暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)與綠色建筑

【摘要】暖通空調(diào)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步正在逐步滿足人們親近自然，擁有舒適、健康建筑的需求。隨著人類(lèi)對(duì)生存環(huán)境不斷的認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)，及時(shí)把新技術(shù)，新材料應(yīng)用于現(xiàn)代建筑中，使我們的建筑成為真正意義上的“節(jié)能建筑”和“綠色建筑”已迫在眉睫!

【關(guān)鍵詞】暖通空調(diào)技術(shù)；綠色建筑

建筑業(yè)是個(gè)耗能大戶，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全能量的50%消耗于建筑，而暖通空調(diào)所占的建筑能中的30%～50%，并且隨著人們對(duì)于生活質(zhì)量要求的提高而逐年的增加。在各種各樣金融危機(jī)能源危機(jī)的影響下，人們以減低新風(fēng)量，減小空調(diào)運(yùn)行功率，降低循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)量等等措施來(lái)降低建筑的能耗。隨著建筑業(yè)的發(fā)展，人們的認(rèn)識(shí)水平不斷提高，暖通設(shè)計(jì)師們逐漸明白，要把節(jié)能和保護(hù)環(huán)境有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)。因此，以最少的能耗，創(chuàng)造健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境，并保護(hù)大氣環(huán)境，這也正是綠色建筑對(duì)暖通專(zhuān)業(yè)的要求。

一、暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)之蓄能空調(diào)

蓄能空調(diào)技術(shù)是一種最有效地獲取分時(shí)電價(jià)差效益、節(jié)省電制冷或電制熱運(yùn)行電費(fèi)的技術(shù)。在國(guó)外已經(jīng)是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)正在大面積推廣應(yīng)用。在用戶擴(kuò)容改造或新裝制冷中央空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，按蓄能方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)，由于在空調(diào)負(fù)荷高峰時(shí)，可以使用預(yù)先儲(chǔ)存的冷量來(lái)供冷，因此不必象常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)那樣按高峰負(fù)荷配備主機(jī)設(shè)備，而是按全天的平均負(fù)荷來(lái)配備空調(diào)主機(jī)設(shè)備，系統(tǒng)裝機(jī)容量可減少達(dá)30～50%。從而使得按蓄能方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)比按常規(guī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)節(jié)約投資費(fèi)用。

1．冰蓄冷

空調(diào)冰蓄冷技術(shù)，即是在電力負(fù)荷很低的夜間用電低谷期，采用電動(dòng)制冷機(jī)制冷，使蓄冷介質(zhì)結(jié)成冰，利用蓄冷介質(zhì)的顯熱及潛熱特性，將冷量?jī)?chǔ)存起來(lái)。在電力負(fù)荷較高的白天，也就是用電高峰期，使蓄冷介質(zhì)融冰，把儲(chǔ)存的冷量釋放出來(lái)，以滿足建筑物空調(diào)或生產(chǎn)工藝的需要。冰蓄冷有以下主要特點(diǎn)：

電力移峰填谷--均衡電力負(fù)荷，加強(qiáng)電網(wǎng)負(fù)荷的管理。由于轉(zhuǎn)移了制冷機(jī)組用電時(shí)間，起到轉(zhuǎn)移電力高峰期用電負(fù)荷的作用。制冷機(jī)組在夜間電力低谷時(shí)段運(yùn)行，儲(chǔ)存冷量，白天用電高峰時(shí)段，用儲(chǔ)存的冷量來(lái)供應(yīng)全部或部分空調(diào)負(fù)荷，少開(kāi)或不開(kāi)制冷機(jī)。對(duì)城市電網(wǎng)具有明顯的“移峰填谷”的作用，社會(huì)效益顯著。

享受峰谷電價(jià)--由于電力部門(mén)實(shí)行峰、谷分時(shí)電價(jià)政策，所以冰蓄冷中央空調(diào)合理利用谷段低價(jià)電力，與常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)相比，運(yùn)行費(fèi)用大大降低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。且分時(shí)電價(jià)差值愈大，得益愈多。

降低電力設(shè)施投資--由于冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)具有儲(chǔ)存冷量的能力，故制冷機(jī)組無(wú)需按照峰值負(fù)荷進(jìn)行選型，制冷主機(jī)容量和裝設(shè)功率大大小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)。一般可減少30％～50％。電力高壓側(cè)和低壓側(cè)設(shè)施容量減少，降低電力建設(shè)費(fèi)用。

充分使用設(shè)備--冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)制冷設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行的比例增大，從而提高了制冷設(shè)備COP值和制冷機(jī)組的經(jīng)常運(yùn)行效率，制冷機(jī)組工作狀態(tài)穩(wěn)定，提高了設(shè)備利用率并延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命。

投資比較：冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的一次性投資比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)略高（僅機(jī)房部分，末端設(shè)備與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相同）。但如果計(jì)入配電設(shè)施的建設(shè)費(fèi)等，有可能投資相當(dāng)或增加不多，甚至可能投資降低。

效率比較：夜間冷水機(jī)組制冰工況運(yùn)行時(shí)，由于氣溫下降帶來(lái)的得益可以補(bǔ)償由蒸發(fā)溫度下降所帶來(lái)的效率的損失。

2．水蓄冷

水蓄冷是利用3-7°C的低溫水進(jìn)行蓄冷，可直接與常規(guī)系統(tǒng)區(qū)配，無(wú)需其它專(zhuān)門(mén)設(shè)備。

其優(yōu)點(diǎn)是：投資省，維修費(fèi)用少，管理比較簡(jiǎn)單。但由于水的蓄能密度低，只能儲(chǔ)存水的顯熱，故蓄水槽上地面積大。如若利用高層建筑內(nèi)的消防水池，在確定制冷機(jī)容量與蓄冷槽的容量時(shí)，可根據(jù)消防水池的容量來(lái)計(jì)算出蓄冷量，然后根據(jù)剩余負(fù)荷量來(lái)確定制冷機(jī)組的制冷量。最后校核一下冷水機(jī)組能否滿足夜間蓄冷的需要。

3．蓄熱空調(diào)

所謂蓄熱空調(diào)，是指在不需裝備鍋爐的條件下，利用深夜電力，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，使水充分吸熱。然后將熱水存儲(chǔ)在一個(gè)保溫的容器之中，在調(diào)荷避峰的情況下，雖然把大負(fù)荷的用電設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，也能有熱水自保溫的容器中不斷地在中央空調(diào)的變風(fēng)量或風(fēng)機(jī)盤(pán)管等管道中循環(huán)，繼續(xù)維持空調(diào)取暖，使室內(nèi)仍保持在舒適的環(huán)境中。從多年實(shí)踐證明，通常所指的蓄熱空調(diào)，不是指在用電高峰時(shí)完全不準(zhǔn)用電，而是要把用電負(fù)荷的峰值削平，維持電網(wǎng)的正常運(yùn)行，因此，在這個(gè)設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，可在當(dāng)用電高峰時(shí)，中央空調(diào)采用蓄熱裝置后，可減少三分之一或一半左右的負(fù)荷，所以蓄熱空調(diào)也得到電力部門(mén)和用戶的認(rèn)可和歡迎。

二、地源熱泵

地源熱泵是利用地球表面淺層水源（如地下水、河流和湖泊）和土壤源中吸收的太陽(yáng)能和地?zé)崮埽⒉捎脽岜迷?，既可供熱又可制冷的高效?jié)能空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)，不消耗水也不污染水，不需要鍋爐，不需要冷卻塔，也不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，環(huán)保效益顯著。地源熱泵機(jī)組的電力消耗，與空氣源熱泵相比也可以減少40%以上；與電供暖相比可以減少70%以上，它的制熱系統(tǒng)比燃?xì)忮仩t的效率平均提高近50%，比燃?xì)忮仩t的效率高出了75%。地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)制冷，還可提供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)，特別是對(duì)于同時(shí)有供熱和供冷要求的建筑物。地源熱泵有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。不僅節(jié)省了大量的能量，而且用一套設(shè)備可以同時(shí)滿足供熱、供冷、供生活用水的要求，減少了設(shè)備的初投資，地源熱泵可應(yīng)用于賓館、居住小區(qū)、公寓、廠房、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑，小型的地源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。

三、變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)

變風(fēng)量空調(diào)是指，在送風(fēng)溫度不變的條件下，通過(guò)改變風(fēng)量的辦法來(lái)適應(yīng)負(fù)荷變化。而風(fēng)量的變化是通過(guò)專(zhuān)用的變風(fēng)量末端裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。變風(fēng)量技術(shù)的基本原理很簡(jiǎn)單，就是通過(guò)改變送入房間的風(fēng)量來(lái)滿足室內(nèi)變化的負(fù)荷。由于空調(diào)系統(tǒng)大部分時(shí)間在部分負(fù)荷下運(yùn)行，所以，風(fēng)量的減少帶來(lái)了風(fēng)機(jī)能耗的降低。在同一空調(diào)系統(tǒng)中，各空調(diào)區(qū)域內(nèi)設(shè)置變風(fēng)量末端送風(fēng)裝置，可以根據(jù)區(qū)域需求，調(diào)節(jié)所需風(fēng)量，滿足不同溫度控制需要，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

四、暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

綠色建筑就是充分利用可再生的材料和能源，親和自然，盡量不破壞環(huán)境和文化傳統(tǒng)，保護(hù)居住者的健康，充分體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理念。綠色建筑對(duì)室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)給予特別的重視。室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)包括聲、光、熱等諸多環(huán)境物理因素以及室內(nèi)空氣品質(zhì)中的諸多物理、化學(xué)因素。綠色建筑的室內(nèi)環(huán)境應(yīng)與地球生物圈的生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)、融合。“以人為本”的室內(nèi)環(huán)境首先要滿足人的生物特性，即節(jié)能和環(huán)保并不是以影響居住者的健康和降低居住者的工作效率為代價(jià)。因此，綠色建筑是資源和能源的有效利用、保護(hù)環(huán)境、親和自然、舒適、健康、安全的建筑。

在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，人們已經(jīng)能夠從制冷方式和空調(diào)方式出發(fā)采取許多降低能耗和提高能源利用效率的措施，然而綠色建筑對(duì)暖通空調(diào)提出了更高的要求，強(qiáng)調(diào)了對(duì)可再生能源的利用。如何平衡能耗和室內(nèi)空氣品質(zhì)之間的關(guān)系，也是在綠色建筑的設(shè)計(jì)中需要著重考慮的問(wèn)題。

當(dāng)今的建筑由于其規(guī)模和內(nèi)部使用情況的復(fù)雜性，在多數(shù)氣候區(qū)不可能完全靠主動(dòng)式方法保持良好的室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)。因此，要采用機(jī)械和電氣的手法，在節(jié)能和提高能效的前提下，按“以人為本”的原則，改善室內(nèi)生態(tài)環(huán)境。在既要節(jié)能，又要保證室內(nèi)環(huán)境空氣品質(zhì)的前提下，風(fēng)量可調(diào)的置換式送風(fēng)系統(tǒng)、冷輻射吊頂系統(tǒng)、結(jié)合冰蓄冷的低溫送風(fēng)系統(tǒng)以及去濕空調(diào)系統(tǒng)在當(dāng)今國(guó)外綠色辦公建筑中已成為流行的空調(diào)方案。

1．置換式送風(fēng)系統(tǒng)

置換式送風(fēng)系統(tǒng)主要有以下幾種形式(a) 背景空調(diào)與個(gè)人空調(diào)相結(jié)合的下送風(fēng)或桌面送風(fēng)；(b) 用作全場(chǎng)空調(diào)的地板送風(fēng)； (c) 置換式頂送頂回系統(tǒng)。

2．冷輻射吊頂系統(tǒng)：今天的辦公建筑中主要內(nèi)熱源是設(shè)備、照明形成的顯熱，而其中輻射成分又占了50 %以上。因此，用輻射形式供冷可以平衡掉這部分熱量。實(shí)驗(yàn)證明，輻射形式供冷可以提高人體舒適性。

3．結(jié)合冰蓄冷的低溫送風(fēng)系統(tǒng)：蓄冷低溫送風(fēng)系統(tǒng)目前已在空調(diào)設(shè)計(jì)中被廣泛采用。該系統(tǒng)雖然起不到節(jié)能的作用，但卻能平衡市區(qū)用電負(fù)荷，提高發(fā)電效率，對(duì)環(huán)境負(fù)荷的降低是有利的。

4．蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)：蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)是一種綠色仿生空調(diào)技術(shù)，包括直接蒸發(fā)冷卻和間接蒸發(fā)冷卻。它采用水作為制冷劑，對(duì)環(huán)境無(wú)污染；另外，蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)制冷不需消耗壓縮功，因此，是一種節(jié)能環(huán)保型綠色空調(diào)產(chǎn)品。

5．去濕空調(diào)系統(tǒng)：去濕空調(diào)的原理很簡(jiǎn)單，室外新風(fēng)先經(jīng)過(guò)去濕轉(zhuǎn)輪，由其中的固體去濕劑進(jìn)行去濕處理，然后經(jīng)過(guò)第二個(gè)轉(zhuǎn)輪(熱回收轉(zhuǎn)輪)，與室內(nèi)排風(fēng)進(jìn)行全熱或顯熱交換，回收排風(fēng)能量。經(jīng)過(guò)去濕降溫的新風(fēng)再與回風(fēng)混合，經(jīng)表冷器處理（此時(shí)表冷器處理基本上已是干冷過(guò)程） 后送入室內(nèi)。去濕空調(diào)之所以在綠色建筑中得到廣泛應(yīng)用，是因?yàn)? (1) 為保證室內(nèi)空氣品質(zhì)，綠色建筑對(duì)室內(nèi)濕度控制的要求提高； (2) 為保證室內(nèi)空氣品質(zhì)，綠色建筑對(duì)新風(fēng)需求量增加； (3) 固體去濕劑的再生，可以采用熱電聯(lián)產(chǎn)的余熱、太陽(yáng)能或天然氣等可再生能源或清潔能源； (4) 綠色建筑室內(nèi)相對(duì)濕度一般要求控制在60 %以下，以防止霉菌的孳生。

6．地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)：地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是利用土壤，地下水或江河湖水作為冷熱源的一種高效的空調(diào)方式。土壤是一種很適宜的熱源，其溫度適宜、穩(wěn)定，蓄熱性能好且到處都有。原狀土在地下約10米深處溫度幾乎沒(méi)有季節(jié)性波動(dòng)，一般比全年空氣平均溫度高1～2 ℃。地源熱泵全年運(yùn)行工況穩(wěn)定，不需要其他輔助熱源及冷卻設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)冬季供熱夏季供冷。對(duì)于采用深井回灌方式的水源熱泵，由于地下水抽出后經(jīng)過(guò)換熱器回灌至地下，屬全封閉方式，因此不使用任何水資源也不會(huì)污染地下水源。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，暖通空調(diào)能耗日益增加，分析探討暖通空調(diào)節(jié)能問(wèn)題，并在實(shí)際應(yīng)用中得以實(shí)施應(yīng)用，在能源緊張的中國(guó)具有重要的意義。暖通空調(diào)作為耗能較大的行業(yè)，在節(jié)能環(huán)保的大背景下，低碳環(huán)保的生活方式對(duì)暖通空調(diào)市場(chǎng)影響深遠(yuǎn)。隨著暖通空調(diào)行業(yè)不斷發(fā)展，產(chǎn)品布局正在悄然發(fā)生變化。低碳節(jié)能已經(jīng)成為暖通空調(diào)產(chǎn)品的基本訴求。暖通空調(diào)企業(yè)不斷運(yùn)用先進(jìn)的科技，提高空調(diào)產(chǎn)品的能效等級(jí)，開(kāi)發(fā)能源替代和再生能源利用，研制新制冷劑等。

在提倡創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)的今天，建筑節(jié)能問(wèn)題不可忽視。各種節(jié)能技術(shù)、節(jié)能設(shè)備有機(jī)的結(jié)合和應(yīng)用使本建筑成為舒適度高、能耗低的新型建筑。放眼未來(lái)，建筑節(jié)能將越來(lái)越受到國(guó)家各部門(mén)的重視。暖通空調(diào)系統(tǒng)作為辦公樓、住宅的耗能大戶，對(duì)整個(gè)建筑物的能耗有著直接的影響。因此，暖通空調(diào)節(jié)能新技術(shù)的發(fā)展必將受到多方關(guān)注。

綠色建筑的興起為暖通空調(diào)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇，同時(shí)，暖通空調(diào)節(jié)能新技術(shù)的不斷發(fā)展，又推動(dòng)了現(xiàn)代建筑的可持續(xù)發(fā)展，為現(xiàn)代建筑的發(fā)展注入了更多的生機(jī)和活力！