建筑暖通空調系統節能技術探索

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【摘要】新型暖通空調節能技術能夠提高暖通空調的利用效率。本文從暖通空調能耗現狀入手，介紹了多種暖通空調節能新技術，并結合實例分析了暖通空調節能技術的具體應用，以實現節能減排的目標。

【關鍵詞】暖通空調系統；節能技術；變頻技術

1暖通空調能耗現狀

我國暖通空調能耗約占建筑總能耗的55%。特別是在炎熱的夏季，用戶的制冷需求直線上升，空調負荷投入大，如果不能在空調負荷的控制中有效應用節能技術，會加大電能以及煤炭等能源的消耗，加重環境污染問題。對當前的暖通空調節能技術的研究現狀進行總結發現，我國暖通空調節能技術應用前景廣闊、市場良好，應用節能技術可以降低20%～35%暖通空調能源消耗，在保證人們需求的基礎上緩解我國的能源危機，實現節能減排的目標。

2暖通空調節能新技術

2.1變頻技術。壓縮機是保證整個空調系統正常運行的關鍵設備，當空調制冷時壓縮機會消耗暖通空調系統較大部分的電量。而傳統壓縮機定頻工作，隨著室外環境溫度降低，室內空調負荷減小，壓縮機的功率也不會隨之變化，電能浪費嚴重。變頻空調的工作原理是利用變頻器來控制暖通空調壓縮機的供電頻率，以此控制壓縮機功率，壓縮機可根據負荷無級調節[1]。此外，變頻空調內置的傳感器能測量建筑的內部溫度，并根據測量結果來調整壓縮機的轉速，以保證制冷調節質量、滿足人們生產生活的需要。交流變頻空調和直流變頻空調的工作原理存在一定差異，前者工作原理的重點在于對穩定差的測定，生成特定的頻率信號，從而有效控制壓縮機的電壓、轉速以及制冷量；后者的工作原理相對簡單，是通過改變加在永久磁鐵上的電壓實現對轉子轉速的控制，以此滿足制冷和制冷需要。2.2溫濕度獨立控制技術。空調系統總負荷組成體系中，顯熱負荷（排熱）為重要部分，占比70%～80%，剩余部分則為潛熱負荷（排濕）。根據熱濕耦合處理方式的基本特征可知，冷源溫度易受室內空氣露點溫度的影響，通常控制在5～7℃。僅從排除余熱的角度來看，此時冷源溫度在15～18℃時便可達到要求。由于顯熱負荷占比較大，原本通過高溫冷源排走熱量的方式缺乏可行性，此時需要得到5～7℃的低溫冷源的支持，隨之產生的問題則是能源浪費量增加，嚴重抑制制冷設備的工作效率。溫濕度獨立控制空調系統中，其配置的是具有相互獨立運行特征的溫度與濕度空調系統，各自具有獨立控制功能，前者調節室內溫度，后者調節室內濕度。溫度控制系統包括高溫冷源、余熱消除末端裝置，推薦采用水或制冷劑作為輸送媒介，盡量不用空氣作為輸送媒介以降低輸配系統運行能耗。除濕工作均通過獨立的濕度控制系統而完成，但對于顯熱系統而言，其對應的冷水供水溫度將提升至157～187℃，此時能夠給天然冷源的使用創設良好的條件，盡管采取的是機械制冷的方式，但制冷劑依然可以高效運行，其性能系數具有大幅提升。余熱消除末端裝置的可選形式較多，包含輻射板、干式風機盤管等，相比室內空氣的露點溫度，供水的溫度明顯更高，基于此特點，有效避免結霜現象。溫濕度獨立控制空調系統將室內排熱排濕過程中的排熱和排濕過程分開處理，可解決以往熱濕聯合處理過程中損失量過大的問題。此外，獨立的控制調節系統具有更強的靈活性，可高效處理溫度和濕度，與室內濕熱比相適應，從而避免室內濕度過高（或過低）的情況。2.3蓄冷技術。空調蓄冷的工作原理是當電網的負荷較低電價優惠時，進行冷能存儲，而當負荷高、電價高以及夏季制冷需求大時釋放存儲的冷能，保證人們生產生活的需要，這一原理也被稱為“削峰填谷”[2]。潛熱蓄能：將物質發生相變時所吸收或釋放的熱能儲存起來的技術，如冰蓄冷，其是典型的潛熱蓄能技術，利用潛熱蓄能的原理將冷量以冰的形式儲存。顯熱蓄能：將物質發生溫度變化時所吸收或釋放的熱能儲存起來的技術，如水蓄冷，其是典型的顯熱蓄能技術，利用顯熱蓄能將冷量/熱量儲存起來。由于機場項目場地寬裕，便于蓄能裝置安放，故其更為適宜采用節能性與經濟性較好的顯熱蓄能系統，常用的顯熱蓄能方式為水蓄冷。該系統可以實現制冷機供冷、制冷機蓄冷、蓄冷供冷、制冷機聯合蓄冷管供冷等多種工況。為了解水蓄冷技術在機場建筑中的應用情況，對上海浦東機場的水蓄冷工程項目進行了實地考察與調研。該項目設置4個22m高、直徑為26m的蓄冷罐。初投資約4000萬元，罐體占地面積約4畝，年運行節省電費約700萬元/年。可見水蓄冷具有良好的經濟效益，適用于在機場類建筑。但蓄水罐體型龐大、占地面積較大，項目實施中需選擇好蓄水罐安置點位，并合理考慮用地成本。2.4冷熱電三聯供。冷熱電三聯供能源系統通過各種一次能源轉換技術的集成運用，在一個區域內同時提供電、熱、冷等多種終端能源，實現能源的梯級、高效利用。冷熱電三聯供系統由于采取了分布式布置，能源中心建設在服務區域的負荷中心位置，不但可以獲得30%～40%的發電效率，還能通過適宜的技術手段回收中、低溫廢熱，為用戶提供所需的冷、熱供應，其綜合能源利用率可達80%以上，大量節省了一次能源。同時，與集中發電、輸配的傳統形式比較能減少6%～7%的線路損耗。冷熱電三聯供系統的余熱利用工藝需綜合考慮發電機組的種類、熱效率、余熱品質等參數后確定。以燃氣輪機為例，常見的系統工藝流程有發電機與吸收機的直接連接和經過余熱鍋爐的間接連接兩種方式。燃氣輪機直接連接的三聯供系統示意圖見圖1。天然氣冷熱電三聯供分布式能源在國內外眾多項目中取得了成功，本研究搜集了國內外多個典型工程案例運行模式及其系統基本參數。對所調研搜集的項目進行了統計分析，發現上述項目發電效率平均值約為38%，一次能源利用率平均值約為89%，約70%項目三聯供制冷容量在25MW以下。可見，冷熱電三聯供項目在民用建筑中具有良好的應用效果，一次能源利用效率約為89%。2.5智慧能源管理系統。數字化管理節能控制技術具有較高應用價值，能夠為暖通空調的運行管理奠定良好基礎，根據空調系統的實際運行情況來設計具體的技術參數，保證運行管理的科學性。數字化自動控制系統能夠全面檢測建筑室內的各類設備，獲取工況、功能等具體數據和參數，深層次評估各類設備的運行狀態并修正缺陷，提高整個建筑能源能效管理和控制的精細化和信息化水平，保證各類設備安全穩定運行，控制人力成本和能源損耗。

3工程實例

本文以某經濟發展地區的商辦樓空調系統為工程背景。3.1冷熱源。研究工程的定位和設計要求并滿足節能減排目標的要求，選擇高性能離心式變頻電制冷機和真空燃氣熱水鍋爐來分別作冷源和熱源，前者數量為4臺，后者數量為3臺，再選擇1臺水冷螺桿式電制冷機組來進行調節處理。3.2空調水系統。機械循環四管異程式和一次泵變頻變流量系統為可行的方式，以5臺變頻冷凍水泵為核心，共同組成離心式冷水機組；螺桿式冷水機組則采取的是2臺定頻冷凍水泵相組合的方式；真空鍋爐所用設備為4臺變頻熱水泵。在既有裝置配置方案的基礎上進行優化，冷凍水、熱水系統均內置分集水器，其中留有一路作為備用，確保在發生異常時其依然可維持正常使用狀態，以增強系統的穩定性。3.3冷卻水泵。離心式冷水機組配備5臺變頻冷卻水泵，螺桿式冷水機組配備2臺定頻冷卻水泵，塔樓屋面層配備8臺開式橫流冷卻塔，各冷卻塔風扇均配備有變頻器及防凍電加熱器。此外，該暖通空調系統有余熱利用功能，能夠為人們用水提供預熱，借助容積式換熱器的作業來換熱冷卻水，滿足人們生活需要。因為該工程是商辦樓，機房和通信設備房的空調使用情況與一般空調使用存在差異，所以在塔樓屋面層設計了能夠24h冷卻的系統，并且為4～27層辦公樓標準層制冷需要設置了閉式冷卻塔，數量為3臺，其中1臺備用。整個冷卻水系統結構的設計嚴整，橫、豎協同，能夠滿足水力平衡的需要。3.4空調節能自動控制系統。該暖通空調系統應用了樓宇自動控制系統，并且安排布置了能耗和效率檢測儀器，能夠動態收集和計算空調系統各個設備的工作狀態和相關參數，當發現異常情況時馬上發出提醒和警示，并修正各個設備的參數和運行值，保證運行頻率正常，達到對能耗控制的目的。

4結束語

綜上所述，為了實現節能減排目標，減輕環境污染，必須重視暖通節能技術的應用，并且在應用過程中做好經驗總結，優化暖通節能技術，提高暖通空調系統自動化控制水平。

參考文獻

[1]常欽光.建筑暖通空調節能技術探析[J].建材與裝飾，2017（44）：183.

[2]李菊梅.論暖通空調節能技術在建筑工程中的應用[J].住宅與房地產，2016（30）：131.

作者:桑純 龐召輝 孫建軍 單位:北京宏偉超達科技股份有限公司