我國公共建筑空調系統的現狀與發展趨勢

摘要：在分析我國的氣候分布、實際國情及未來節能減排面臨的任務的基礎上，對我國公共建筑空調系統的現狀進行分析，并對其發展趨勢進行預測，指出綠色空調將是我國今后建筑空調發展的主要方向之一。

關鍵詞：公共建筑；空調系統；節能減排；綠色空調

1 引言

進入21世紀以來，我國城鎮化進程步伐不斷加快，城市建筑如雨后春筍般拔地而起，加之我國地處溫帶季風氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，公共建筑空調在城市中的使用規模越來越大、使用頻率越來越高、使用時間也越來越長，空調能耗在公共建筑能耗中的比重也越來越大。

據統計，我國歷年建筑能耗在總能耗中的比例平均為19.8％，在我國大中城市，夏季空調、冬季采暖與供熱所消耗的能量占建筑物總能耗的40％-50％。特別是冬季的燃煤鍋爐、燃油鍋爐的大量使用，給大氣環境造成了極大的污染，隨著到2020年我國單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45％目標的提出，未來我國節能減排的任務日趨繁重。顯然，建筑物污染控制和節能是我國節能減排的優先領域，而能耗比重較大的公共建筑空調問題更是重中之重。

2 我國建筑空調系統的現狀

(1)壓縮式水冷冷水機組

壓縮式水冷冷水機組+鍋爐這種形式在我國公共建筑項目中應用比較普遍，曾經在較長時間里占主導地位。壓縮式水冷機組一般采用離心式冷水機組或螺桿式冷水機組，通常是離心式機組和螺桿機組混合使用。活塞式的冷水機組由于能效比低下，在目前的公共建筑項目中已經極少采用。20世紀80年代到90年代后期主要采用燃油鍋爐，主要燃料為輕油，在20世紀90年代末到本世紀初前幾年，燃氣鍋爐逐漸取代燃油鍋爐，特別是西氣東輸線路貫通后。壓縮式水冷冷水機組+市政蒸汽這種形式主要應用在離市政蒸汽供應點比較近的地方。熱源利用接入的市政蒸汽，采用板式熱交換器置換成熱水，供冬季的空調采暖。

(2)溴化鋰吸收式冷熱水機組

溴化鋰吸收式冷水機組作為節電、節能，無污染大氣環境的空調冷熱源已被廣泛應用。溴化鋰吸收式冷水機組按其所用熱源分為熱水型、蒸汽型、直燃型三種。蒸汽雙效溴冷機組由于熱力系數高，可利用0.25-0.60MPa的低位熱源，設計制造經驗成熟，運行安全可靠而受到廣大用戶的青睞。但對于建在城市繁華地區的大型、高層商業民用建筑，如采用蒸汽型溴冷機組會受到配建鍋爐房而引發的安全、占地、煙塵、噪聲等一系列問題的限制，而用一般電驅動的冷水機組，不僅受到電力增容的限制，而且仍需要配備燃油鍋爐提供熱水，在城市熱網并不普及，且電力供應十分緊張的我國，利用直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組則是十分有效的舉措。

這類形式主要在一些賓館飯店及綜合性的大樓中應用較多，在區域的公建中占有一定的份額，其中以直燃機為主，夏季同時提供供冷和生活熱水，冬季提供采暖和生活熱水，最近幾年逐年采用燃氣為燃料。在一些靠近市政蒸汽供應點的地方，也采用蒸汽吸收式溴化鋰冷水機組夏季供冷，冬季直接用市政蒸汽經換熱后采暖。

(3)變頻多聯空調系統

變頻多聯空調系統是以變制冷劑流量為特征，以一臺或多臺室外機連接多臺室內機的直接膨脹式制冷空調系統。變頻多聯空調系統相對于定頻系統具有明顯的節能、舒適效果，系統可以依據室內負荷的大小，使壓縮機在不同的轉速下連續運行，改變制冷劑流量的同時減少了壓縮機由于頻繁起停造成的不可逆損失。

該種空調系統最近幾年才逐漸嶄露頭角，目前已經在新建或在建的公建中占有較大的比例。多聯式空調機組由一臺或多臺室外機與多臺室內機組成，依靠制冷劑流動進行能量轉換與輸送，它是由制冷劑管路將制冷壓縮機、室內外換熱器、節流裝置和其他輔助部件連接而成的閉式管網系統，能在夏季供冷，冬季供熱。其室外機、室內機布置靈活，節省安裝空間，可以單獨開啟，利用率高，便于調節，舒適性和節能性較好。這種空調起初主要用在一些建筑物的局部，作為空調補充使用，但隨著以分割租售為主要形式的一些樓宇的出現，特別是房地產開發項目，越來越多地整體采用這種空調形式。

(4)地源熱泵空調系統

地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源(也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等)的既可供熱又可制冷的高效節能空調系統。地源熱泵系統由地下循環環路、熱泵工作環路和室內環路等三部分組成，埋入地下的U型管一進一回形成環路與大地進行換熱。在制冷工況時，空調房間的冷負荷與壓縮機的功所轉化的熱量被排入大地，室外埋管換熱器與換熱器(冷凝器)之間通過管道連接成一個封閉的回路，在循環水泵的作用下，水在回路中往復循環，換熱器(冷凝器)吸收制冷劑的熱量，通過室外埋管換熱器傳入大地；在供熱工況時，從壓縮機出來的制冷劑經四通換向閥換向，此時換熱器轉換成為熱泵機組的蒸發器，循環水流經室外埋管換熱器時吸收大地中的熱量，在換熱器(蒸發器)中釋放給制冷劑；在室內側，同樣既可以通過水的循環進行熱量傳遞，也可以使制冷劑直接流經換熱器與空氣進行熱交換。地源熱泵是一項非常成熟、完全商業化的技術，起源于上世紀20年代的歐洲，是一種利用地下淺層地熱資源作為冷熱源的空調系統，具有顯著節能、舒適環保、零空氣污染等優點，此種空調系統主要在別墅及排屋中使用。

(5)空氣源熱泵空調系統

空氣源熱泵是由壓縮機、換熱器、節流器、吸熱器、壓縮機等裝置構成了一個循環系統。冷媒在壓縮機的作用下在系統內循環流動，在壓縮機內完成氣態的升壓升溫過程，然后進入換熱器后釋放出高溫熱量加熱水，同時自己被冷卻并轉化為流液態，當它運行到吸熱器后，液態迅速吸熱蒸發再次轉化為氣態，同時溫度下降至零下20℃-30℃，這時吸熱器周邊的空氣就會源源不斷地將低溫熱量傳遞給冷媒。冷媒不斷地循環就實現了空氣中的低溫熱量轉變為高溫熱量并加熱冷水過程。空氣源熱泵是以空氣中熱量為能源，只要空氣中有足夠的熱量，它就能吸收能量而產生熱水。而且空氣一水熱泵機組由于冬季以空氣為吸熱源而夏季又以空氣為排熱源，室內以水為冷熱媒體，供應末端裝置，實現制冷和供暖，因而使用方便，安裝工作量小，運行維修、保養十分方便，對周圍環境的污染，包括空氣的污染、噪聲污染以及向環境漂水等現象均較小。因此空氣源熱泵的使用是替代傳統的制冷機+鍋爐的建筑物空調、采暖、供熱模式，是改善城市大氣環境、節約能源的一條有效途徑。因此，空氣源熱泵空調系統有比較廣闊的發展空間。

(6)蓄冷蓄熱空調

為了充分合理利用電能，上世紀90年代，我國部分城市推出了峰谷用電政策，隨之利用峰谷電的蓄冷蓄熱空調系統應運而生。蓄冷空調是利用晝夜峰谷負荷的差值進行夜間蓄冷(冷水或冰)白天放冷調節平衡電網負荷的一種空調系統。蓄熱空調是采用蓄熱型電熱水鍋爐，利用晝夜峰谷負荷的差值進行夜間蓄熱白天放熱調節平衡電網負荷的一種空調系統。

由于當時政府的鼓勵政策，蓄冷蓄熱空調系統發展較快，在90年代初期建設的公建項目中有不少采用了這樣形式。進入2000年后，電力的供應日益緊張，在空調全面使用的夏季和冬季，很多城市幾乎不存在用電高峰和低谷，移峰填谷難以實行，因此，蓄冷蓄熱空調的應用推廣遇到一定阻力，采用的建筑項目有所減少。目前，蓄冷蓄熱系統在我國應用的不是很廣泛，其主要原因是初投資高于常規的空調系統，整個系統從設計、施工、設備選型以及建成的管理都必須先進、可靠，而且還必須有供電部門的優惠政策，才能達到預期的效果。

3 我國建筑空調系統的發展趨勢

(1)由于壓縮式水冷冷水機組的能效比(COP)值較高、制冷可靠性好，以壓縮式水冷冷水機組作為冷源將在較長時期內仍然成為常用形式。與之相配套，將在冬季采用鍋爐作為采暖熱源，并將主要采用天然氣作為燃料為主。但是，由于在夏季，水冷冷水機組對電力的依賴性很大，而當前及今后較長時間內，區域的夏季電力缺口仍較大；在冬季，雖然鍋爐對電力依賴度很小，但其熱效率較低，“省電不節能”；加之其它各種形式的空調方式不斷發展，應用壓縮式水冷冷水機組+鍋爐組合方式的建筑項目所占的比例會逐漸減少。

(2)壓縮式水冷冷水機組+市政蒸汽的空調組合方式與上面的組合相似，只是冬季采暖使用了市政蒸汽。從節能上來說，這種方式當然要遠優于采用鍋爐來采暖的空調系統，但其主要應用于我國北方大中城市，我國的市政供熱系統只是存在于局部城市、局部區域，目前還不具有普遍性。當然，在部分城市啟動的集中供熱區域，將逐漸出現利用市政蒸汽替代鍋爐在冬季提供空調采暖。

(3)由于我國當前及今后相當長的時間里，冬夏兩季的電力缺口都很大，為緩解電力緊張的局面，部分城市提倡使用燃氣作為空調能源，并出臺了一些優惠政策，因此在今后一段時期里，以燃氣為燃料的直燃溴化鋰吸收式冷熱水機組將有所增加。在一些有市政蒸汽供應點的區域，將會采用蒸汽式溴化鋰吸收式冷水機組。但由于溴化鋰吸收式冷熱水機組存在“省電不節能”，加之燃氣為非清潔能源和不可再生資源，其價格較之電力不夠穩定，受市場供應波動較大，因此溴化鋰吸收式冷熱水機組的發展也有一定限制，無法成為占主導地位的冷熱源方式。

(4)隨著風冷熱泵型空調機組的技術日益成熟，COP值不斷增高，加之我國的氣象條件能充分滿足其在夏季和冬季的運行需求，并且該系統管路簡單、占用有效建筑面積小等特點，采用風冷熱泵型空調機組作為空調冷熱源方式會有較快增長。但由于該種形式的空調在夏冬兩季對電力的依賴較大，且效率較水冷機組低，因此其推廣應用也有所受限。

(5)隨著公建地產建設的快速發展，特別在我國大中城市，以及東部沿海等地區，辦公和商業地產的大量建設，以單元性租售形式的公共建筑越來越多，采用VRV變頻多聯空調系統會進入高速增長期。

(6)為緩解我國能源緊張的局面，以新興能源和節能型空調系統將快速發展，隨著其制冷技術的不斷發展，總量將不斷增加。未來幾年，地源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵在我國的應用會逐漸增長。

4 結論

未來一段時間內，隨著我國節能減排任務的日趨繁重，綠色建筑和低碳建筑將會受到社會各界的廣泛關注和高度重視。隨之而來的公共建筑空調系統將發生革命性變化，除建筑空調自身技術的不斷創新和突破，智能控制技術將在建筑空調中廣泛應用，以此降低建筑空調負荷和空調系統設備的耗電量，提高建筑空調系統的能源利用效率變得越來越重要，此外，使用清潔能源的綠色空調研發與應用將提上重要的議事日程。

參考文獻

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