暖通空调系统节能环保问题的探讨

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【摘要】本文叙述了暖通空调系统中节能环保技术的应用和发展，从建筑环境、热泵、蓄能、热回收、智能控制和制冷剂选择等方面进行了简要的分析。 

【关键词】暖通空调；环保节能；应用  1 引言  随着现代人们的生活理念和方式的多样化细节化，对于建筑物内的环境要求也日益增加。暖通空调在给人们带来舒适和高品质的居住环境的同时，亦成为建筑能耗中的大户。据统计在发达国家中暖通空调能耗占建筑能耗的65%。以建筑能耗占总能耗的35%计算，暖通空调能耗占总能耗的比例竟高达22.75%，为此我们应该积极开发和推广应用暖通空调节能环保的新技术、新材料和新方法。  2 暖通空调节能环保的几种有效措施  2.1 提高建筑中的能源利用率  暖通空调的节能是与建筑结构、环境分不开的，减少建筑物室内热量向室外耗散，充分利用自然条件，对创造适宜的室内热环境和节约能源有重要作用。建筑保温主要从建筑外围护结构上采取措施，同时还要从房间朝向、单体建筑的平面和体型设计，以及建筑群的总体布置等方面加以综合考虑。  从围护结构上考虑，一般增大围护结构的费用仅为总投资的3%～6%，而节能却可达20%～40%。通过改善建筑物围护结构的热工性能，在夏季可减少室外热量传入室内，在冬季可减少室内热量的流失，使建筑热环境得以改善，从而减少建筑冷、热消耗。墙体是建筑外围护结构的主体，主要作承重用的单一墙体材料，往往达不到较高的保温、隔热特性，而复合墙体越来越成为墙体的主流。复合墙体一般用块体材料或钢筋混凝土作为承重结构，与保温隔热材料复合，或在框架结构中用薄壁材料加以保温、隔热材料作为墙体。目前，新型墙体材料品种较多，主要包括砖、块、板，如粘土空心砖、建筑砌块、加气混凝土、轻质板材、复合板材等[1]。  从规划布局上考虑，可以通过建筑的向阳面和背阴面形成不同的气压，即使在无风时也能形成通风，在建筑体型设计上形成风洞，使自然风在其中回旋，得到良好的通风效果，从而达到节能的目的。日照及朝向选择的原则是冬季能获得足够的日照并避开主导风向，夏季能利用自然通风并尽量减少太阳辐射。  2.2 热泵技术的推广  热泵技术是近年来迅速发展并在建筑冷热源中广泛采用的技术。热泵能够利用少量的高品位热能提升低品位能量（如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、工业废热等）的品质，从而达到节约部分高品质能量的目的，是一种高效的制热装置。按照使用低温热能的不同来划分，热泵一般可以分为空气源、水源、土壤源和太阳能热泵。  空气源热泵系统简单、安装方便，在我国长江中下游地区，已得到相当广泛的应用。但空气源热泵的缺点是热力学性能受室外空气温度和湿度变化的影响较大，夏季高温时热泵冷凝器散热效率回因环境温度升高而降低；当冬季天气寒冷、湿度比较大时热泵制热效率会大大降低，甚至室外蒸发器结霜，导致热泵无法工作。针对夏季的问题，可以通过串并联一个冷凝热回收装置，回收冷凝热来制备卫生热水。对于冬季蒸发器结霜的问题，通常可采用电辅助加热除霜的办法加以解决[3]。  水源热泵和土壤源热泵统称为地源热泵系统，冬季从大地吸取热量，夏季从大地吸取冷量，再由热泵机组向建筑物供热供冷而实现节能。由于近年来地下水短缺、地下水回灌困难，水源热泵在工程中的应用越来越少。而土壤源热泵是在地下埋设聚乙烯塑料管，通过其与土壤换热，达到提取低品位热量的目的。土壤源热泵在应用中也存在一个关键问题，就是冬夏两季向大地取热量和排热量应大致平衡，否则会影响热泵机组的效率和运行的经济性。当不平衡率大于20%时，就需要采取辅助供热和辅助冷却的方式，来维持土壤源的热平衡[2]。常见的方案有：a当建筑物冷负荷大于热负荷时，附加冷却塔或冷凝热回收装置；b当建筑物热负荷大于冷负荷时，附加锅炉供热、城市热网供热或太阳能集热器辅助加热。  太阳能热泵的研究起步较晚，太阳辐射能量的不稳定性、周期性，使得太阳能的利用一直无法达到规模化、单一化。目前，随着太阳能集热技术的发展，太阳能在制备生活热水和在热泵系统作附加热源等方面，得到了很好的应用，并且其发展潜力十分巨大。  2.3 蓄能、热回收技术的应用  近年来，我国城市化进程加快，城市规模越来越大，工业用电的比重相对减小。尤其是在夏季，空调用电使城市商业生活用电的峰谷差异进一步拉大，而电网本身的调峰能力不足，这造成能源利用率较低，不利于国民经济的发展。蓄能系统的应用在一定程度上缓解了这一矛盾。蓄冷系统就是在空调系统不需要冷量或需要冷量较少的时间(夜间)．利用制冷设备将冷量储存在蓄冷介质中，并在用冷高峰时将此冷量转移到空调系统中，减少制冷设备的运行负荷。这样既可以利用夜间的廉价电．又可以减少白天的峰值用电负荷，达到电网“削峰填谷”的目的。  大型综合建筑的新风需求量很大，使得新风负荷也随之增大。通过空调机组中的热回收装置，把排风中的能量转移到新风中，对新风进行预冷或预热，达到空调节能的目的。空调中常见的热回收装置有：转轮全热交换器、板式显然交换器和板翅式全热交换器。它们通常安装在大型空调机组中，根据用户对洁净度和回收效率的要求，来选择不同热回收方式。  2.4 空调智能控制系统的应用  传统的控制技术（主要是pid控制）对于工况及环境变化的适应性差，控制惯性较大，不能实现冷冻水流量跟随末端负荷的变化而动态调节，节能效果不理想。而智能控制系统中反馈量的引入，解决了空调系统动态变化及时响应这一难题。智能控制系统主要包括模糊控制系统、神经网络控制系统和专家控制系统等，近年来在暖通空调领域应用较多地主要是模糊控制系统。  中央空调系统设备是按照设计负荷选定的，在日常运行中的实际负荷达不到设计容量，为了舒适和节能，通过模糊控制系统对空调设备的实际运行进行控制，使其时间输出量和实际负荷相适应。目前对中央空调系统节能运行的控制技术主要有以下几个方面：a采集空气温度、相对湿度、压力及压差，以及空调机组的工作状态等参数，通过与设定的工作参数相比较，来控制水系统、风系统阀门开度，调节新风回风的比例和空调机组对应设备的启停，以保证空调区域空气的温度与湿度既能在设定的范围内满足舒适性要求，同时空调机组也以较低的能量消耗方式运行。b测量、控制冷热水温度和供回水干管的压力差，以保证机组供给的冷冻水温度及压力达到运行要求，从而实现室内的舒适性和系统的节能性。c对空调系统内的水泵进行变频调速控制，以达到有效地控制水量，从而在保证供回水温度的同时实现运行节能[4]。  作为制冷剂的代表r22和r134a，目前被空调领域所广泛使用。它们同属于温室气体，却各有各的优缺点。r134a之所以被称为环保冷媒，就是因为其odp为0，但是r134a与r22相比，其蒸发潜热小、热传导率低、吸水性强、对橡胶类物质的膨润作用较强等特性，决定了r134a在的冷冻性能、性价比和适用性上较r22要差一些。所以，在短期内理想的制冷剂并不存在。r22制冷剂与r134a类环保制冷剂，将依然在工业与民用的细分领域发挥各自作用。  3 结语  随着新能源、新产品的开发，以及现有节能技术的充分利用，暖通空调已由原来的高能耗向着低碳环保转变。在全球能源日益紧缺的今天，暖通空调系统的节能环保性能对实现我国可持续发展有着重要意义。所以，积极推广节能环保技术，不断地完善节能环保设施的建设，是每一个暖通工作者的责任。  参考文献：  [1]陆耀庆.实用供热空调设计手册[m]. 中国建筑工业出版社,2007(02)  [2]姚灵锋.地源热泵热平衡问题的研究及工程应用[j].节能技术, 2009(03)  [3]吕东彦. 太阳能与热泵技术应用在暖通空调中的进展[j].节能技术, 2006(11)  [4]常先问.智能控制技术在中央空调系统节能中的应用[j].建筑节能, 2007(10)