建筑節(jié)能中暖通空調(diào)的一般技術(shù)措施

1、文章編號:1671-6612(200805-067-04建筑節(jié)能中暖通空調(diào)的一般技術(shù)措施張 莉 1 龔 嬌2(1.青島市建筑設(shè)計研究院 青島 26003;2.青島弘景設(shè)計研究院 青島 26000【摘 要】 建筑節(jié)能是一個廣泛而復(fù)雜的概念,不僅包括建筑本身的節(jié)能技術(shù),還需對建筑設(shè)備(主要是暖通空調(diào)和照明設(shè)備挖掘潛力。對暖通空調(diào)中幾種節(jié)能技術(shù),如非電驅(qū)動制冷技術(shù)、蓄能技術(shù)、熱泵技術(shù)及熱回收技術(shù)等進行了綜合分析,在暖通設(shè)計中通過合理選用節(jié)能技術(shù),來實現(xiàn)南方地區(qū)節(jié)能50%和北方地區(qū)節(jié)能65%的目標?！娟P(guān)鍵詞】 建筑節(jié)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(shè)和城鎮(zhèn)化的快速步伐,以及人們對室內(nèi)熱舒適環(huán)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(shè)和城市化的節(jié)奏增長,建筑節(jié)能勢在必行。這不僅具有巨大的經(jīng)濟和環(huán)保意義,同時也有國防戰(zhàn)略意義1。建筑節(jié)能是一個廣泛而復(fù)雜的概念,它一方面依據(jù)建筑能耗大小,對建筑本身實行節(jié)能技術(shù)手段,另一方面需要對建筑設(shè)備(主要是暖通空調(diào)和照明設(shè)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(shè)備中暖通專業(yè)的節(jié)能技術(shù)措施,主要包括非電驅(qū)動制冷技術(shù)、蓄能技術(shù)、熱泵技術(shù)及熱回收技術(shù)等。1 非電驅(qū)動制冷技術(shù)常規(guī)的電力驅(qū)動制冷機組耗電量巨大,用電時段集中,夏季空調(diào)季節(jié)特別不利于電網(wǎng)的維護,而且從熱力學(xué)角度考慮,用電制冷/熱也不是最優(yōu)的能源利用方

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

7、調(diào)機組、冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。1.2 蒸發(fā)冷卻蒸發(fā)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(huán)境無污染,而且可直接采用全新風(fēng),極大的改善了室內(nèi)空氣品質(zhì)。對蒸發(fā)冷卻來說,是利用水的蒸發(fā)取得能量,它不必將蒸發(fā)后的水蒸氣再進行壓縮,冷凝回到液態(tài)水后再進行蒸發(fā)。一般可以直接補充水分來維持蒸發(fā)冷卻過程的進行。因此與機械制冷相比,蒸發(fā)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(jié)能的效果3。新近利用低品位能源實現(xiàn)除濕劑的再生,給蒸發(fā)冷卻空調(diào)帶來廣闊的發(fā)展前景。1.3 除濕空調(diào)對于舒適性空調(diào),目前大多數(shù)空調(diào)依靠使空氣通過冷表面對空氣進行降溫減濕,這就導(dǎo)致冷表面成為潮濕

8、表面甚至產(chǎn)生積水,空調(diào)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(diào)系統(tǒng)繁殖和傳播霉菌成為空調(diào)可能引起的健康問題的主要原因。實現(xiàn)空氣除濕而不出現(xiàn)潮濕表面,成為無霉菌的健康空調(diào)的主要問題2。除濕空調(diào)目的是向室內(nèi)送入干燥空氣以控制濕度,而采用另外獨立的系統(tǒng)來排除顯熱以控制溫度,從而全面調(diào)節(jié)室內(nèi)熱濕環(huán)境。這其中的關(guān)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(diào)的冷凝析濕外,主要包括靜態(tài)吸附除濕法、固體動態(tài)吸附除濕法和液體吸收除濕法。靜態(tài)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(yīng)用范圍較小4。1.4 自然通風(fēng)自然通風(fēng)是現(xiàn)代建筑普遍采用的一項改善建筑熱環(huán)境、節(jié)約空調(diào)能耗的技術(shù)。利用自然通風(fēng)有兩個意義:一是實現(xiàn)有效的被動式制冷。當(dāng)室外空氣溫濕度較低時,自然通風(fēng)可以在不消耗不可再生能源的情況下降低室內(nèi)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(qū),需要消耗能源進行降溫降濕處理,也可以利用自然通風(fēng)輸送處理后的新風(fēng),而省去風(fēng)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(jié)約能源的同時長期保持室內(nèi)空氣質(zhì)量達到健康衛(wèi)生要求,國外如ALDES公司開

10、發(fā)了適合住宅的自然與機械聯(lián)合的混合通風(fēng)系統(tǒng),可以對各房間進行氣流控制,保證通風(fēng)的連續(xù)性和空氣質(zhì)量。此外,自然通風(fēng)還可以用在城市街區(qū)建筑的氣流控制,通過CFD技術(shù),可以進行合理的小區(qū)建筑規(guī)劃氣流設(shè)計、樓梯間通風(fēng)設(shè)計、以及室內(nèi)有組織通風(fēng)等。2 蓄能技術(shù)所謂蓄能,就是利用某種工作物質(zhì)的特性,將能量蓄存起來。傳統(tǒng)的蓄能技術(shù)主要是利用工作物質(zhì)的潛熱或顯熱特性,實現(xiàn)冰蓄冷或水蓄冷,而利用工作溶液化學(xué)勢能儲存和轉(zhuǎn)換蓄能技術(shù)已成為新近研究的熱點之一。2.1 蓄冷空調(diào)蓄冷空調(diào)就是利用蓄冷介質(zhì)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(diào)或生產(chǎn)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(zhì)的溫度進行蓄冷,常用介質(zhì)有水和鹽水;潛熱儲存是利用介質(zhì)的物態(tài)變化來蓄冷,常用的介質(zhì)是冰、共晶鹽水化合物等相變物質(zhì)?？照{(diào)蓄冷的應(yīng)用技術(shù)中,多采用冰蓄冷和水蓄冷方式。冰蓄冷系統(tǒng)可分為靜態(tài)冰蓄冷系統(tǒng)和動態(tài)冰蓄冷系統(tǒng)兩種。靜態(tài)制冰: 冰的制備和融化在同一位置進行,蓄冰設(shè)備和制冰部件為一體機構(gòu)。具體形式有冰盤管式(盤管外融冰、完全凍結(jié)式(盤管內(nèi)融冰和封裝式蓄冰。動態(tài)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(tǒng)、冰漿式系統(tǒng)等。目前在工程中實際所采用的大部分制冰系統(tǒng)都是靜態(tài)的。第22卷第5期張莉,等:建筑節(jié)能中暖通空調(diào)的一般技術(shù)措施·69·

12、;水蓄冷系統(tǒng)以空調(diào)用的冷水機組作為制冷設(shè)備,以保溫槽作為蓄冷設(shè)備?？照{(diào)主機在用電低谷時間將47的冷水蓄存起來,空調(diào)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(tǒng)組成是在常規(guī)供冷系統(tǒng)中加入一個或多個蓄水罐。為實現(xiàn)冷量的儲存,滿足冷負荷的需要,設(shè)計合理的水蓄冷罐應(yīng)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(diào)系統(tǒng)相比,水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的特點包括:無需其它專門設(shè)備,因水蓄冷是利用水的溫差進行蓄冷,可直接與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)匹配;水蓄冷系統(tǒng)可以實現(xiàn)蓄熱和蓄冷的雙重功能,而冰蓄冷系統(tǒng)只能蓄冷;水蓄冷系統(tǒng)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(yīng)增加,而冰蓄冷系統(tǒng)中的蓄冰設(shè)備的體積相對小些。但水蓄冷系統(tǒng)中的蓄冷槽可以利用原有的消防水池、蓄水設(shè)施或建筑物地下室等。2.2 電水蓄熱電水蓄熱系統(tǒng)是指在電力低谷電期間,以水為介質(zhì)將電鍋爐產(chǎn)生的熱量儲存在蓄熱裝置中,適時供應(yīng)給用熱設(shè)備的系統(tǒng)。公共建筑節(jié)能設(shè)計標準(GB50189-2005對采用電熱鍋爐作為采暖和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的熱源有嚴格的條件限定。符合條件,并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較,方可采用電水蓄熱系統(tǒng)9。3 熱泵及熱回收技術(shù)3.1 熱泵技術(shù)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(yè)廢熱等轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能,從而達到節(jié)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(shù)是一條極重要的節(jié)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(jù)地下?lián)Q熱介質(zhì)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(tǒng)(也叫土壤源熱泵;二是與地下水換熱的地下水源熱泵系統(tǒng);三是與地表水換熱的地表水熱泵系統(tǒng)。新近研究中有地埋管插入建筑樁基的地源熱泵系統(tǒng)。另外從廣義上講,還包括利用城市工業(yè)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(diào)工程師學(xué)會(ASHRAE在1997年將地源熱泵以往的各種名稱統(tǒng)一稱為地源熱泵。3.2 熱回收技術(shù)所謂熱回收系統(tǒng)就是回收建筑物內(nèi)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(shè)備的熱源而加以利用的系統(tǒng)。一方面,利用有效的裝置從排風(fēng)所帶走的能量中回收部分能量用來處理新風(fēng),可以節(jié)約本來由制冷或制熱機組負擔(dān)的新風(fēng)負荷,提高空調(diào)系統(tǒng)的效率。另一方面,建筑房間內(nèi)按設(shè)計標準要求需要補充新鮮空氣,一些普通的高層建筑空調(diào)中,夏季新風(fēng)負荷就占空調(diào)總負荷的30%以上,而對如醫(yī)院、商場、劇院、體育館等人員密集的地方,新風(fēng)的需求量則更大,有的甚至要求全新風(fēng),利用回收的熱量對新風(fēng)進行預(yù)冷/預(yù)熱是節(jié)約能源的有效措施。全熱回收裝置主要包括轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)緊湊,輕巧牢固,適應(yīng)性強,經(jīng)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(jù)目前全熱回收器新風(fēng)系統(tǒng)的全年能耗分析,能實現(xiàn)節(jié)能的室外溫度范圍為-5.512和2128.5。當(dāng)室外溫度處于-37和2426時,全熱回收器的節(jié)能效果尤為明顯。這對于炎熱或嚴寒季節(jié),空調(diào)使用處于高峰時,減少空調(diào)能耗,降低用電高峰期的電網(wǎng)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(qū)尤其適當(dāng)。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(jié)構(gòu)形式,新風(fēng)與回風(fēng)逆向流動,靠新風(fēng)與回風(fēng)的溫差進行熱量的交換。熱管是一種借助工質(zhì)(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(fēng)和新風(fēng)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(fēng),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(jié)能的角度考慮,完全可以采用。板式顯熱換熱器結(jié)構(gòu)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(diào);但不能回收潛熱,效率低,工質(zhì)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(shè)備;但有動力消耗,溫差損失,效率低。4 其它節(jié)能技術(shù)4.1 獨立新風(fēng)系統(tǒng)(DOASDOAS是讓新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)建筑物全部的新風(fēng)負荷、室內(nèi)全部的潛熱負荷,以及室內(nèi)一部分顯熱負荷,是一種大溫差低溫送風(fēng)的全新風(fēng)系統(tǒng),室內(nèi)只有顯冷設(shè)備,沒有冷凝水,也沒有回風(fēng)系統(tǒng)。采用DOAS的問題:一是每間房間的送風(fēng)量減少;二是低溫送風(fēng)風(fēng)口可能出現(xiàn)凝露;三是換氣次數(shù)過小,無法保證室內(nèi)一定的空氣流速8。4.2 變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)是一種制冷劑式空調(diào)系統(tǒng),它以制冷劑作為輸送介質(zhì)。由于可以一臺室外機

19、帶多臺室內(nèi)機,又稱為多聯(lián)機系統(tǒng)。變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)采用先進的變頻技術(shù),在l5%100%的容量范圍內(nèi)進行控制,并與無負荷控制相結(jié)合,根據(jù)負荷變化進行穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)控制,滿足不同季節(jié)負荷的調(diào)節(jié)要求。與傳統(tǒng)的集中空調(diào)系統(tǒng)相比,變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:設(shè)備少,管道簡單,節(jié)省空間,布置靈活,系統(tǒng)采用變頻技術(shù)后,室內(nèi)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(diào)房間可以關(guān)閉,避免了集中控制造成的無效能源消耗。變制冷劑空調(diào)系統(tǒng)還可以采用全熱交換器等熱回收設(shè)備,提高系統(tǒng)的節(jié)能水平。4.3 數(shù)碼渦旋技術(shù)數(shù)碼渦旋空調(diào)是一種與變制冷劑流量空調(diào)相近的多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)。數(shù)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(shù)碼渦旋壓縮機通過PWM 閥的開啟和關(guān)閉,不斷變換頂部渦旋盤的升起和嚙合,實現(xiàn)壓縮機的容量調(diào)節(jié)。5 結(jié)論綜上所述,建筑節(jié)能不僅是一項技術(shù)綜合課題,也是巨大的社會課題。我國政府已經(jīng)認識到建筑節(jié)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(jié)能的最大潛力,需要從技術(shù)研究、施工檢驗、政府審計評估,甚至人民節(jié)能意識等各方面努力才能得以實現(xiàn)。參考文獻:1 涂逢祥, 王慶一. 我國建筑節(jié)能現(xiàn)狀及發(fā)展J. 保溫材料與建筑節(jié)能, 2004.7: 4042.2 劉東. 轉(zhuǎn)輪除濕供冷空調(diào)系統(tǒng)的研究D. 上海: 同濟大學(xué), 2003.3 彭美

21、君, 任承欽. 間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用研究與現(xiàn)狀J. 節(jié)能與環(huán)保, 2004, 12:24-26.4 代彥軍, 俞金娣. 轉(zhuǎn)輪式干燥冷卻系統(tǒng)的參數(shù)分析與性能預(yù)測J. 太陽能學(xué)報, 1998, 1: 60-65.5 王茜, 徐士鳴. 冰蓄冷系統(tǒng)研究新進展J. 節(jié)能, 2003,11: 4-7.6 殷亮, 劉道平. 實用節(jié)能技術(shù)-水蓄冷技術(shù)介紹J. 節(jié)能, 1996, 6: 20-24.(下轉(zhuǎn)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(fēng)方式初投資(萬元82.8 61.6 55 年節(jié)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(nèi)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