建筑节能中暖通空调的一般技术措施

1、文章编号:1671-6612(200805-067-04建筑节能中暖通空调的一般技术措施张 莉 1 龚 娇2(1.青岛市建筑设计研究院 青岛 26003;2.青岛弘景设计研究院 青岛 26000【摘 要】 建筑节能是一个广泛而复杂的概念,不仅包括建筑本身的节能技术,还需对建筑设备(主要是暖通空调和照明设备挖掘潜力。对暖通空调中几种节能技术,如非电驱动制冷技术、蓄能技术、热泵技术及热回收技术等进行了综合分析,在暖通设计中通过合理选用节能技术,来实现南方地区节能50%和北方地区节能65%的目标。【关键词】 建筑节能;蓄能;热泵 中图分类号 TU831 文献标识码 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作者简介:张莉(1976.8-,女,工程师。 收稿日期:2008-05-140 引言随着城市房屋的建设和城镇化的快速步伐,以及人们对室内热舒适环境的客观需求,给建筑能耗带来了巨大的压力。而目前我国建筑能耗

5、水平不允许按照城市建设和城市化的节奏增长,建筑节能势在必行。这不仅具有巨大的经济和环保意义,同时也有国防战略意义1。建筑节能是一个广泛而复杂的概念,它一方面依据建筑能耗大小,对建筑本身实行节能技术手段,另一方面需要对建筑设备(主要是暖通空调和照明设备挖掘潜力。除此之外,通过对建筑良好的运行和管理,也是减少建筑投资和能源消耗的重要手段。本文主要介绍建筑设备中暖通专业的节能技术措施,主要包括非电驱动制冷技术、蓄能技术、热泵技术及热回收技术等。1 非电驱动制冷技术常规的电力驱动制冷机组耗电量巨大,用电时段集中,夏季空调季节特别不利于电网的维护,而且从热力学角度考虑,用电制冷/热也不是最优的能源利用方

6、式。利用非电力驱动实现制冷/热成为最近的热点研究之一。 1.1 燃气空调发展燃气空调,既可以缓解由于大量使用电空调器引起的高温季节的电力紧张,又增加了夏季的用气量,可以调节用电用气的季节不平衡,而且燃气空调还具有很好的环保性能。燃气空调的种类较多,可以根据不同的使用场第22卷第5期 2008年10月 制冷与空调 Refrigeration and Air Conditioning V ol.22 No.5 Oct. 2008.6770制冷与空调 2008年·68·合、不同的使用要求来加以选用。根据制冷制热原理和使用目的的不同,燃气空调大致有燃气发动机驱动空调、直燃型吸收式空

7、调机组、冷热电三联供系统。1.2 蒸发冷却蒸发冷却过程是以水作为制冷剂的,由于不使用氟利昂,因而对大气环境无污染,而且可直接采用全新风,极大的改善了室内空气品质。对蒸发冷却来说,是利用水的蒸发取得能量,它不必将蒸发后的水蒸气再进行压缩,冷凝回到液态水后再进行蒸发。一般可以直接补充水分来维持蒸发冷却过程的进行。因此与机械制冷相比,蒸发冷却制冷不需要消耗压缩功,这使得它的COP值有时比机械制冷大得多,从而取得节能的效果3。新近利用低品位能源实现除湿剂的再生,给蒸发冷却空调带来广阔的发展前景。1.3 除湿空调对于舒适性空调,目前大多数空调依靠使空气通过冷表面对空气进行降温减湿,这就导致冷表面成为潮湿

8、表面甚至产生积水,空调停止运行后这样的潮湿表面就成为霉菌繁殖的最好场所。空调系统繁殖和传播霉菌成为空调可能引起的健康问题的主要原因。实现空气除湿而不出现潮湿表面,成为无霉菌的健康空调的主要问题2。除湿空调目的是向室内送入干燥空气以控制湿度,而采用另外独立的系统来排除显热以控制温度,从而全面调节室内热湿环境。这其中的关键就是怎样处理出干燥空气而不造成过高的能源消耗。目前常用的除湿方式除普通空调的冷凝析湿外,主要包括静态吸附除湿法、固体动态吸附除湿法和液体吸收除湿法。静态吸附除湿是利用液体吸湿剂(如溴化锂,氯化锂和固体吸湿剂(如硅胶来吸收空气中的水分。由于吸湿剂的吸湿量有限,只能适用于有限的封闭空

9、间,同时吸湿剂需要定期更换,对大空间和有严格除湿要求的场所难以适用,因此应用范围较小4。1.4 自然通风自然通风是现代建筑普遍采用的一项改善建筑热环境、节约空调能耗的技术。利用自然通风有两个意义:一是实现有效的被动式制冷。当室外空气温湿度较低时,自然通风可以在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温度,带走潮湿气体,满足人体舒适要求。即使室外空气温湿度超过舒适区,需要消耗能源进行降温降湿处理,也可以利用自然通风输送处理后的新风,而省去风机能耗,而且无噪声污染。二是可以提供新鲜、清洁的自然空气,有利于人的心理和生理健康。为了在节约能源的同时长期保持室内空气质量达到健康卫生要求,国外如ALDES公司开

10、发了适合住宅的自然与机械联合的混合通风系统,可以对各房间进行气流控制,保证通风的连续性和空气质量。此外,自然通风还可以用在城市街区建筑的气流控制,通过CFD技术,可以进行合理的小区建筑规划气流设计、楼梯间通风设计、以及室内有组织通风等。2 蓄能技术所谓蓄能,就是利用某种工作物质的特性,将能量蓄存起来。传统的蓄能技术主要是利用工作物质的潜热或显热特性,实现冰蓄冷或水蓄冷,而利用工作溶液化学势能储存和转换蓄能技术已成为新近研究的热点之一。2.1 蓄冷空调蓄冷空调就是利用蓄冷介质的显热或潜热将冷量贮存起来,在用电高峰期将其释放,以满足建筑物的空调或生产工艺的需要,从而达到“移峰填谷”的目的。显热储存

11、是通过降低蓄冷介质的温度进行蓄冷,常用介质有水和盐水;潜热储存是利用介质的物态变化来蓄冷,常用的介质是冰、共晶盐水化合物等相变物质。空调蓄冷的应用技术中,多采用冰蓄冷和水蓄冷方式。冰蓄冷系统可分为静态冰蓄冷系统和动态冰蓄冷系统两种。静态制冰: 冰的制备和融化在同一位置进行,蓄冰设备和制冰部件为一体机构。具体形式有冰盘管式(盘管外融冰、完全冻结式(盘管内融冰和封装式蓄冰。动态制冰: 冰的制备和储存不在同一位置,制冰机和蓄冰槽相对独立。如冰片滑落式系统、冰浆式系统等。目前在工程中实际所采用的大部分制冰系统都是静态的。第22卷第5期张莉,等:建筑节能中暖通空调的一般技术措施·69·

12、;水蓄冷系统以空调用的冷水机组作为制冷设备,以保温槽作为蓄冷设备。空调主机在用电低谷时间将47的冷水蓄存起来,空调运行时将蓄存的冷水抽出使用。水蓄冷是利用水的显热来储存冷量的,系统组成是在常规供冷系统中加入一个或多个蓄水罐。为实现冷量的储存,满足冷负荷的需要,设计合理的水蓄冷罐应能通过维持一个尽可能大的蓄水温差并防止冷水与热水的混合来获得最大的蓄冷效率。与冰蓄冷空调系统相比,水蓄冷空调系统的特点包括:无需其它专门设备,因水蓄冷是利用水的温差进行蓄冷,可直接与常规空调系统匹配;水蓄冷系统可以实现蓄热和蓄冷的双重功能,而冰蓄冷系统只能蓄冷;水蓄冷系统只能储存水的显热,不能储存潜热,因此需要较大体积

13、的蓄冷槽,表面热损失也相应增加,而冰蓄冷系统中的蓄冰设备的体积相对小些。但水蓄冷系统中的蓄冷槽可以利用原有的消防水池、蓄水设施或建筑物地下室等。2.2 电水蓄热电水蓄热系统是指在电力低谷电期间,以水为介质将电锅炉产生的热量储存在蓄热装置中,适时供应给用热设备的系统。公共建筑节能设计标准(GB50189-2005对采用电热锅炉作为采暖和空气调节系统的热源有严格的条件限定。符合条件,并经技术经济比较,方可采用电水蓄热系统9。3 热泵及热回收技术3.1 热泵技术热泵可以把不能直接利用的热能(如空气、土壤、水的热能以及太阳能、工业废热等转换为可以利用的高位热能,从而达到节约部分高位能(煤、石油、天然气

14、、电能等的目的。因此利用低位能的热泵技术是一条极重要的节能途径。热泵主要分为空气源热泵和地源热泵,其中地源热泵根据地下换热介质的不同地源热泵可分为三类:一是与岩土换热的地下耦合热泵系统(也叫土壤源热泵;二是与地下水换热的地下水源热泵系统;三是与地表水换热的地表水热泵系统。新近研究中有地埋管插入建筑桩基的地源热泵系统。另外从广义上讲,还包括利用城市工业废水或民用污水做冷热源的污水源热泵,以及利用海岸近海海水作冷热源的海水源热泵等。美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE在1997年将地源热泵以往的各种名称统一称为地源热泵。3.2 热回收技术所谓热回收系统就是回收建筑物内外的余热/冷或废热/冷

15、,并把回收的能量作为供热/冷或其它加热设备的热源而加以利用的系统。一方面,利用有效的装置从排风所带走的能量中回收部分能量用来处理新风,可以节约本来由制冷或制热机组负担的新风负荷,提高空调系统的效率。另一方面,建筑房间内按设计标准要求需要补充新鲜空气,一些普通的高层建筑空调中,夏季新风负荷就占空调总负荷的30%以上,而对如医院、商场、剧院、体育馆等人员密集的地方,新风的需求量则更大,有的甚至要求全新风,利用回收的热量对新风进行预冷/预热是节约能源的有效措施。全热回收装置主要包括转轮式热交换器和板翅式全热换热器。两种换热器的工作原理见图1、图2。 图1 转轮式热交换器工作原理 图2 板翅式热交换器

16、工作原理转轮换热器高效、自净、可控、适用面广;但装置较大,位置固定,消耗动力,压损较大,有交叉污染。板翅式换热器传热效率高,结构紧凑,轻巧牢固,适应性强,经济性好;但流动阻力较大,可长期使用的密封垫片尚需进一步完善。根据目前全热回收器新风系统的全年能耗分析,能实现节能的室外温度范围为-5.512和2128.5。当室外温度处于-37和2426时,全热回收器的节能效果尤为明显。这对于炎热或严寒季节,空调使用处于高峰时,减少空调能耗,降低用电高峰期的电网负荷非常有利。对于小型热回收装置的适用性,全热式换热器的适用性特征对于以湿热天气为特征的长江中下游地区尤其适当。显热回收装置包括板式、热管和中间冷媒

17、式交换器。板式显热换热器由光滑的板装配而成,一般采用叉流结构形式,新风与回风逆向流动,靠新风与回风的温差进行热量的交换。热管是一种借助工质(如氨、CFC11、CFC113、丙酮、甲醇等的相变进行热传递的换热元件。中间热媒式换热器在排风和新风管上分别装置水空气换热器,通过中间热媒,将热量传递给新风,中间热媒通常为水,为降低冰点,一般在水中加入一定比例的乙二醇。虽然显热式换热器的效率不及全热式换热器,但也有其自身的特点,从节能的角度考虑,完全可以采用。板式显热换热器结构简单,运行安全可靠,费用较低;但体积较大,位置固定,效率较低。分离式热管换热器布置灵活,无交叉污染,运行安全可靠,小温差也可回收热

18、量,壁温可调;但不能回收潜热,效率低,工质特性需慎重考虑。中间热媒式换热器无交叉污染,布置方便灵活,可选通用设备;但有动力消耗,温差损失,效率低。4 其它节能技术4.1 独立新风系统(DOASDOAS是让新风系统承担建筑物全部的新风负荷、室内全部的潜热负荷,以及室内一部分显热负荷,是一种大温差低温送风的全新风系统,室内只有显冷设备,没有冷凝水,也没有回风系统。采用DOAS的问题:一是每间房间的送风量减少;二是低温送风风口可能出现凝露;三是换气次数过小,无法保证室内一定的空气流速8。4.2 变制冷剂流量空调系统变制冷剂流量空调系统是一种制冷剂式空调系统,它以制冷剂作为输送介质。由于可以一台室外机

19、带多台室内机,又称为多联机系统。变制冷剂流量空调系统采用先进的变频技术,在l5%100%的容量范围内进行控制,并与无负荷控制相结合,根据负荷变化进行稳定的运转控制,满足不同季节负荷的调节要求。与传统的集中空调系统相比,变制冷剂流量空调系统具有以下优点:设备少,管道简单,节省空间,布置灵活,系统采用变频技术后,室内机可单独控制,故各房间温度可独立控制,满足舒适水平,同时不需空调房间可以关闭,避免了集中控制造成的无效能源消耗。变制冷剂空调系统还可以采用全热交换器等热回收设备,提高系统的节能水平。4.3 数码涡旋技术数码涡旋空调是一种与变制冷剂流量空调相近的多联式空调系统。数码涡旋压缩机有一种性能称

20、为“轴向柔性”。该性能使涡旋压缩机的静涡旋盘沿轴向可以有很少量的移动。数码涡旋压缩机通过PWM 阀的开启和关闭,不断变换顶部涡旋盘的升起和啮合,实现压缩机的容量调节。5 结论综上所述,建筑节能不仅是一项技术综合课题,也是巨大的社会课题。我国政府已经认识到建筑节能是解决今后能源紧缺问题的有效途径之一。为挖掘建筑节能的最大潜力,需要从技术研究、施工检验、政府审计评估,甚至人民节能意识等各方面努力才能得以实现。参考文献:1 涂逢祥, 王庆一. 我国建筑节能现状及发展J. 保温材料与建筑节能, 2004.7: 4042.2 刘东. 转轮除湿供冷空调系统的研究D. 上海: 同济大学, 2003.3 彭美

21、君, 任承钦. 间接蒸发冷却技术的应用研究与现状J. 节能与环保, 2004, 12:24-26.4 代彦军, 俞金娣. 转轮式干燥冷却系统的参数分析与性能预测J. 太阳能学报, 1998, 1: 60-65.5 王茜, 徐士鸣. 冰蓄冷系统研究新进展J. 节能, 2003,11: 4-7.6 殷亮, 刘道平. 实用节能技术-水蓄冷技术介绍J. 节能, 1996, 6: 20-24.(下转第66页表10 通信机房三种方案的比较热管换热器板式换热器直接引新风方式初投资(万元82.8 61.6 55 年节电量(kWh325324.311 311763.25 355445.97回收年限(年 3.18 2.47 1.93 十年维护费(万元10 10 45 十年净收益(万元167 178 184 对室内洁净度影响无影响无影响影响较大维护费用小小大(主要是过滤器(注:十年净收益=十年