建筑暖通空调系统节能技术探索

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【摘要】新型暖通空调节能技术能够提高暖通空调的利用效率。本文从暖通空调能耗现状入手，介绍了多种暖通空调节能新技术，并结合实例分析了暖通空调节能技术的具体应用，以实现节能减排的目标。

【关键词】暖通空调系统；节能技术；变频技术

1暖通空调能耗现状

我国暖通空调能耗约占建筑总能耗的55%。特别是在炎热的夏季，用户的制冷需求直线上升，空调负荷投入大，如果不能在空调负荷的控制中有效应用节能技术，会加大电能以及煤炭等能源的消耗，加重环境污染问题。对当前的暖通空调节能技术的研究现状进行总结发现，我国暖通空调节能技术应用前景广阔、市场良好，应用节能技术可以降低20%～35%暖通空调能源消耗，在保证人们需求的基础上缓解我国的能源危机，实现节能减排的目标。

2暖通空调节能新技术

2.1变频技术。压缩机是保证整个空调系统正常运行的关键设备，当空调制冷时压缩机会消耗暖通空调系统较大部分的电量。而传统压缩机定频工作，随着室外环境温度降低，室内空调负荷减小，压缩机的功率也不会随之变化，电能浪费严重。变频空调的工作原理是利用变频器来控制暖通空调压缩机的供电频率，以此控制压缩机功率，压缩机可根据负荷无级调节[1]。此外，变频空调内置的传感器能测量建筑的内部温度，并根据测量结果来调整压缩机的转速，以保证制冷调节质量、满足人们生产生活的需要。交流变频空调和直流变频空调的工作原理存在一定差异，前者工作原理的重点在于对稳定差的测定，生成特定的频率信号，从而有效控制压缩机的电压、转速以及制冷量；后者的工作原理相对简单，是通过改变加在永久磁铁上的电压实现对转子转速的控制，以此满足制冷和制冷需要。2.2温湿度独立控制技术。空调系统总负荷组成体系中，显热负荷（排热）为重要部分，占比70%～80%，剩余部分则为潜热负荷（排湿）。根据热湿耦合处理方式的基本特征可知，冷源温度易受室内空气露点温度的影响，通常控制在5～7℃。仅从排除余热的角度来看，此时冷源温度在15～18℃时便可达到要求。由于显热负荷占比较大，原本通过高温冷源排走热量的方式缺乏可行性，此时需要得到5～7℃的低温冷源的支持，随之产生的问题则是能源浪费量增加，严重抑制制冷设备的工作效率。温湿度独立控制空调系统中，其配置的是具有相互独立运行特征的温度与湿度空调系统，各自具有独立控制功能，前者调节室内温度，后者调节室内湿度。温度控制系统包括高温冷源、余热消除末端装置，推荐采用水或制冷剂作为输送媒介，尽量不用空气作为输送媒介以降低输配系统运行能耗。除湿工作均通过独立的湿度控制系统而完成，但对于显热系统而言，其对应的冷水供水温度将提升至157～187℃，此时能够给天然冷源的使用创设良好的条件，尽管采取的是机械制冷的方式，但制冷剂依然可以高效运行，其性能系数具有大幅提升。余热消除末端装置的可选形式较多，包含辐射板、干式风机盘管等，相比室内空气的露点温度，供水的温度明显更高，基于此特点，有效避免结霜现象。温湿度独立控制空调系统将室内排热排湿过程中的排热和排湿过程分开处理，可解决以往热湿联合处理过程中损失量过大的问题。此外，独立的控制调节系统具有更强的灵活性，可高效处理温度和湿度，与室内湿热比相适应，从而避免室内湿度过高（或过低）的情况。2.3蓄冷技术。空调蓄冷的工作原理是当电网的负荷较低电价优惠时，进行冷能存储，而当负荷高、电价高以及夏季制冷需求大时释放存储的冷能，保证人们生产生活的需要，这一原理也被称为“削峰填谷”[2]。潜热蓄能：将物质发生相变时所吸收或释放的热能储存起来的技术，如冰蓄冷，其是典型的潜热蓄能技术，利用潜热蓄能的原理将冷量以冰的形式储存。显热蓄能：将物质发生温度变化时所吸收或释放的热能储存起来的技术，如水蓄冷，其是典型的显热蓄能技术，利用显热蓄能将冷量/热量储存起来。由于机场项目场地宽裕，便于蓄能装置安放，故其更为适宜采用节能性与经济性较好的显热蓄能系统，常用的显热蓄能方式为水蓄冷。该系统可以实现制冷机供冷、制冷机蓄冷、蓄冷供冷、制冷机联合蓄冷管供冷等多种工况。为了解水蓄冷技术在机场建筑中的应用情况，对上海浦东机场的水蓄冷工程项目进行了实地考察与调研。该项目设置4个22m高、直径为26m的蓄冷罐。初投资约4000万元，罐体占地面积约4亩，年运行节省电费约700万元/年。可见水蓄冷具有良好的经济效益，适用于在机场类建筑。但蓄水罐体型庞大、占地面积较大，项目实施中需选择好蓄水罐安置点位，并合理考虑用地成本。2.4冷热电三联供。冷热电三联供能源系统通过各种一次能源转换技术的集成运用，在一个区域内同时提供电、热、冷等多种终端能源，实现能源的梯级、高效利用。冷热电三联供系统由于采取了分布式布置，能源中心建设在服务区域的负荷中心位置，不但可以获得30%～40%的发电效率，还能通过适宜的技术手段回收中、低温废热，为用户提供所需的冷、热供应，其综合能源利用率可达80%以上，大量节省了一次能源。同时，与集中发电、输配的传统形式比较能减少6%～7%的线路损耗。冷热电三联供系统的余热利用工艺需综合考虑发电机组的种类、热效率、余热品质等参数后确定。以燃气轮机为例，常见的系统工艺流程有发电机与吸收机的直接连接和经过余热锅炉的间接连接两种方式。燃气轮机直接连接的三联供系统示意图见图1。天然气冷热电三联供分布式能源在国内外众多项目中取得了成功，本研究搜集了国内外多个典型工程案例运行模式及其系统基本参数。对所调研搜集的项目进行了统计分析，发现上述项目发电效率平均值约为38%，一次能源利用率平均值约为89%，约70%项目三联供制冷容量在25MW以下。可见，冷热电三联供项目在民用建筑中具有良好的应用效果，一次能源利用效率约为89%。2.5智慧能源管理系统。数字化管理节能控制技术具有较高应用价值，能够为暖通空调的运行管理奠定良好基础，根据空调系统的实际运行情况来设计具体的技术参数，保证运行管理的科学性。数字化自动控制系统能够全面检测建筑室内的各类设备，获取工况、功能等具体数据和参数，深层次评估各类设备的运行状态并修正缺陷，提高整个建筑能源能效管理和控制的精细化和信息化水平，保证各类设备安全稳定运行，控制人力成本和能源损耗。

3工程实例

本文以某经济发展地区的商办楼空调系统为工程背景。3.1冷热源。研究工程的定位和设计要求并满足节能减排目标的要求，选择高性能离心式变频电制冷机和真空燃气热水锅炉来分别作冷源和热源，前者数量为4台，后者数量为3台，再选择1台水冷螺杆式电制冷机组来进行调节处理。3.2空调水系统。机械循环四管异程式和一次泵变频变流量系统为可行的方式，以5台变频冷冻水泵为核心，共同组成离心式冷水机组；螺杆式冷水机组则采取的是2台定频冷冻水泵相组合的方式；真空锅炉所用设备为4台变频热水泵。在既有装置配置方案的基础上进行优化，冷冻水、热水系统均内置分集水器，其中留有一路作为备用，确保在发生异常时其依然可维持正常使用状态，以增强系统的稳定性。3.3冷却水泵。离心式冷水机组配备5台变频冷却水泵，螺杆式冷水机组配备2台定频冷却水泵，塔楼屋面层配备8台开式横流冷却塔，各冷却塔风扇均配备有变频器及防冻电加热器。此外，该暖通空调系统有余热利用功能，能够为人们用水提供预热，借助容积式换热器的作业来换热冷却水，满足人们生活需要。因为该工程是商办楼，机房和通信设备房的空调使用情况与一般空调使用存在差异，所以在塔楼屋面层设计了能够24h冷却的系统，并且为4～27层办公楼标准层制冷需要设置了闭式冷却塔，数量为3台，其中1台备用。整个冷却水系统结构的设计严整，横、竖协同，能够满足水力平衡的需要。3.4空调节能自动控制系统。该暖通空调系统应用了楼宇自动控制系统，并且安排布置了能耗和效率检测仪器，能够动态收集和计算空调系统各个设备的工作状态和相关参数，当发现异常情况时马上发出提醒和警示，并修正各个设备的参数和运行值，保证运行频率正常，达到对能耗控制的目的。

4结束语

综上所述，为了实现节能减排目标，减轻环境污染，必须重视暖通节能技术的应用，并且在应用过程中做好经验总结，优化暖通节能技术，提高暖通空调系统自动化控制水平。

参考文献

[1]常钦光.建筑暖通空调节能技术探析[J].建材与装饰，2017（44）：183.

[2]李菊梅.论暖通空调节能技术在建筑工程中的应用[J].住宅与房地产，2016（30）：131.

作者:桑纯 庞召辉 孙建军 单位:北京宏伟超达科技股份有限公司