸汽）。

南方城市的中心区域，建筑物密集，而且不同类型的建筑物分布在同一个区域，特别适合采用区域供冷系统。

在南方城市的中心区域建立分布式冷热电联供系统，以区域供冷的方式供应冷能，是在中国特有的人口、地域条件下，发展大型DES/CCHP的重要基础，不仅能发挥区域供冷与分布式冷热电联供系统各自的优势，而且将进一步提高能源的利用效率。

 区域供冷系统具有能源利用效率高、环保、经济等优势。

蓄冷技术＋区域供冷还能对电网调峰。

分布式冷热电联供系统实现了能源的梯级利用，具有节能、环保与可靠性高的优点。

区域供冷与分布式冷热电联供系统结合后，不仅能发挥各自的优势，进一步提高能源利用效率，并且还能使分布式冷热电联供系统得到新的发展，其规模大大拓宽。

在我国大型的分布式冷热电联供系统更经济。

与区域供冷和集中供热系统相结合的大型分布式冷热电联供系统是解决目前我国能源形势严峻，天然气利用的快速发展以及新一轮的城市化高潮等问题的最佳方法，具有广阔的发展前景。

4、地源热泵等舒适节能空调技术：

地源／水源热泵空调是以水为载体，通过地源热泵机组系统，冬季将地温热能（地下水或土壤热能）传递转移到需供暖的建筑物内部，夏季又可以将建筑物内热量，通过热泵机组系统，传递转移到地球浅部地层中去，它是充分利用了地下水或地下土壤常年温度保持恒定的特点，是环保、节能、“零”污染、“零”排放的一种空调设备。

它具有如下特点：

（1）节能30%~60%；

（2）高效、环保；（3）冬、夏两用；（4）寿命高达二十五年；（5）降低投资风险，节省初投资。

五、结语：

只有对暖通空调系统目前存在的问题给予重视，暖通空调才能给千家万户带来便利，才能充分发挥它的经济性、节能性、安全性、舒适性和美观性的作用。

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，需要得到政府部门的重视和支持。

同时，我们暖通专业工作者，都有义务在暖通空调的节能领域里积极地贡献自己的力量。

图（6）网络系统

综上所述，建筑节能尤其是暖通空调方面的节能，潜力还是很大的，可以通过多种途径对系统进行节能，如降低围护结构的传热系数、提高系统的效率、对设备及时而有效的管理维护等等。

建筑节能在当前世界能源紧张和中国经济高速发展的背景下，尤其具有重要的意义。

参考文献：

【1】路永华．暖通空调系统节能探讨U．应用能源技术，2005（5）．

【2】杨昌智我国建筑节能的现状及途径U．大众用电，2005（10）．

（作者单位系北京瑞宝利热能科技有限公司）

【3】林海燕.居住建筑围护结构的节能问题「C」.中国绿色建筑/可持续发展建筑国际研讨会论文集.北京：

中国建筑工业出版社，2001.

【4】刘横.建筑的综合节能措施「I」.墙材革新与建筑节能，2001，

（2）.

【5】房志勇，等.建筑节能技术「M」.北京：

中国建材工业出版社，1998.

【6】《通用变频及应用》，第二版，韩安荣主编，机械工业出版社。

【7】《智能建筑自动化技术》，胡崇岳主编，机械工业出版社。

【8】严德隆,张维君.空调蓄冷应用技术[M].北京：

中国建筑工业出版社,1997.5.

【9】赵建成,牛利敏,许文发.外融冰-冰蓄冷为冷源的区域供冷系统[C].2004年全国暖通空调制冷学术年会论文集,2004,08.

【10】左政.分布式冷热电联产系统的集成建模与优化设计[D].华南理工大学博士学位论文,2005,5