供熱空調(diào)系統(tǒng)中環(huán)保節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

陸海清 華東電力設(shè)計(jì)院有限公司

隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷進(jìn)步和能源消耗的日益增加，供熱空調(diào)技術(shù)在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的普及和廣泛應(yīng)用，使得能源的大量消耗成為一項(xiàng)突出的挑戰(zhàn)。在這背景下，環(huán)保節(jié)能技術(shù)在供熱空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用顯得愈發(fā)迫切。而作為能源消耗的主要來源，供熱空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理水平的不斷提升，對(duì)最大限度地減少能耗、節(jié)約有限資源，以及環(huán)保和節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。

1 供熱空調(diào)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)的原則

1.1 經(jīng)濟(jì)性

在供熱空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，經(jīng)濟(jì)性始終是一個(gè)至關(guān)重要的考慮因素。設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性不僅關(guān)系著初投資和建設(shè)成本，還涉及投入使用后的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。因此，在進(jìn)行節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮長期的能源消耗、運(yùn)維成本以及經(jīng)濟(jì)效益。從長遠(yuǎn)角度來看，需要評(píng)估多少年內(nèi)能夠回收投資成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益或社會(huì)效益。同時(shí)，還需比較不同供熱空調(diào)設(shè)備、配套設(shè)施材料以及施工安裝調(diào)試等費(fèi)用支出，以找到最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案。

1.2 調(diào)節(jié)性

在供熱空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，確保系統(tǒng)在不同氣候變化下能夠穩(wěn)定運(yùn)行，滿足人員舒適性或工藝設(shè)備安全性要求，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)能源消耗的最小化，是調(diào)節(jié)性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。這意味著系統(tǒng)在一年四季中，需要根據(jù)不同的使用時(shí)期和負(fù)荷變化，靈活地調(diào)整以滿足需求。在進(jìn)行供熱空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要根據(jù)項(xiàng)目所在區(qū)域全年最不利的室外氣候條件，計(jì)算出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和容量。然后，在實(shí)際項(xiàng)目和工程情況的基礎(chǔ)上，制定供熱空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行方案，以及不同季節(jié)和時(shí)段的具體調(diào)節(jié)控制方案。這些方案應(yīng)綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等多方面因素，優(yōu)先采用自動(dòng)化控制技術(shù)，從而在實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)的同時(shí)，減少運(yùn)行和管理的人工成本。

2 節(jié)能環(huán)保技術(shù)在供熱空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 合理選擇冷熱源

建立供熱空調(diào)的生態(tài)概念，科學(xué)合理地選擇冷熱源，并實(shí)施環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)原則，減少人工冷熱源，因地制宜盡可能利用天然冷熱源、充分利用廢熱余熱，并多利用可再生冷熱源。一方面，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，根據(jù)具體的節(jié)能要求和目標(biāo)，科學(xué)選擇冷熱源以改善環(huán)境。當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，不采用供熱空調(diào)系統(tǒng)；當(dāng)必須設(shè)計(jì)供熱空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，采用能效比高的冷熱源設(shè)備，并做好設(shè)備保冷絕熱，同時(shí)做好風(fēng)管、水管等管路系統(tǒng)的保冷絕熱，達(dá)到節(jié)能的效果，以免冷熱量流失。另一方面，在項(xiàng)目中設(shè)計(jì)供熱空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)合理選用供熱空調(diào)冷熱源，積極利用熱電廠多余煙氣、蒸汽和熱水的熱能、工業(yè)廢熱制冷供熱、實(shí)現(xiàn)能源多級(jí)階梯利用；多利用天然冷熱源，北方地區(qū)冬季需要供熱，有條件時(shí)多選用熱泵技術(shù)供熱，減少燃煤供熱，提高供熱效率，減少空氣污染，保護(hù)環(huán)境。當(dāng)選用氟利昂為冷媒的人工冷熱源時(shí)，應(yīng)盡量選用對(duì)臭氧層破壞程度小、少產(chǎn)生或不產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氟利昂制品。

2.2 推廣應(yīng)用天然冷熱源供熱空調(diào)系統(tǒng)

2.2.1 水源熱泵和地源熱泵

水/地源熱泵系統(tǒng)是一種以巖土體、地下水、地表水、再生水的低位熱源，由水/地源熱泵機(jī)組、水/地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、建筑物內(nèi)供熱空調(diào)末端系統(tǒng)組成的供熱空調(diào)系統(tǒng)。水/地源熱泵是由水/陸地淺層能源通過輸入少量的高品位能源（如電能）實(shí)現(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移的裝置。冬季把水/地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)供熱，此時(shí)地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時(shí)水/地能為“冷源”。 地源作為低位熱源，可采用地下淺層能源；水源作為低位熱源，可采用溫度合適的地下水、地表水（含海水、湖水、江河水等）、再生水（城市生活污水、工業(yè)廢水、礦山廢水、油田廢水盒熱電廠冷卻水的等人工利用后排放且經(jīng)過處理的水源）等。水/地源熱泵運(yùn)行時(shí)效率高，無燃燒過程，對(duì)周圍環(huán)境無污染物排放，不直接向周圍大氣環(huán)境排熱，沒有熱島效應(yīng)，不破壞水資源環(huán)境。

2.2.2 太陽能

太陽能屬于重要的可再生清潔能源。從太陽能供熱空調(diào)系統(tǒng)使用的基本形式來看，其主要分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。綜合利用主動(dòng)式太陽能供熱系統(tǒng)，將被動(dòng)式太陽能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與光伏面板相結(jié)合，可提供熱、空調(diào)、用電所需的能源，降低不可再生資源的消耗，減少并節(jié)省能源，還可減少污染。

2.2.2.1 主動(dòng)式太陽能系統(tǒng)

主動(dòng)式太陽能供熱系統(tǒng)，將傳熱工質(zhì)(水或空氣) 通過太陽能集熱器輸送到蓄熱器，主要由太陽能集熱器、管道、風(fēng)機(jī)或泵、儲(chǔ)熱裝置、室內(nèi)散熱末端等組成；主動(dòng)式太陽能制冷系統(tǒng)，根據(jù)工作原理的不同，可以分為太陽能吸收式制冷、太陽能吸附式制冷和太陽能噴射式制冷等多種形式。此外，主動(dòng)式太陽能系統(tǒng)一般還同時(shí)設(shè)置陰天及供熱不足時(shí)可使用的備用系統(tǒng)，因其設(shè)計(jì)復(fù)雜，還需另外借助電力輔助能源設(shè)施，導(dǎo)致工程造價(jià)增加。

2.2.2.2 被動(dòng)式太陽能系統(tǒng)

被動(dòng)式太陽能系統(tǒng)利用建筑物本身的實(shí)體，如窗戶、墻壁、地板等作為集熱器和蓄熱器，利用傳熱介質(zhì)對(duì)流進(jìn)行熱能分配，集熱采暖系統(tǒng)可采用空氣或水作為熱媒，被動(dòng)式太陽能技術(shù)可以產(chǎn)生空間熱轉(zhuǎn)換的直接或間接太陽能收益。被動(dòng)式太陽能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，不需要其他輔助能源，可以有效地在冬季以熱量的形式收集，存儲(chǔ)，反射和分配太陽能，以此實(shí)現(xiàn)自然熱交換，提升太陽能資源的有效利用率。太陽能收集的主要部件——集熱器和光伏板，集熱器將太陽輻射熱轉(zhuǎn)化為熱能，主要用于加熱水或空氣，使用成本低，環(huán)保節(jié)能；光伏板又稱太陽能電池板，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，主要用于發(fā)電，可用于供電和儲(chǔ)電，無噪音、無污染。

2.3 提升供熱空調(diào)系統(tǒng)控制自動(dòng)化水平

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，供熱空調(diào)設(shè)備和系統(tǒng)控制正朝著智能化的方向發(fā)展，通過采用高效合理的自動(dòng)化控制，不僅可以降低能源消耗，還有助于減少碳排放。因此，在供熱空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)追求程序化、智能化和自動(dòng)化。在可能的情況下，還能夠監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，如溫濕度、冷熱量、流量以及設(shè)備的匹配情況，并根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。以智能控制系統(tǒng)為例，通過對(duì)換熱器的一次側(cè)蒸汽閥或熱水閥進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)總供熱量的自動(dòng)控制；通過對(duì)空調(diào)機(jī)組水閥的開度進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)末端供冷熱量的自動(dòng)控制；通過對(duì)空調(diào)機(jī)組加濕器的調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)加濕量的自動(dòng)控制；通過對(duì)空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)出風(fēng)量的自動(dòng)控制。這些自動(dòng)化控制措施不僅提升供熱空調(diào)系統(tǒng)的性能，還在節(jié)能降耗的同時(shí)減少人工管理成本。

2.4 變頻技術(shù)

變頻技術(shù)應(yīng)用廣泛，工作原理是通過變頻器控制交流電機(jī)的電壓和頻率，通過改變供電頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)負(fù)載，起到降低功耗，減小損耗，延長設(shè)備使用壽命等作用。供熱空調(diào)系統(tǒng)中，壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵均可以采用變頻技術(shù)。

2.4.1 空調(diào)壓縮機(jī)控制

變頻壓縮機(jī)能夠通過調(diào)頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)壓力、流量等參數(shù)的調(diào)節(jié)，控制制冷量和制熱量無級(jí)調(diào)節(jié)，提高設(shè)備出力效率，同時(shí)延長設(shè)備的使用壽命。

2.4.2 風(fēng)機(jī)控制

通過變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量、風(fēng)壓等自動(dòng)控制、節(jié)約用電。

2.4.3 水泵控制

變頻器可對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)水泵的流量、揚(yáng)程等自動(dòng)控制、節(jié)約用電。

2.5 余熱利用、熱能回收技術(shù)

在供熱空調(diào)系統(tǒng)中，存在豐富的余熱資源，如煙氣、蒸汽和熱水等。通過采用余熱利用和熱能回收技術(shù)，可以有效地減少能源浪費(fèi)，降低系統(tǒng)的能耗，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目標(biāo)。其中，煙氣、蒸汽和熱水的余熱利用是通過煙氣余熱回收裝置實(shí)現(xiàn)，將其中的熱能回收利用，提高供熱空調(diào)系統(tǒng)的效率；排風(fēng)余熱回收則利用排風(fēng)中的熱量，通過熱回收裝置實(shí)現(xiàn)排風(fēng)和新風(fēng)之間的熱量交換，將排出的熱量轉(zhuǎn)化為可用的熱能。另外，冷凝熱作為一種可以被回收的熱能資源，通過熱回收裝置，將其轉(zhuǎn)化為可用的熱能，提高系統(tǒng)的熱效率。因此，通過合理的設(shè)計(jì)和裝置，可最大程度地利用供熱空調(diào)系統(tǒng)中的余熱資源，提高供熱空調(diào)系統(tǒng)的能源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的雙重目標(biāo)。

3 結(jié)語

供熱空調(diào)系統(tǒng)在為人們帶來舒適生活、工業(yè)安全運(yùn)行環(huán)境的同時(shí)，也對(duì)大氣環(huán)境造成了一定的損害，且對(duì)能源的消耗量也十分巨大。因此，為了積極響應(yīng)國家節(jié)能的號(hào)召、與全球可持續(xù)發(fā)展理念，對(duì)供熱空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，多設(shè)計(jì)環(huán)保節(jié)能系統(tǒng)，多利用環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品，做到既保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源，又保證供熱空調(diào)系統(tǒng)性能優(yōu)異，繼而使我國供熱空調(diào)行業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，增強(qiáng)供熱空調(diào)工程建設(shè)的綜合水平和實(shí)力。