談建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

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【摘要】新型暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)能夠提高暖通空調(diào)的利用效率。本文從暖通空調(diào)能耗現(xiàn)狀入手，介紹了多種暖通空調(diào)節(jié)能新技術(shù)，并結(jié)合實(shí)例分析了暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】暖通空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能技術(shù)；變頻技術(shù)

1暖通空調(diào)能耗現(xiàn)狀

我國(guó)暖通空調(diào)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(diào)負(fù)荷投入大，如果不能在空調(diào)負(fù)荷的控制中有效應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，會(huì)加大電能以及煤炭等能源的消耗，加重環(huán)境污染問(wèn)題。對(duì)當(dāng)前的暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)發(fā)現(xiàn)，我國(guó)暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用前景廣闊、市場(chǎng)良好，應(yīng)用節(jié)能技術(shù)可以降低20%～35%暖通空調(diào)能源消耗，在保證人們需求的基礎(chǔ)上緩解我國(guó)的能源危機(jī)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

2暖通空調(diào)節(jié)能新技術(shù)

2.1變頻技術(shù)

壓縮機(jī)是保證整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，當(dāng)空調(diào)制冷時(shí)壓縮機(jī)會(huì)消耗暖通空調(diào)系統(tǒng)較大部分的電量。而傳統(tǒng)壓縮機(jī)定頻工作，隨著室外環(huán)境溫度降低，室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷減小，壓縮機(jī)的功率也不會(huì)隨之變化，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。變頻空調(diào)的工作原理是利用變頻器來(lái)控制暖通空調(diào)壓縮機(jī)的供電頻率，以此控制壓縮機(jī)功率，壓縮機(jī)可根據(jù)負(fù)荷無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)[1]。此外，變頻空調(diào)內(nèi)置的傳感器能測(cè)量建筑的內(nèi)部溫度，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果來(lái)調(diào)整壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，以保證制冷調(diào)節(jié)質(zhì)量、滿足人們生產(chǎn)生活的需要。交流變頻空調(diào)和直流變頻空調(diào)的工作原理存在一定差異，前者工作原理的重點(diǎn)在于對(duì)穩(wěn)定差的測(cè)定，生成特定的頻率信號(hào)，從而有效控制壓縮機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)速以及制冷量；后者的工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單，是通過(guò)改變加在永久磁鐵上的電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的控制，以此滿足制冷和制冷需要。

2.2溫濕度獨(dú)立控制技術(shù)

空調(diào)系統(tǒng)總負(fù)荷組成體系中，顯熱負(fù)荷（排熱）為重要部分，占比70%～80%，剩余部分則為潛熱負(fù)荷（排濕）。根據(jù)熱濕耦合處理方式的基本特征可知，冷源溫度易受室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度的影響，通?？刂圃?～7℃。僅從排除余熱的角度來(lái)看，此時(shí)冷源溫度在15～18℃時(shí)便可達(dá)到要求。由于顯熱負(fù)荷占比較大，原本通過(guò)高溫冷源排走熱量的方式缺乏可行性，此時(shí)需要得到5～7℃的低溫冷源的支持，隨之產(chǎn)生的問(wèn)題則是能源浪費(fèi)量增加，嚴(yán)重抑制制冷設(shè)備的工作效率。溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)中，其配置的是具有相互獨(dú)立運(yùn)行特征的溫度與濕度空調(diào)系統(tǒng)，各自具有獨(dú)立控制功能，前者調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，后者調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。溫度控制系統(tǒng)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(tǒng)運(yùn)行能耗。除濕工作均通過(guò)獨(dú)立的濕度控制系統(tǒng)而完成，但對(duì)于顯熱系統(tǒng)而言，其對(duì)應(yīng)的冷水供水溫度將提升至157～187℃，此時(shí)能夠給天然冷源的使用創(chuàng)設(shè)良好的條件，盡管采取的是機(jī)械制冷的方式，但制冷劑依然可以高效運(yùn)行，其性能系數(shù)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(fēng)機(jī)盤(pán)管等，相比室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度，供水的溫度明顯更高，基于此特點(diǎn)，有效避免結(jié)霜現(xiàn)象。溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)將室內(nèi)排熱排濕過(guò)程中的排熱和排濕過(guò)程分開(kāi)處理，可解決以往熱濕聯(lián)合處理過(guò)程中損失量過(guò)大的問(wèn)題。此外，獨(dú)立的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有更強(qiáng)的靈活性，可高效處理溫度和濕度，與室內(nèi)濕熱比相適應(yīng)，從而避免室內(nèi)濕度過(guò)高（或過(guò)低）的情況。

2.3蓄冷技術(shù)

空調(diào)蓄冷的工作原理是當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷較低電價(jià)優(yōu)惠時(shí)，進(jìn)行冷能存儲(chǔ)，而當(dāng)負(fù)荷高、電價(jià)高以及夏季制冷需求大時(shí)釋放存儲(chǔ)的冷能，保證人們生產(chǎn)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(zhì)發(fā)生相變時(shí)所吸收或釋放的熱能儲(chǔ)存起來(lái)的技術(shù)，如冰蓄冷，其是典型的潛熱蓄能技術(shù)，利用潛熱蓄能的原理將冷量以冰的形式儲(chǔ)存。顯熱蓄能：將物質(zhì)發(fā)生溫度變化時(shí)所吸收或釋放的熱能儲(chǔ)存起來(lái)的技術(shù)，如水蓄冷，其是典型的顯熱蓄能技術(shù)，利用顯熱蓄能將冷量/熱量?jī)?chǔ)存起來(lái)。由于機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目場(chǎng)地寬裕，便于蓄能裝置安放，故其更為適宜采用節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性較好的顯熱蓄能系統(tǒng)，常用的顯熱蓄能方式為水蓄冷。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)制冷機(jī)供冷、制冷機(jī)蓄冷、蓄冷供冷、制冷機(jī)聯(lián)合蓄冷管供冷等多種工況。為了解水蓄冷技術(shù)在機(jī)場(chǎng)建筑中的應(yīng)用情況，對(duì)上海浦東機(jī)場(chǎng)的水蓄冷工程項(xiàng)目進(jìn)行了實(shí)地考察與調(diào)研。該項(xiàng)目設(shè)置4個(gè)22m高、直徑為26m的蓄冷罐。初投資約4000萬(wàn)元，罐體占地面積約4畝，年運(yùn)行節(jié)省電費(fèi)約700萬(wàn)元/年?？梢?jiàn)水蓄冷具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，適用于在機(jī)場(chǎng)類(lèi)建筑。但蓄水罐體型龐大、占地面積較大，項(xiàng)目實(shí)施中需選擇好蓄水罐安置點(diǎn)位，并合理考慮用地成本。

2.4冷熱電三聯(lián)供

冷熱電三聯(lián)供能源系統(tǒng)通過(guò)各種一次能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的集成運(yùn)用，在一個(gè)區(qū)域內(nèi)同時(shí)提供電、熱、冷等多種終端能源，實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)、高效利用。冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)由于采取了分布式布置，能源中心建設(shè)在服務(wù)區(qū)域的負(fù)荷中心位置，不但可以獲得30%～40%的發(fā)電效率，還能通過(guò)適宜的技術(shù)手段回收中、低溫廢熱，為用戶提供所需的冷、熱供應(yīng)，其綜合能源利用率可達(dá)80%以上，大量節(jié)省了一次能源。同時(shí)，與集中發(fā)電、輸配的傳統(tǒng)形式比較能減少6%～7%的線路損耗。冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的余熱利用工藝需綜合考慮發(fā)電機(jī)組的種類(lèi)、熱效率、余熱品質(zhì)等參數(shù)后確定。以燃?xì)廨啓C(jī)為例，常見(jiàn)的系統(tǒng)工藝流程有發(fā)電機(jī)與吸收機(jī)的直接連接和經(jīng)過(guò)余熱鍋爐的間接連接兩種方式。燃?xì)廨啓C(jī)直接連接的三聯(lián)供系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1。天然氣冷熱電三聯(lián)供分布式能源在國(guó)內(nèi)外眾多項(xiàng)目中取得了成功，本研究搜集了國(guó)內(nèi)外多個(gè)典型工程案例運(yùn)行模式及其系統(tǒng)基本參數(shù)。對(duì)所調(diào)研搜集的項(xiàng)目進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)上述項(xiàng)目發(fā)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(xiàng)目三聯(lián)供制冷容量在25MW以下?？梢?jiàn)，冷熱電三聯(lián)供項(xiàng)目在民用建筑中具有良好的應(yīng)用效果，一次能源利用效率約為89%。

2.5智慧能源管理系統(tǒng)

數(shù)字化管理節(jié)能控制技術(shù)具有較高應(yīng)用價(jià)值，能夠?yàn)榕照{(diào)的運(yùn)行管理奠定良好基礎(chǔ)，根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)設(shè)計(jì)具體的技術(shù)參數(shù)，保證運(yùn)行管理的科學(xué)性。數(shù)字化自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠全面檢測(cè)建筑室內(nèi)的各類(lèi)設(shè)備，獲取工況、功能等具體數(shù)據(jù)和參數(shù)，深層次評(píng)估各類(lèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并修正缺陷，提高整個(gè)建筑能源能效管理和控制的精細(xì)化和信息化水平，保證各類(lèi)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，控制人力成本和能源損耗。

3工程實(shí)例

本文以某經(jīng)濟(jì)發(fā)展地區(qū)的商辦樓空調(diào)系統(tǒng)為工程背景。

3.1冷熱源

研究工程的定位和設(shè)計(jì)要求并滿足節(jié)能減排目標(biāo)的要求，選擇高性能離心式變頻電制冷機(jī)和真空燃?xì)鉄崴仩t來(lái)分別作冷源和熱源，前者數(shù)量為4臺(tái)，后者數(shù)量為3臺(tái)，再選擇1臺(tái)水冷螺桿式電制冷機(jī)組來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)處理。

3.2空調(diào)水系統(tǒng)

機(jī)械循環(huán)四管異程式和一次泵變頻變流量系統(tǒng)為可行的方式，以5臺(tái)變頻冷凍水泵為核心，共同組成離心式冷水機(jī)組；螺桿式冷水機(jī)組則采取的是2臺(tái)定頻冷凍水泵相組合的方式；真空鍋爐所用設(shè)備為4臺(tái)變頻熱水泵。在既有裝置配置方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，冷凍水、熱水系統(tǒng)均內(nèi)置分集水器，其中留有一路作為備用，確保在發(fā)生異常時(shí)其依然可維持正常使用狀態(tài)，以增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.3冷卻水泵

離心式冷水機(jī)組配備5臺(tái)變頻冷卻水泵，螺桿式冷水機(jī)組配備2臺(tái)定頻冷卻水泵，塔樓屋面層配備8臺(tái)開(kāi)式橫流冷卻塔，各冷卻塔風(fēng)扇均配備有變頻器及防凍電加熱器。此外，該暖通空調(diào)系統(tǒng)有余熱利用功能，能夠?yàn)槿藗冇盟峁╊A(yù)熱，借助容積式換熱器的作業(yè)來(lái)?yè)Q熱冷卻水，滿足人們生活需要。因?yàn)樵摴こ淌巧剔k樓，機(jī)房和通信設(shè)備房的空調(diào)使用情況與一般空調(diào)使用存在差異，所以在塔樓屋面層設(shè)計(jì)了能夠24h冷卻的系統(tǒng)，并且為4～27層辦公樓標(biāo)準(zhǔn)層制冷需要設(shè)置了閉式冷卻塔，數(shù)量為3臺(tái)，其中1臺(tái)備用。整個(gè)冷卻水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)嚴(yán)整，橫、豎協(xié)同，能夠滿足水力平衡的需要。

3.4空調(diào)節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)

該暖通空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用了樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)，并且安排布置了能耗和效率檢測(cè)儀器，能夠動(dòng)態(tài)收集和計(jì)算空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)馬上發(fā)出提醒和警示，并修正各個(gè)設(shè)備的參數(shù)和運(yùn)行值，保證運(yùn)行頻率正常，達(dá)到對(duì)能耗控制的目的。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，減輕環(huán)境污染，必須重視暖通節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，并且在應(yīng)用過(guò)程中做好經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，優(yōu)化暖通節(jié)能技術(shù)，提高暖通空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)化控制水平。

參考文獻(xiàn)

[1]常欽光.建筑暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)探析[J].建材與裝飾，2017（44）：183.

[2]李菊梅.論暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用[J].住宅與房地產(chǎn)，2016（30）：131.

作者：桑純 龐召輝 孫建軍 單位：北京宏偉超達(dá)科技股份有限公司