浅谈暖通空调节能新技术优点及存在问题

浅谈暖通空调节能新技术优点及存在问题

康红林

北京市第三建筑工程有限公司 北京市 100044

摘要：随着国民经济稳步增长，能耗问题也日益突出。建筑能耗占的比重越来越大。暖通空调的节能对建筑节能有着非凡的意义。本文对暖通空调新技术的应用及优缺点作了简单的论述，分别介绍了冰蓄冷技术，地源热泵技术，变风量空调系统的基本特点。

关键词：建筑节能；蓄能空调；地源热泵；变风量空调系统

0.引言

建筑能耗占总能耗的比例日益增长，随着城市建设的高速发展，我国的建筑能耗逐年大幅度上升，已达全社会能源消耗量的32%，加上每年房屋建筑材料生产能耗约1 3%，建筑总能耗已达全国能源总消耗量的45%。我国现有建筑面积为400亿㎡，绝大部分为高能耗建筑，且每年新建建筑近20亿㎡，其中95%以上仍是高能耗建筑。庞大的建筑能耗，已经成为国民经济的巨大负担，为满足人们在生产生活中的需求又能最大限度的节能，除了传统空调技术外，一些暖通空调新技术如蓄能空调、地源热泵、变风量技术、多联机系统等也将得到广泛的应用^[1]。

1.冰蓄冷技术

冰蓄冷技术是蓄能空调的一种，主要指在用电低谷时用电制冰并暂时将冷量蓄存在蓄冰装置中, 在需要时( 用电高峰) 把冷量释放出来，以满足建筑空调使用 的需求。由此可以实现对电网的“移峰填谷”, 有利于降低发电装机容量, 维持电网的安全高效运行。

1.1 冰蓄冷的优点

它的优点是：平衡电网峰谷负荷，降低发电装机容量, 维持电网的安全高效运行对国家而言，是节能的；能使制冷主机的装机容量减少，冰蓄冷空调系统按运行策略可分为两类，一类是全部蓄冷模式，另一类是部分蓄冷模式。不论哪种运行方式，蓄冰装置总是要承担一部分冷负荷的，我们所说的减少了制冷主机的装机容量，实质上就是蓄冰装置承担了制冷机组本应该要承担的一部分负荷，这部分负荷值的大小也就是蓄冰装置的蓄冷量大小；能较好的缓解空调用电与城市用电供应能力的矛盾；利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用；冷冻水温度可降到1-4℃，实现大温差、低温送风空调，使空调风处理及运输处于一个低温环境，可抑制细菌病菌繁殖，空调品质提高。

1.2 冰蓄冷存在的问题

其缺点是：系统复杂、庞大，除通用的空调制冷系统设备外，还设有一整套冰蓄冷设备，包括蓄冷槽，乙二醇溶液泵、制冰泵、蓄冷介质（如冰球等）、热交换器等设施；一次性投资费用比常规空调大；蓄能装置要占用一定的建筑空间；维护困难，对操作人员素质要求高。由于系统复杂，同时控制困难，维护工作量成倍增加，而且对人员的素质要求非常高；调控困难，其放冷速度开始时较快，到后面放冷速度越来越慢，最后有相当一部分剩余的冷量无法使用。

2.地源热泵

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，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。以此为冷热源，加之水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。该系统不仅运行效率高而且节能节费效果显著，是国内地热能利用的一个新发展方向。

2.1 地源热泵系统优点

一年四季，相对稳定的地表浅层地热资源，冬暖夏凉为地源热泵提供很好的系统运行冷热源。地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。地源热泵技术属于可再生能源技术，这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

以地表水为冷热源，向其放出和吸收热量，不仅不会消耗水资源还不造成污染，在使用建造使用过程中与传统的空调系统相比无冷却塔，储油房等设施，大大的节约了建筑空间，还提供了建筑的美观。地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、购物商场、家电电脑办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。由于地源热泵机械部件少，所有部件不是埋在地下就是在室内，环境及人为损坏的概率大大降低，使得地源热泵的运行维护费用大大降低。

2.2 地源热泵系统存在问题

一次性造价高，与传统空调系统相比，虽然地源热泵系统工作效率高，运行维护费用低但是其一次性造价要高于传统空调系统30%左右；地源热泵中央空调的使用受到场地限制，热交换是在地下进行的，必须具备足够的场地才能满足能量交换；设计难度大，目前还没有一个统一、简便的计算方法。地下埋管换热是一种非常复杂的不稳态传热现象，地下埋管的安装几何特性、地下土壤特性、回填材料特性都对地下埋管的热量交换起着重要的影响；维修难度大。虽然地源热泵理论上后期基本不会出现维修的情况，但由于设计和施工难度较大加上施工人员素质问题，一旦出现问题需要维修，代价十分巨大；施工工艺有待完善。在我国地源热泵技术尚未发展成熟，相关的一系列施工工具、工艺、人员水平都有待发展。

3.变风量空调系统

3.1 变风量系统与定风量的比较

 变风量空调系统是通过改变送风量来调节室内温湿度的空调系统，是一种全空气系统。变风量系统可以同时满足室内的空气品质，又达到节能的目的。变风量空调系统区别于其它空调形式的优势有: 节能、无冷凝水烦恼、系统灵活性好、系统噪声低、不会发生过冷或过热、提高楼宇智能化程度、维修工作量小、使用寿命长等。集中式空调定风量系统存在着诸多缺陷，它是按照最大热湿负荷确定送风量的，送风量全年不变，当室内负荷减少时，调节再热量，提高送风温度维持室温，浪费热量或冷量。

3.2 变风量空调系统应用现状与问题

虽然变风量空调系统具有诸多优点,但是它的控制却最复杂。目前,VAV空调系统的控制方式基本上采用多个回路的PID控制。在系统模型参数变化不大的情况下,PID 控制效果良好。但是,VAV空调系统是一个干扰大的、高度非线性的、不确定性系统。VAV 系统是通过改变送入室内的送风量来实现对室内温度调节的空调系统,因此风量控制是VAV系统控制的关键环节,它关系着整个系统的能耗情况和系统的稳定性和可靠性。目前总送风量的控制方法主要有两种:静压控制法和风量控制法。 

VAV 空调系统真正进入国内的时间较晚, 技术相对复杂, 控制环节多, 尤其是对系统和设备的控制要求较高, 使得VAV 系统的节能性没有充分体现出来, 此外, 系统还存在无法达到调节要求、运行不稳定等问题, 这也大大限制了VA V 系统在国内的推广和应用。

4.结束语

暖通空调与我们每个人的生活息息相关，不仅关系到千家万户的冷暖，而且在经济社会的发展中扮演着重要角色，是建筑节能的重头戏。本人从事多年的暖通空调施工及系统后期维护工作，深感工程设计是影响暖通空调工程质量最重要的一个环节, 暖通空调设计方案直接关系到系统性能特性、能耗、投资和运行费用。我们的暖通设计工作往往重视功能，忽略节能及系统的合理性，对节能的考虑仅限于满足设计规范、标准提出的限定性要求。建议在暖通空调设计过程中，突破传统思维，将使用功能、节能、运行维护、投资运营做综合考虑，必要时植入新的系统理念，从而提高暖通空调系统的建筑节能水平。

参考文献

[1] 伍小亭.暖通空调系统节能设计思考[ J].暖通空调,2012,42(7):1-11

[2] 徐伟等. 日本热泵蓄能技术的发展现状与趋势[ J].暖通空调,2008,38( 1):24-30

[3] 徐伟, 刘志坚等.中国地源热泵技术发展与展望[ J].暖通空调,2013，29（10）: 26-33

[4] 马素贞，刘传聚. 变风量空调系统发展状况[ J].暖通空调, 2007, 37( 1) : 33-36