暖通空調系統中節能技術的運用探究

劉澤宇

（廣州市設計院集團有限公司，廣東廣州 510620）

0 引言

我國大部分地區為溫帶以北地區，因此大部分建筑內需要進行一定時間的供暖，而且隨著人們對于生活質量的要求不斷提高，暖通空調已經深入普通百姓的家庭生活中。隨著暖通空調系統的不斷發展，環境保護和節能問題日益突出，這些問題與可持續發展的節能理念背道而馳，因此提高現代社會對環境保護的要求迫在眉睫。其中，改善暖通空調系統的節能應用，大幅降低能耗是我國建設節能型國家的關鍵，所以必須不斷研究環境保護和節能技術在暖通空調系統中的應用。

1 暖通空調系統進行環保節能技術的重要性

隨著城市化和工業化的發展，建筑污染和工業污染日益嚴重，特別是近年來頻繁發生的霧霾等極端惡劣天氣使人們無法正常出行。暖通空調系統是建筑技術的重要組成部分，但在當前倡導節能減排的社會趨勢下，低碳環保理念對暖通空調的發展產生重要影響。無論是住宅建筑還是公共建筑，其供暖或制冷都需要消耗大量的能量，約占建筑總能耗的30%。

因此，在暖通空調系統和設備上使用節能技術，可以進一步降低能耗。為了平衡經濟發展與能源消耗的矛盾，并確保建筑行業的可持續發展，大幅降低建筑能耗勢在必行[1]。

2 暖通空調系統節能技術運用的影響因素

2.1 環保理念不深刻

生態節能的概念已提出多年，但在推廣方面仍有許多工作要做。首先，對節能技術及其在生活中的應用的認識還不成熟。在冬季，加熱質量評估僅限于“充分燃燒”等理念；在夏季，氣候質量的評估取決于降溫速率。另外，關于節能和綠化的知識也仍然缺乏。從科學角度來說，如果溫度變化太快，加熱和冷卻就不能僅建立在“感覺”的基礎上，這樣雖然人們身體感覺很舒服，但卻對人體健康有害，即所謂的氣候疾病。因此，暖通系統需適當調整內部溫度，并與外部溫度相結合，以確保兩者之間沒有過大的溫差。此外，一些暖通空調系統是實際運行COP 值較低的設備，這也與節能環保的理念相違背。綜上所述，說明環保理念的建立與推廣對節能環保的施行具有一定的積極作用。

2.2 圍護結構對于暖通空調的影響

圍護的結構包括外圍護和內圍護，外圍護結構主要包括屋頂、外墻和窗戶（包括陽臺門等）；內維護結構主要由采暖建筑的地板、天花板、內隔墻等組成。房屋結構的傳熱損失占總熱損失的很大一部分，以廣州某典型的四單元六層磚混結構房屋為例：建筑結構引起的傳熱損失約占總熱損失的77%（包括內外墻25%、窗戶24%、樓梯墻11%、屋頂9%、門下部3%、底層3%）；通過門窗洞口的空氣熱損失約為23%，在稍北一點的城市，通過房屋結構的傳熱損失約占總熱損失的65%（包括26%的外墻、26%的窗戶、8%的屋頂、1%的陽臺下部門、1%的外門和3%的地板）；通過門窗開口的空氣滲透熱量約為27%。顯然，提高圍護結構的熱性能對暖通系統的節能具有重要意義。

2.3 建筑規劃對暖通空調的影響

建筑規劃設計是建筑節能的一個重要方面。節能規劃有許多需要進行改善和處理的地方，除了一些自然因素的影響，為了優化建筑內部的氣候條件，促進節能，還需特別注意利用冬季盛行的風向、地形、土壤形態下的太陽能，以及利用自然條件[2]。

3 節能技術在暖通空調系統中的應用

3.1 變頻節能技術的應用

節能變頻技術是暖通空調系統中運用的其中一種節能技術，具有諸多優點。如采用節能變頻技術，可以大大降低暖通空調系統的能耗，其運行方式不僅可以靈活適應實際需要，還可以優化和完善暖通空調系統。暖通空調系統采用變頻節能技術的主要原因如下：傳統的暖通空調系統在設計上具有一定的冗余性，增加了暖通空調系統的運行壓力，延長了暖通空調系統的運行時間。在暖通空調系統中采用變頻技術是為了大大降低系統的功耗和運行成本。由于建筑物室外氣候變化，導致設備很少在滿負荷工況下運行或根本無法滿負荷運行。此外，如果負荷降低，空調同樣必須在額定功率后下才能繼續正常運行。因此采用變頻技術可大大降低暖通空調系統的能耗，可根據空調系統的實際負荷靈活選擇運行方式，在不同氣候條件下通過調節空調系統的輸出功率，達到節能減排的目的。

3.2 暖通空調系統中蓄冷技術應用

不同地區、不同城市、城市的不同區域，有不同的等級、不同的電力負荷情況，但在低能耗的情況下，供電系統的供電能力沒有得到充分發揮，剩余供電非常明顯。暖通空調系統中蓄冷技術應用有效降低管網高峰期的能耗壓力，提高資源的利用率。在低能耗條件下，冷卻系統可以將系統中的水凍結成冰，從而在低溫下儲存能源；高能耗條件下，冷卻系統中儲存的低溫能量可以通過冷卻儲存技術釋放出來，以降低房間室內溫度。在暖通空調系統中采用蓄冷技術可以有效降低系統的供給壓力，現代社會能源消耗高峰期中，在提高經濟效益的同時，更是能夠起到節能減排的作用。

3.3 變風、水量技術

變風量技術主要利用變風量空調的末端設備來感知內部負荷的變化，即切斷空調的供氣，保證與傳統的定風量空調相比可以達到更高的性能。變風量空調通常可以節省大約1/3 的能源，在暖通空調系統中的應用是通過風量變化實現對內部負荷的感知，并根據負荷對風量進行適當調節，這就意味著空調的送風是根據內部溫度進行調節，以保持內部溫度。

變水量能夠對水量進行控制以達到對室內溫度控制的作用，而且相對于傳統的控制系統，變水量技術能夠對能源進行更有效的利用[3]。

3.4 可再生能源的利用

3.4.1 自然風能源的利用

自然風冷是暖通空調應用中可再生能源的重要組成部分。如果外部空氣的數值和溫度低于內部空氣的數值和溫度，則可以利用外部空氣的自然冷卻能力。在冷卻過程中，為了滿足全部或部分內部冷卻負荷，這通常發生在季節過渡期和夜間冷卻期間，可用的方法有直接空氣冷卻和夜間通風冷卻。自然風冷與傳統空調系統相比，外部自然風冷利用自然風為建筑物提供所需的冷卻能力，使其運行時無電或少電，不僅節約能源，減少環境污染，還可以提高室內空氣質量。另一個可用于暖通空調系統的重要可再生能源是自然風冷效應，此應用程序通常使用夜間冷卻或直接使用新鮮空氣冷卻。與傳統空調系統相比，自然空氣可以提供室內空調，提高空氣質量，目的是節約能源，不污染環境。著名的法蘭克福商業銀行就利用中庭式自然通風設計（如圖1 所示），其大大提升暖通空調系統的節能效率。

圖1 法蘭克福商業銀行中庭自然通風設計

3.4.2 太陽能應用

太陽能技術在暖通空調中的應用主要采用主動與被動式采暖與制冷技術，其主要包括兩個方面：

（1）太陽能采暖。太陽能集熱器的發展較為緩慢，但是其中蘊含較多的可利用資源，作為一種可再生資源，太陽能集成器中的真空管可以承受較多的外部壓力。

（2）太陽能制冷。太陽能制冷作為一種新興技術，其主要包括壓縮式和吸收式制冷及吸附式制冷。

太陽能壓縮冷卻技術的研究重點是將太陽能轉化為電能。然后利用電能運行壓縮冷卻系統。太陽能吸附冷卻包括從系統中取出加熱器和冷卻器，并將太陽能集熱器與吸附槽相結合，在夜間利用室外空氣進行自然冷卻，完成冷卻功能。

3.4.3 地下水能利用

眾所周知地下水具有隔熱功能，水源熱泵技術主要利用地表溫度形成地下水、河流等積溫帶。利用地下水的能量，地熱能可以連續吸收，局部熱能可以在一定程度上積累，通過向熱泵提供高能熱能將其轉化為電能。然而，必須特別注意每項技術在應用中的實施效果。例如，在使用地下水時，必須考慮水質，如果不符合標準，則無法進行轉換。

3.4.4 空氣熱能

如果能有效地利用和推廣空氣熱能，不僅能為居民提供熱能或舒適的熱水，而且具有清潔和生態環保的特點。夏熱冬暖的氣候特征非常重要，特別是珠江地區，年平均氣溫約23℃左右。該地區人口約1.7 億，如果推廣使用熱泵熱水器，每臺功率為2kW，每天僅運行1h，該地區每月可減少800 萬t 的碳排放量，如果大規模應用，可減少化石能源的消耗。從應用效果來看，空氣熱能不僅可以調節室內溫度，而且可以改善空氣質量，符合建筑改造和環境保護的理念，也滿足改善環境的需要。

4 結語

隨著社會的不斷發展，電力已成為現代生活中非常重要的資源，空調作為一種電器，越來越多地出現在人們的生活中。然而，隨著空調利用率的提高，對低碳環保發展趨勢的影響也越來越大。在此背景下，將環保節能技術應用于暖通空調系統，可以為我國的環境保護做出巨大貢獻。