暖通空调系统中节能技术的运用探究

刘泽宇

（广州市设计院集团有限公司，广东广州 510620）

0 引言

我国大部分地区为温带以北地区，因此大部分建筑内需要进行一定时间的供暖，而且随着人们对于生活质量的要求不断提高，暖通空调已经深入普通百姓的家庭生活中。随着暖通空调系统的不断发展，环境保护和节能问题日益突出，这些问题与可持续发展的节能理念背道而驰，因此提高现代社会对环境保护的要求迫在眉睫。其中，改善暖通空调系统的节能应用，大幅降低能耗是我国建设节能型国家的关键，所以必须不断研究环境保护和节能技术在暖通空调系统中的应用。

1 暖通空调系统进行环保节能技术的重要性

随着城市化和工业化的发展，建筑污染和工业污染日益严重，特别是近年来频繁发生的雾霾等极端恶劣天气使人们无法正常出行。暖通空调系统是建筑技术的重要组成部分，但在当前倡导节能减排的社会趋势下，低碳环保理念对暖通空调的发展产生重要影响。无论是住宅建筑还是公共建筑，其供暖或制冷都需要消耗大量的能量，约占建筑总能耗的30%。

因此，在暖通空调系统和设备上使用节能技术，可以进一步降低能耗。为了平衡经济发展与能源消耗的矛盾，并确保建筑行业的可持续发展，大幅降低建筑能耗势在必行[1]。

2 暖通空调系统节能技术运用的影响因素

2.1 环保理念不深刻

生态节能的概念已提出多年，但在推广方面仍有许多工作要做。首先，对节能技术及其在生活中的应用的认识还不成熟。在冬季，加热质量评估仅限于“充分燃烧”等理念；在夏季，气候质量的评估取决于降温速率。另外，关于节能和绿化的知识也仍然缺乏。从科学角度来说，如果温度变化太快，加热和冷却就不能仅建立在“感觉”的基础上，这样虽然人们身体感觉很舒服，但却对人体健康有害，即所谓的气候疾病。因此，暖通系统需适当调整内部温度，并与外部温度相结合，以确保两者之间没有过大的温差。此外，一些暖通空调系统是实际运行COP 值较低的设备，这也与节能环保的理念相违背。综上所述，说明环保理念的建立与推广对节能环保的施行具有一定的积极作用。

2.2 围护结构对于暖通空调的影响

围护的结构包括外围护和内围护，外围护结构主要包括屋顶、外墙和窗户（包括阳台门等）；内维护结构主要由采暖建筑的地板、天花板、内隔墙等组成。房屋结构的传热损失占总热损失的很大一部分，以广州某典型的四单元六层砖混结构房屋为例：建筑结构引起的传热损失约占总热损失的77%（包括内外墙25%、窗户24%、楼梯墙11%、屋顶9%、门下部3%、底层3%）；通过门窗洞口的空气热损失约为23%，在稍北一点的城市，通过房屋结构的传热损失约占总热损失的65%（包括26%的外墙、26%的窗户、8%的屋顶、1%的阳台下部门、1%的外门和3%的地板）；通过门窗开口的空气渗透热量约为27%。显然，提高围护结构的热性能对暖通系统的节能具有重要意义。

2.3 建筑规划对暖通空调的影响

建筑规划设计是建筑节能的一个重要方面。节能规划有许多需要进行改善和处理的地方，除了一些自然因素的影响，为了优化建筑内部的气候条件，促进节能，还需特别注意利用冬季盛行的风向、地形、土壤形态下的太阳能，以及利用自然条件[2]。

3 节能技术在暖通空调系统中的应用

3.1 变频节能技术的应用

节能变频技术是暖通空调系统中运用的其中一种节能技术，具有诸多优点。如采用节能变频技术，可以大大降低暖通空调系统的能耗，其运行方式不仅可以灵活适应实际需要，还可以优化和完善暖通空调系统。暖通空调系统采用变频节能技术的主要原因如下：传统的暖通空调系统在设计上具有一定的冗余性，增加了暖通空调系统的运行压力，延长了暖通空调系统的运行时间。在暖通空调系统中采用变频技术是为了大大降低系统的功耗和运行成本。由于建筑物室外气候变化，导致设备很少在满负荷工况下运行或根本无法满负荷运行。此外，如果负荷降低，空调同样必须在额定功率后下才能继续正常运行。因此采用变频技术可大大降低暖通空调系统的能耗，可根据空调系统的实际负荷灵活选择运行方式，在不同气候条件下通过调节空调系统的输出功率，达到节能减排的目的。

3.2 暖通空调系统中蓄冷技术应用

不同地区、不同城市、城市的不同区域，有不同的等级、不同的电力负荷情况，但在低能耗的情况下，供电系统的供电能力没有得到充分发挥，剩余供电非常明显。暖通空调系统中蓄冷技术应用有效降低管网高峰期的能耗压力，提高资源的利用率。在低能耗条件下，冷却系统可以将系统中的水冻结成冰，从而在低温下储存能源；高能耗条件下，冷却系统中储存的低温能量可以通过冷却储存技术释放出来，以降低房间室内温度。在暖通空调系统中采用蓄冷技术可以有效降低系统的供给压力，现代社会能源消耗高峰期中，在提高经济效益的同时，更是能够起到节能减排的作用。

3.3 变风、水量技术

变风量技术主要利用变风量空调的末端设备来感知内部负荷的变化，即切断空调的供气，保证与传统的定风量空调相比可以达到更高的性能。变风量空调通常可以节省大约1/3 的能源，在暖通空调系统中的应用是通过风量变化实现对内部负荷的感知，并根据负荷对风量进行适当调节，这就意味着空调的送风是根据内部温度进行调节，以保持内部温度。

变水量能够对水量进行控制以达到对室内温度控制的作用，而且相对于传统的控制系统，变水量技术能够对能源进行更有效的利用[3]。

3.4 可再生能源的利用

3.4.1 自然风能源的利用

自然风冷是暖通空调应用中可再生能源的重要组成部分。如果外部空气的数值和温度低于内部空气的数值和温度，则可以利用外部空气的自然冷却能力。在冷却过程中，为了满足全部或部分内部冷却负荷，这通常发生在季节过渡期和夜间冷却期间，可用的方法有直接空气冷却和夜间通风冷却。自然风冷与传统空调系统相比，外部自然风冷利用自然风为建筑物提供所需的冷却能力，使其运行时无电或少电，不仅节约能源，减少环境污染，还可以提高室内空气质量。另一个可用于暖通空调系统的重要可再生能源是自然风冷效应，此应用程序通常使用夜间冷却或直接使用新鲜空气冷却。与传统空调系统相比，自然空气可以提供室内空调，提高空气质量，目的是节约能源，不污染环境。著名的法兰克福商业银行就利用中庭式自然通风设计（如图1 所示），其大大提升暖通空调系统的节能效率。

图1 法兰克福商业银行中庭自然通风设计

3.4.2 太阳能应用

太阳能技术在暖通空调中的应用主要采用主动与被动式采暖与制冷技术，其主要包括两个方面：

（1）太阳能采暖。太阳能集热器的发展较为缓慢，但是其中蕴含较多的可利用资源，作为一种可再生资源，太阳能集成器中的真空管可以承受较多的外部压力。

（2）太阳能制冷。太阳能制冷作为一种新兴技术，其主要包括压缩式和吸收式制冷及吸附式制冷。

太阳能压缩冷却技术的研究重点是将太阳能转化为电能。然后利用电能运行压缩冷却系统。太阳能吸附冷却包括从系统中取出加热器和冷却器，并将太阳能集热器与吸附槽相结合，在夜间利用室外空气进行自然冷却，完成冷却功能。

3.4.3 地下水能利用

众所周知地下水具有隔热功能，水源热泵技术主要利用地表温度形成地下水、河流等积温带。利用地下水的能量，地热能可以连续吸收，局部热能可以在一定程度上积累，通过向热泵提供高能热能将其转化为电能。然而，必须特别注意每项技术在应用中的实施效果。例如，在使用地下水时，必须考虑水质，如果不符合标准，则无法进行转换。

3.4.4 空气热能

如果能有效地利用和推广空气热能，不仅能为居民提供热能或舒适的热水，而且具有清洁和生态环保的特点。夏热冬暖的气候特征非常重要，特别是珠江地区，年平均气温约23℃左右。该地区人口约1.7 亿，如果推广使用热泵热水器，每台功率为2kW，每天仅运行1h，该地区每月可减少800 万t 的碳排放量，如果大规模应用，可减少化石能源的消耗。从应用效果来看，空气热能不仅可以调节室内温度，而且可以改善空气质量，符合建筑改造和环境保护的理念，也满足改善环境的需要。

4 结语

随着社会的不断发展，电力已成为现代生活中非常重要的资源，空调作为一种电器，越来越多地出现在人们的生活中。然而，随着空调利用率的提高，对低碳环保发展趋势的影响也越来越大。在此背景下，将环保节能技术应用于暖通空调系统，可以为我国的环境保护做出巨大贡献。