辛麗琴

(太原科技大學(xué)，山西太原 030024)

暖通空調(diào)系統(tǒng)的熱冷源節(jié)能探討

辛麗琴

(太原科技大學(xué)，山西太原 030024)

從太陽能、熱泵技術(shù)、蓄熱、熱回收技術(shù)、VRF多聯(lián)機(jī)空調(diào)等幾個(gè)方面提出了空調(diào)節(jié)能的方式，并著重探討了幾種節(jié)能方式的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用范圍，對(duì)節(jié)能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展有重要意義。

空調(diào)，節(jié)能，應(yīng)用，蓄熱

低碳經(jīng)濟(jì)是當(dāng)今各國(guó)發(fā)展的基本策略，而綠色建筑必將為先行者。我國(guó)明確城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)新建、改建、擴(kuò)建民用建筑(含居住建筑和公共建筑)必須全面執(zhí)行國(guó)家節(jié)能65%的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。近年來，國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的支持力度不斷加強(qiáng)。國(guó)務(wù)院下發(fā)的《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》，對(duì)中國(guó)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出規(guī)劃。根據(jù)規(guī)劃，節(jié)能環(huán)保行業(yè)到2015年總產(chǎn)值將達(dá)到4.5萬億元，節(jié)能環(huán)保行業(yè)將成為未來中國(guó)經(jīng)濟(jì)的又一新的支柱產(chǎn)業(yè)，可見，探討和研發(fā)節(jié)能技術(shù)勢(shì)在必行，占建筑能耗50%的暖通空調(diào)研發(fā)和推廣節(jié)能技術(shù)顯得尤為重要。這里將著重探討幾種暖通空調(diào)系統(tǒng)熱源的節(jié)能方式。

1 應(yīng)用蓄熱技術(shù)

在體育館和展覽廳等大型公共建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)，由于空間大，使用頻率低，采用節(jié)能措施顯得特別重要。館所常用的采暖系統(tǒng)有(見圖1):1)全部采用散熱器采暖，雖然平時(shí)只需維持5℃的不凍結(jié)室溫，但設(shè)計(jì)室溫為比賽室溫，所以散熱器片數(shù)多，鍋爐設(shè)備、水泵選型就大，平時(shí)采暖只有關(guān)閉大量散熱器，打開入口旁通或低溫運(yùn)行，造成大馬拉小車，鍋爐、水泵不能在最佳工況下運(yùn)行，而長(zhǎng)期處在低負(fù)荷區(qū)，熱效率很低，形成了能源浪費(fèi); 2)采用散熱器+中央空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)采暖，散熱器系統(tǒng)維持平時(shí)5℃的不凍結(jié)室溫，比賽時(shí)啟動(dòng)中央空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)保證比賽室溫，該系統(tǒng)較1)減少了中央空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)平時(shí)的水泵運(yùn)行費(fèi)用功能，但解決不了鍋爐長(zhǎng)期處在低負(fù)荷區(qū)，熱效率低的問題。可是熱源增加水蓄熱設(shè)備后，鍋爐選型是按全天負(fù)荷的平均值來定，鍋爐容量自然小，并經(jīng)常性處在滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，提高了機(jī)組的運(yùn)行效率;另外，利用系統(tǒng)晚上低谷電價(jià)、氣價(jià)蓄熱晝供和邊供邊蓄熱的特點(diǎn)，可以明顯的節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用;其次，鍋爐運(yùn)行也靈活多了，一天高效運(yùn)行一段時(shí)間后停爐，其余由儲(chǔ)熱設(shè)備供熱，并可以避開用氣、用電高峰，從整個(gè)城市來講，解決了用氣、用電的平衡，也大大減少了氣廠、電廠的浪費(fèi);還有比賽和展覽活動(dòng)時(shí)，鍋爐和儲(chǔ)熱設(shè)備一起供熱運(yùn)行來保證室溫，這樣運(yùn)行成本大為減少，運(yùn)行費(fèi)用自然就降低了，最大限度的節(jié)約了能源。太原科技大學(xué)體育館采用了此系統(tǒng)如圖2所示，運(yùn)行效果較理想，自動(dòng)化程度高，采用無人值守，每年節(jié)約20%左右的費(fèi)用。缺點(diǎn)是要求運(yùn)行人員有一定的專業(yè)知識(shí)及計(jì)算機(jī)水平，不斷根據(jù)當(dāng)?shù)氐臅児┨鞖鉁囟茸兓偨Y(jié)運(yùn)行規(guī)律，形成一套使用手冊(cè)，使系統(tǒng)最佳運(yùn)行。

圖1 常用的采暖系統(tǒng)

圖2 增加儲(chǔ)熱裝置后的采暖系統(tǒng)

2 推行太陽能、地源熱泵系統(tǒng)

近年頻現(xiàn)的霧霾天氣引起政府與民眾的高度重視，在我國(guó)，三北地區(qū)是強(qiáng)制性采暖區(qū)，冬季的采暖成為霧霾的重要成因，國(guó)務(wù)院出臺(tái)的《關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量指導(dǎo)意見的通知》中明確規(guī)定，各級(jí)地方政府要拿出切實(shí)措施解決城鎮(zhèn)和農(nóng)村煤炭替代與用能結(jié)構(gòu)調(diào)整。綠色、環(huán)保、低碳、節(jié)能的太陽能熱利用發(fā)展這幾年突飛猛進(jìn)，太陽能生活熱水應(yīng)用已非常成熟，但由于太陽能季節(jié)和晝夜變化，大大增加了用于采暖的難度，單獨(dú)使用太陽能已不能很好地滿足用能需求。太陽能與熱泵、燃?xì)?、電、生物質(zhì)能等能源互補(bǔ)使用能更好的滿足消費(fèi)者需求。太陽能熱水系統(tǒng)互補(bǔ)使用的主要是電能、熱泵，太陽能燃?xì)?、生物質(zhì)能等能源互補(bǔ)還處于起步階段，在歐洲，太陽能與其他能源互補(bǔ)應(yīng)用是供熱和制冷的有效方式之一，特別是太陽能與燃?xì)?、太陽能與生物質(zhì)能在采暖和大型供熱中的應(yīng)用很普遍，經(jīng)驗(yàn)很豐富。太陽能的利用主要是大面積、連成片，熱量的收集效果才會(huì)明顯，西藏、新疆太陽能采暖利用就非常有利，其系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、換熱儲(chǔ)熱裝置、控制系統(tǒng)、輔助能源、泵、連接管道和末端散熱器等組成，以太陽能為主、電鍋爐為輔，再配以地下蓄水池方式進(jìn)行蓄熱，把春、夏、秋的熱量跨季節(jié)存儲(chǔ)供冬季采暖使用，提高了太陽能的利用率，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

地源熱泵系統(tǒng)，利用的是地球內(nèi)部的熱量，其熱源比較穩(wěn)定，尤其是夏熱冬冷的地區(qū)，夏天需要制冷、冬天需要制熱，夏、冬都可以利用它作為空調(diào)系統(tǒng)的熱冷源，采用熱泵技術(shù)，充分利用無價(jià)的地?zé)?，大幅度的降低了運(yùn)行費(fèi)用成本，節(jié)能效果明顯，而且也避免了因吸熱與釋熱不平衡引起巖土體溫度的降低和升高。再者它有著技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠的特點(diǎn)，隨著燃?xì)?、電價(jià)格的上漲，其優(yōu)勢(shì)越來越明顯，應(yīng)在中原地區(qū)大量推廣，缺點(diǎn)就是大城市的建筑密度大，而地源熱泵系統(tǒng)需要的占地面積大。學(xué)校運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地多，有利于該系統(tǒng)的使用，應(yīng)重點(diǎn)考慮。

復(fù)合太陽能采暖，太陽能+地源熱泵+燃?xì)忮仩t互補(bǔ)系統(tǒng)，綜合開發(fā)利用。前者都為綠色能源，綜合利用效果要比單一使用更為理想。學(xué)校公共建筑和學(xué)生宿舍比較多，可以在大面積屋頂安裝太陽能，地下設(shè)置地源熱泵，四季用于生活熱水，夏季冬季用于中央空調(diào)制冷制熱，從調(diào)研中原高校的使用，太陽能的加入，很好地解決了生活熱水，并在冬季學(xué)校寒假期間，無熱水需求時(shí)，其和地源熱泵一同用于采暖的防凍循環(huán)，主機(jī)幾乎不需開啟，節(jié)約了運(yùn)行成本。缺點(diǎn)就是太原地區(qū)對(duì)保溫的要求高，最冷天氣時(shí)各系統(tǒng)的變換頻繁，自動(dòng)化程度高。

3 VRF多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)加熱回收新風(fēng)系統(tǒng)

辦公室使用VRF多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，最大的優(yōu)點(diǎn)是能在部分負(fù)荷時(shí)以高能效比運(yùn)行。因我國(guó)的設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定夏季室外計(jì)算溫度采用歷年不保證50 h的干球溫度，冬天不保證1 d的日平均溫度。使得普通空調(diào)系統(tǒng)90%以上的時(shí)間處在大馬拉小車的狀態(tài)，再加上人員素質(zhì)不同，冬天穿襯衣也不關(guān)小空調(diào)，用多用少一個(gè)價(jià)，能源浪費(fèi)非常大。采用該系統(tǒng)后可以自動(dòng)根據(jù)室溫減少制冷劑流量，達(dá)到既恒溫又節(jié)能的目的，同時(shí)有一些房間不需要冷(熱)量時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備也會(huì)自動(dòng)降低制冷劑流量，從而減少能耗。其次，靈活性大，可大可小隨意組合，有利于與負(fù)荷匹配，達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。第三，制冷劑直接與房間的空氣進(jìn)行熱交換，無二次熱損失，這樣就要求管道保溫要跟上，否則，管道損失也不可低估。但冷凝器(空調(diào)室外機(jī))通常是通過風(fēng)扇降溫散熱，而且大部分集中置于房屋的房頂，現(xiàn)大多數(shù)辦公樓都增加了電加熱的直飲水供應(yīng)，若冷凝器改用水冷系統(tǒng)，充分利用其熱能來加熱直飲水的供水或洗手水，這樣，既取消了風(fēng)扇的用電，又降低了直飲機(jī)的用電，大大節(jié)省了能源。

再加熱回收新風(fēng)機(jī)利用回收排風(fēng)熱量(冷量)來降低室內(nèi)冷熱負(fù)荷的新風(fēng)/排風(fēng)熱交換外，還有凈化的、除塵的、滅菌的、缺氧監(jiān)控、通風(fēng)換氣、新風(fēng)旁通、回風(fēng)轉(zhuǎn)換等功能?？筛鶕?jù)場(chǎng)合需要選擇，既能最大限度的節(jié)約能源又可以提高環(huán)境的舒適度。

總之，節(jié)能是一個(gè)綜合因素的結(jié)果，不同的環(huán)境，方式不同，應(yīng)因地制宜，不能死搬硬套。通過對(duì)建筑的功能、位置、人文、地理的充分了解，結(jié)合具體的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過節(jié)能優(yōu)化組合，才能顯現(xiàn)其綜合效益。另外，運(yùn)行管理人員的綜合素質(zhì)、水平需要強(qiáng)化，一個(gè)良好的節(jié)能系統(tǒng)很大程度上取決于管理水平的高低。

［1］ 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

Hot cold source energy saving HVAC system discussed

Xin Liqin

(Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030024，China)

From the solar energy，heat pump technique，thermal storage，heat recovery technique，and VRFmulti-split air-conditioner system，the paper points out the air-conditioner energy-saving forms，explores advantages and disadvantages of some energy-saving approaches and their applied scopes，so as to extend the development of energy-saving technique.

air-conditioner，energy-saving，application，thermal storage

TU201.5

A

1009-6825(2015)29-0186-02

2015-08-05

辛麗琴(1967-)，女，工程師