談樓宇暖通空調系統現狀及節能措施

摘要：對樓宇建筑暖通空調系統的能耗現狀進行詳細歸納總結后，對建筑樓宇暖通空調系統的節能降耗措施進行了詳細分析研究，尤其對太陽能空調節能技術和冰蓄冷空調節能技術兩種樓宇暖通空調系統節能新興技術的工作原理進行了詳細分析研究。

關鍵詞：樓宇建筑 暖通空調 太陽能空調系統 水源熱泵系統 節能降耗

隨著城鄉建設步伐的不斷加快，建設高層智能建筑已成為我國樓宇建筑發展主要趨勢，樓宇綜合自動化水平也在不斷提高。暖通空調系統作為提高人們生活水平的重要系統之一，在智能樓宇建筑中發揮著非常重要的作用。近年來，隨著人們生活水平的進一步提高，暖通空調的使用量大大增加，建筑暖通空調系統能耗量迅速增長，已成為建筑能耗的主要組成部分，大約占整個建筑能耗的60%左右。因此，在能源緊張節能降耗的當今社會，暖通空調系統的節能已成為建筑節能的重要組成部分，是建筑暖通空調系統工程師研究的一個重要課題[1]。

1 樓宇暖通空調系統能耗現狀

國內樓宇建筑中暖通空調系統使用普及率的不斷提高，中國已經成為繼美國、日本以后的世界第三大空調使用市場，大約占世界空調使用市場份額的12%。目前，我國絕大多數家用空調系統均是靠電力作為其主要驅動能源，據不完全統計，我國每年家用空調所消耗的電能資源大約3000萬KW裝機發電量。公共建筑中央空調系統的能耗也在不斷增長迅猛，就目前國內廣泛采用中央空調系統的公共建筑而言，由于受當時建設技術水平和綜合投資涉及理念的制約，普遍存在系統能耗較高等問題，不僅浪費較大的電能資源，同時各城市供配電發展帶來較大的電能供應壓力。由于暖通空調系統具有使用時間較為集中，季節性電能需求量大等特點，從而加重了供配電系統的峰谷電量差距矛盾，在空調負荷峰值期，電網經常出現過負荷運行工況，直接降低了供電功率因素，影響供電電能綜合質量水平；在空調負荷谷期，電網負荷需求量大大降低，使電網負荷率下降，從而降低了電能綜合使用效率，造成大量電力設施和電能資源浪費。據一些文獻資料和實際運行工作經驗表明，近幾年新建的電廠和輸配電電網其僅能滿足暖通空調系統全年1-3個月的高效經濟運轉，這樣直接降低了供配電系統電氣設備負荷綜合利用小時數。我國大約有2000多萬千瓦的供配電電力設施和供配電網是為空調系統服務的，然而其綜合利用率只有10%左右，也就是說相當于國家投入2000億巨資修建的電能供配電系統，大約有90%時間處于閑置低效工況。隨著經濟的進一步發展和人民生活水平的進一步提高，暖通空調用電量也會以一個比較高的速度了事增長。因此，采取先進的技術措施提高樓宇暖通空調系統電能綜合使用效率，達到節能降耗的目的就顯得相當有工程實際意義[2]。

2 樓宇暖通空調節能降耗技術措施

常規的樓宇暖通空調節能降耗技術有風機變頻調速控制、變風量節能控制控制、冷水變流量節能措施等，這些節能措施在實際工程中已經得到了實際應用。本文將介紹太陽能空調系統、冰蓄冷空調系統兩種樓宇暖通空調系統新興節能降耗技術[3]。

2.1 太陽能空調節能技術

太陽能空調系統是建筑暖通空調系統中的廉價清潔能源轉換系統，是以太陽能作為直接能源載體的節能環保系統。據一些文獻統計資料表明，我國廣闊的國土面積大約有70%以上具備非常良好的太陽能收集轉換性能水平，且日平均照量可以高達6.0GJ/(m2.a)，也就是說在建筑暖通空調系統設計過程中，合理結合樓宇建筑建設的實際情況，設計出滿足建筑暖通空調系統需求的完善合理太陽能空調系統。利用清潔可再生的太陽能資源，在一定程度上可以緩解我國建筑暖通空調系統能源浪費嚴重、能源緊張問題。多層居民樓宇建筑中，太陽能空調系統主要具備夏季制冷、冬季供暖、全年不間斷供應熱水等功能，其具體的邏輯工作原理如圖1所示：

從圖1可知，太陽能空調系統在夏季時，主要通過兩級式制冷機向空調用戶提供冷源；在冬季時通過太陽能集熱器通過相應管道供給熱水用戶熱源[2]。多層居民樓宇建筑太陽能空調系統在正常運行時，首先通過太陽能采集板將太陽能捕獲，然后將能源通過冷媒水、冷卻水等不同能量媒介載體，完成夏季制冷、冬季供暖等功能任務。由于太陽能空調系統是一門新興的高新技術，整個系統內部控制較為復雜，加上整套太陽能空調系統的一次性投資額度較大，市場上已有的集制冷、供熱、以及全年供應熱水的一體化智能太陽能空調系統，大多設計應用在綜合投資額度較大的公共大型建筑物中，而對于像城市多層居民樓宇建筑而言，在設計過程中大多根據工程實際情況和綜合投資水平，設計出只具備供熱功能的太陽能空調系統，其綜合制冷效果在技術和經濟性等方面均不是很優越，還需要結合多層建筑樓宇的功能特性作進一步加深研究，從而保證整個樓宇建筑太陽能空調系統具備高效的技術經濟性能水平，推動整個建筑節能高效穩定進行[4]。

2.2 冰蓄冷空調節能技術

高層樓宇建筑中廣泛采用冰蓄冷空調系統，主要是利用水-冰-水轉換變成中伴隨著熱量遷移的功能特性，盡可能利用夜間電力負荷低谷區的廉價電能資源，讓制冷機在最優工況條件下運轉制冰，將樓宇制冷空調系統所需全部或部分冷源以潛熱形式儲存于固態或結晶狀冰體中，這樣當空調系統出現過負荷工況時，冰就會自動吸收相應熱量融化，以低溫能量水提供空調系統運轉所需的冷源，從而實現將低谷電能資源向高峰電能資源轉換的目的，達到電能能源的充分利用，提高空調制冷設備的綜合利用率[5]。冰蓄冷空調電氣節能技術主要包括以下優點：①有利于電網峰谷電力負荷調節，減緩電廠和供配電設施的供電壓力；②利用冰蓄能技術，在空調過負荷期間，將冷量水提供給制冷主機，從而減少了制冷主機容量，同時減少空調系統相應的配套系統增容費用，減少了空調系統綜合投資；③將低谷期的電能資源有效儲存起來，利用電網峰谷荷電價差額，降低空調系統在高峰期的電能消耗，減少了高層樓宇建筑的空調運行費用；④冷凍水溫度可以降到1-4℃，從而實現了高層樓宇大溫差、低溫送風空調系統的構造，同時節省了水、風輸送系統的綜合投資和系統能耗；⑤冰蓄冷空調相對濕度較低，空調制冷品質得到有效提高，可有效防止常規中央空調綜合癥，增強空調系統的人性化服務水平；⑥冰蓄冷空調系統為高層樓宇空調系統提供了一個應急冷源，從而提高了空調系統的運行可靠性；⑦冰蓄冷空調冷量全年均按一對一配置，系統電能資源綜合利用率較高，節約空調系統綜合能耗經濟效益十分明顯。

冰蓄冷空調節能技術是高層樓宇建筑削峰填谷、緩解供配電系統電能供應壓力和新增用電點矛盾的有效解決節能降耗解決途徑，在建筑節能領域具有非常廣泛的應用前景，有效推動著建筑節能工作的順利開展。

3 結束語

太陽能空調節能技術和冰蓄冷空調節能技術是樓宇暖通空調系統節能的兩種新興技術方法，其節能效果十分明顯，降低樓宇建筑的綜合能耗，達到緩解電能供應不足的壓力，在高層樓宇建筑暖通空調系統中具有非常強大的應用前景。

參考文獻：

[1]李崢嶸，彭姣.上海市公共建筑能耗與運行管理現狀調查[J].暖通空調，2005，35(5)：134-136.

[2]杜金城.電氣變頻調速設計技術[M].北京:中國電力出版社，2001.

[3]譚素梅.太陽能熱利用系統的自適應模糊控制[D].東南大學，2006.

[4]何梓年.太陽能熱利用[M].安徽：中國科學技術大學出版社，2009．

[5]中華人民共和國建設部科學技術司.《智能與綠色建筑文集》編委會.智能與綠色建筑文集（3-5集）[M].北京：中國建筑工業出版社，2007-2009.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文