1、文章編號:1671-6612(200805-067-04建筑節能中暖通空調的一般技術措施張 莉 1 龔 嬌2(1.青島市建筑設計研究院 青島 26003;2.青島弘景設計研究院 青島 26000【摘 要】 建筑節能是一個廣泛而復雜的概念,不僅包括建筑本身的節能技術,還需對建筑設備(主要是暖通空調和照明設備挖掘潛力。對暖通空調中幾種節能技術,如非電驅動制冷技術、蓄能技術、熱泵技術及熱回收技術等進行了綜合分析,在暖通設計中通過合理選用節能技術,來實現南方地區節能50%和北方地區節能65%的目標。【關鍵詞】 建筑節能;蓄能;熱泵 中圖分類號 TU831 文獻標識碼 BTechnology steps

2、 of HV AC about building energy savingZhang Li 1 Gong Jiao 2(1 Qingdao Architectural Design & Research Institute; 2 Qingdao Hongjing Architectural Design & Research Institute 【Abstract 】Building energy saving is a comprehensive and complicated concept, it not only includes energy saving tech

3、nologies about building itself, but also digs the potential of equipments (HV ACs and illuminating equipments mostly. The article introduced some energy saving technologies in HV AC, such as no-electricity-drive refrigeration, energy saving up, heat pump and heat callback technologies. Through choos

4、ing appropriate energy saving techologies, we can achieve the aim of 50% saving in south areas and the one of 65% saving in north areas.【Keywords 】building energy saving; energy saving up; heat pump作者簡介:張莉(1976.8-,女,工程師。 收稿日期:2008-05-140 引言隨著城市房屋的建設和城鎮化的快速步伐,以及人們對室內熱舒適環境的客觀需求,給建筑能耗帶來了巨大的壓力。而目前我國建筑能耗

5、水平不允許按照城市建設和城市化的節奏增長,建筑節能勢在必行。這不僅具有巨大的經濟和環保意義,同時也有國防戰略意義1。建筑節能是一個廣泛而復雜的概念,它一方面依據建筑能耗大小,對建筑本身實行節能技術手段,另一方面需要對建筑設備(主要是暖通空調和照明設備挖掘潛力。除此之外,通過對建筑良好的運行和管理,也是減少建筑投資和能源消耗的重要手段。本文主要介紹建筑設備中暖通專業的節能技術措施,主要包括非電驅動制冷技術、蓄能技術、熱泵技術及熱回收技術等。1 非電驅動制冷技術常規的電力驅動制冷機組耗電量巨大,用電時段集中,夏季空調季節特別不利于電網的維護,而且從熱力學角度考慮,用電制冷/熱也不是最優的能源利用方

6、式。利用非電力驅動實現制冷/熱成為最近的熱點研究之一。 1.1 燃氣空調發展燃氣空調,既可以緩解由于大量使用電空調器引起的高溫季節的電力緊張,又增加了夏季的用氣量,可以調節用電用氣的季節不平衡,而且燃氣空調還具有很好的環保性能。燃氣空調的種類較多,可以根據不同的使用場第22卷第5期 2008年10月 制冷與空調 Refrigeration and Air Conditioning V ol.22 No.5 Oct. 2008.6770制冷與空調 2008年·68·合、不同的使用要求來加以選用。根據制冷制熱原理和使用目的的不同,燃氣空調大致有燃氣發動機驅動空調、直燃型吸收式空

7、調機組、冷熱電三聯供系統。1.2 蒸發冷卻蒸發冷卻過程是以水作為制冷劑的,由于不使用氟利昂,因而對大氣環境無污染,而且可直接采用全新風,極大的改善了室內空氣品質。對蒸發冷卻來說,是利用水的蒸發取得能量,它不必將蒸發后的水蒸氣再進行壓縮,冷凝回到液態水后再進行蒸發。一般可以直接補充水分來維持蒸發冷卻過程的進行。因此與機械制冷相比,蒸發冷卻制冷不需要消耗壓縮功,這使得它的COP值有時比機械制冷大得多,從而取得節能的效果3。新近利用低品位能源實現除濕劑的再生,給蒸發冷卻空調帶來廣闊的發展前景。1.3 除濕空調對于舒適性空調,目前大多數空調依靠使空氣通過冷表面對空氣進行降溫減濕,這就導致冷表面成為潮濕

8、表面甚至產生積水,空調停止運行后這樣的潮濕表面就成為霉菌繁殖的最好場所。空調系統繁殖和傳播霉菌成為空調可能引起的健康問題的主要原因。實現空氣除濕而不出現潮濕表面,成為無霉菌的健康空調的主要問題2。除濕空調目的是向室內送入干燥空氣以控制濕度,而采用另外獨立的系統來排除顯熱以控制溫度,從而全面調節室內熱濕環境。這其中的關鍵就是怎樣處理出干燥空氣而不造成過高的能源消耗。目前常用的除濕方式除普通空調的冷凝析濕外,主要包括靜態吸附除濕法、固體動態吸附除濕法和液體吸收除濕法。靜態吸附除濕是利用液體吸濕劑(如溴化鋰,氯化鋰和固體吸濕劑(如硅膠來吸收空氣中的水分。由于吸濕劑的吸濕量有限,只能適用于有限的封閉空

9、間,同時吸濕劑需要定期更換,對大空間和有嚴格除濕要求的場所難以適用,因此應用范圍較小4。1.4 自然通風自然通風是現代建筑普遍采用的一項改善建筑熱環境、節約空調能耗的技術。利用自然通風有兩個意義:一是實現有效的被動式制冷。當室外空氣溫濕度較低時,自然通風可以在不消耗不可再生能源的情況下降低室內溫度,帶走潮濕氣體,滿足人體舒適要求。即使室外空氣溫濕度超過舒適區,需要消耗能源進行降溫降濕處理,也可以利用自然通風輸送處理后的新風,而省去風機能耗,而且無噪聲污染。二是可以提供新鮮、清潔的自然空氣,有利于人的心理和生理健康。為了在節約能源的同時長期保持室內空氣質量達到健康衛生要求,國外如ALDES公司開

10、發了適合住宅的自然與機械聯合的混合通風系統,可以對各房間進行氣流控制,保證通風的連續性和空氣質量。此外,自然通風還可以用在城市街區建筑的氣流控制,通過CFD技術,可以進行合理的小區建筑規劃氣流設計、樓梯間通風設計、以及室內有組織通風等。2 蓄能技術所謂蓄能,就是利用某種工作物質的特性,將能量蓄存起來。傳統的蓄能技術主要是利用工作物質的潛熱或顯熱特性,實現冰蓄冷或水蓄冷,而利用工作溶液化學勢能儲存和轉換蓄能技術已成為新近研究的熱點之一。2.1 蓄冷空調蓄冷空調就是利用蓄冷介質的顯熱或潛熱將冷量貯存起來,在用電高峰期將其釋放,以滿足建筑物的空調或生產工藝的需要,從而達到“移峰填谷”的目的。顯熱儲存

11、是通過降低蓄冷介質的溫度進行蓄冷,常用介質有水和鹽水;潛熱儲存是利用介質的物態變化來蓄冷,常用的介質是冰、共晶鹽水化合物等相變物質。空調蓄冷的應用技術中,多采用冰蓄冷和水蓄冷方式。冰蓄冷系統可分為靜態冰蓄冷系統和動態冰蓄冷系統兩種。靜態制冰: 冰的制備和融化在同一位置進行,蓄冰設備和制冰部件為一體機構。具體形式有冰盤管式(盤管外融冰、完全凍結式(盤管內融冰和封裝式蓄冰。動態制冰: 冰的制備和儲存不在同一位置,制冰機和蓄冰槽相對獨立。如冰片滑落式系統、冰漿式系統等。目前在工程中實際所采用的大部分制冰系統都是靜態的。第22卷第5期張莉,等:建筑節能中暖通空調的一般技術措施·69·

12、;水蓄冷系統以空調用的冷水機組作為制冷設備,以保溫槽作為蓄冷設備。空調主機在用電低谷時間將47的冷水蓄存起來,空調運行時將蓄存的冷水抽出使用。水蓄冷是利用水的顯熱來儲存冷量的,系統組成是在常規供冷系統中加入一個或多個蓄水罐。為實現冷量的儲存,滿足冷負荷的需要,設計合理的水蓄冷罐應能通過維持一個盡可能大的蓄水溫差并防止冷水與熱水的混合來獲得最大的蓄冷效率。與冰蓄冷空調系統相比,水蓄冷空調系統的特點包括:無需其它專門設備,因水蓄冷是利用水的溫差進行蓄冷,可直接與常規空調系統匹配;水蓄冷系統可以實現蓄熱和蓄冷的雙重功能,而冰蓄冷系統只能蓄冷;水蓄冷系統只能儲存水的顯熱,不能儲存潛熱,因此需要較大體積

13、的蓄冷槽,表面熱損失也相應增加,而冰蓄冷系統中的蓄冰設備的體積相對小些。但水蓄冷系統中的蓄冷槽可以利用原有的消防水池、蓄水設施或建筑物地下室等。2.2 電水蓄熱電水蓄熱系統是指在電力低谷電期間,以水為介質將電鍋爐產生的熱量儲存在蓄熱裝置中,適時供應給用熱設備的系統。公共建筑節能設計標準(GB50189-2005對采用電熱鍋爐作為采暖和空氣調節系統的熱源有嚴格的條件限定。符合條件,并經技術經濟比較,方可采用電水蓄熱系統9。3 熱泵及熱回收技術3.1 熱泵技術熱泵可以把不能直接利用的熱能(如空氣、土壤、水的熱能以及太陽能、工業廢熱等轉換為可以利用的高位熱能,從而達到節約部分高位能(煤、石油、天然氣

14、、電能等的目的。因此利用低位能的熱泵技術是一條極重要的節能途徑。熱泵主要分為空氣源熱泵和地源熱泵,其中地源熱泵根據地下換熱介質的不同地源熱泵可分為三類:一是與巖土換熱的地下耦合熱泵系統(也叫土壤源熱泵;二是與地下水換熱的地下水源熱泵系統;三是與地表水換熱的地表水熱泵系統。新近研究中有地埋管插入建筑樁基的地源熱泵系統。另外從廣義上講,還包括利用城市工業廢水或民用污水做冷熱源的污水源熱泵,以及利用海岸近海海水作冷熱源的海水源熱泵等。美國采暖、制冷與空調工程師學會(ASHRAE在1997年將地源熱泵以往的各種名稱統一稱為地源熱泵。3.2 熱回收技術所謂熱回收系統就是回收建筑物內外的余熱/冷或廢熱/冷

15、,并把回收的能量作為供熱/冷或其它加熱設備的熱源而加以利用的系統。一方面,利用有效的裝置從排風所帶走的能量中回收部分能量用來處理新風,可以節約本來由制冷或制熱機組負擔的新風負荷,提高空調系統的效率。另一方面,建筑房間內按設計標準要求需要補充新鮮空氣,一些普通的高層建筑空調中,夏季新風負荷就占空調總負荷的30%以上,而對如醫院、商場、劇院、體育館等人員密集的地方,新風的需求量則更大,有的甚至要求全新風,利用回收的熱量對新風進行預冷/預熱是節約能源的有效措施。全熱回收裝置主要包括轉輪式熱交換器和板翅式全熱換熱器。兩種換熱器的工作原理見圖1、圖2。 圖1 轉輪式熱交換器工作原理 圖2 板翅式熱交換器

16、工作原理轉輪換熱器高效、自凈、可控、適用面廣;但裝置較大,位置固定,消耗動力,壓損較大,有交叉污染。板翅式換熱器傳熱效率高,結構緊湊,輕巧牢固,適應性強,經濟性好;但流動阻力較大,可長期使用的密封墊片尚需進一步完善。根據目前全熱回收器新風系統的全年能耗分析,能實現節能的室外溫度范圍為-5.512和2128.5。當室外溫度處于-37和2426時,全熱回收器的節能效果尤為明顯。這對于炎熱或嚴寒季節,空調使用處于高峰時,減少空調能耗,降低用電高峰期的電網負荷非常有利。對于小型熱回收裝置的適用性,全熱式換熱器的適用性特征對于以濕熱天氣為特征的長江中下游地區尤其適當。顯熱回收裝置包括板式、熱管和中間冷媒

17、式交換器。板式顯熱換熱器由光滑的板裝配而成,一般采用叉流結構形式,新風與回風逆向流動,靠新風與回風的溫差進行熱量的交換。熱管是一種借助工質(如氨、CFC11、CFC113、丙酮、甲醇等的相變進行熱傳遞的換熱元件。中間熱媒式換熱器在排風和新風管上分別裝置水空氣換熱器,通過中間熱媒,將熱量傳遞給新風,中間熱媒通常為水,為降低冰點,一般在水中加入一定比例的乙二醇。雖然顯熱式換熱器的效率不及全熱式換熱器,但也有其自身的特點,從節能的角度考慮,完全可以采用。板式顯熱換熱器結構簡單,運行安全可靠,費用較低;但體積較大,位置固定,效率較低。分離式熱管換熱器布置靈活,無交叉污染,運行安全可靠,小溫差也可回收熱

18、量,壁溫可調;但不能回收潛熱,效率低,工質特性需慎重考慮。中間熱媒式換熱器無交叉污染,布置方便靈活,可選通用設備;但有動力消耗,溫差損失,效率低。4 其它節能技術4.1 獨立新風系統(DOASDOAS是讓新風系統承擔建筑物全部的新風負荷、室內全部的潛熱負荷,以及室內一部分顯熱負荷,是一種大溫差低溫送風的全新風系統,室內只有顯冷設備,沒有冷凝水,也沒有回風系統。采用DOAS的問題:一是每間房間的送風量減少;二是低溫送風風口可能出現凝露;三是換氣次數過小,無法保證室內一定的空氣流速8。4.2 變制冷劑流量空調系統變制冷劑流量空調系統是一種制冷劑式空調系統,它以制冷劑作為輸送介質。由于可以一臺室外機

19、帶多臺室內機,又稱為多聯機系統。變制冷劑流量空調系統采用先進的變頻技術,在l5%100%的容量范圍內進行控制,并與無負荷控制相結合,根據負荷變化進行穩定的運轉控制,滿足不同季節負荷的調節要求。與傳統的集中空調系統相比,變制冷劑流量空調系統具有以下優點:設備少,管道簡單,節省空間,布置靈活,系統采用變頻技術后,室內機可單獨控制,故各房間溫度可獨立控制,滿足舒適水平,同時不需空調房間可以關閉,避免了集中控制造成的無效能源消耗。變制冷劑空調系統還可以采用全熱交換器等熱回收設備,提高系統的節能水平。4.3 數碼渦旋技術數碼渦旋空調是一種與變制冷劑流量空調相近的多聯式空調系統。數碼渦旋壓縮機有一種性能稱

20、為“軸向柔性”。該性能使渦旋壓縮機的靜渦旋盤沿軸向可以有很少量的移動。數碼渦旋壓縮機通過PWM 閥的開啟和關閉,不斷變換頂部渦旋盤的升起和嚙合,實現壓縮機的容量調節。5 結論綜上所述,建筑節能不僅是一項技術綜合課題,也是巨大的社會課題。我國政府已經認識到建筑節能是解決今后能源緊缺問題的有效途徑之一。為挖掘建筑節能的最大潛力,需要從技術研究、施工檢驗、政府審計評估,甚至人民節能意識等各方面努力才能得以實現。參考文獻:1 涂逢祥, 王慶一. 我國建筑節能現狀及發展J. 保溫材料與建筑節能, 2004.7: 4042.2 劉東. 轉輪除濕供冷空調系統的研究D. 上海: 同濟大學, 2003.3 彭美

21、君, 任承欽. 間接蒸發冷卻技術的應用研究與現狀J. 節能與環保, 2004, 12:24-26.4 代彥軍, 俞金娣. 轉輪式干燥冷卻系統的參數分析與性能預測J. 太陽能學報, 1998, 1: 60-65.5 王茜, 徐士鳴. 冰蓄冷系統研究新進展J. 節能, 2003,11: 4-7.6 殷亮, 劉道平. 實用節能技術-水蓄冷技術介紹J. 節能, 1996, 6: 20-24.(下轉第66頁表10 通信機房三種方案的比較熱管換熱器板式換熱器直接引新風方式初投資(萬元82.8 61.6 55 年節電量(kWh325324.311 311763.25 355445.97回收年限(年 3.18 2.47 1.93 十年維護費(萬元10 10 45 十年凈收益(萬元167 178 184 對室內潔凈度影響無影響無影響影響較大維護費用小小大(主要是過濾器(注:十年凈收益=十年