羅東光

1 引言

近年來我國建筑工程市場飛速發(fā)展，由此導(dǎo)致的大量能源消耗與環(huán)境污染問題層出不窮。建筑能耗在我國社會(huì)總能耗中占比高達(dá)25～30%，且還在不斷增加。在我國民用建筑當(dāng)中，能源的損耗主要來源于以下幾個(gè)方面：照明采暖、空調(diào)、通風(fēng)、生活用水等。相關(guān)的統(tǒng)計(jì)資料顯示，僅空調(diào)、通風(fēng)以及采暖這三方面的能耗就占能源損耗總量的50～65%。這就提示我們，今后建筑工程的重點(diǎn)之一就是有效利用暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)，并由此降低我國建筑的整體能耗，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。

2 暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的重要性

我國自進(jìn)入21世紀(jì)以來，現(xiàn)代化建設(shè)的步伐明顯加快，建筑工程方面，暖通空調(diào)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用導(dǎo)致了大量的能源損耗，使我國原本就存在的資源匱乏情況進(jìn)一步加深。建筑工程暖通空調(diào)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要依賴大量的不可再生能源（如煤炭），這些能源的轉(zhuǎn)化與利用在很大程度上依靠電能的供應(yīng)。尤其是當(dāng)夏季來臨，用戶的制冷需求會(huì)導(dǎo)致空調(diào)負(fù)荷的大量投入，此時(shí)若不采取有效的節(jié)能技術(shù)控制空調(diào)負(fù)荷的用電量，電力緊張的情況勢必會(huì)更加嚴(yán)重，因此暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用迫在眉睫。

相關(guān)資料表明，以我國目前的暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)研究程度來看，現(xiàn)階段我國暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)有著良好的應(yīng)用前景，預(yù)計(jì)能使暖通空調(diào)設(shè)備的能耗降低至現(xiàn)有水平的65～80%，有效改善我國能源損耗現(xiàn)狀。從我國現(xiàn)階段的暖通空調(diào)設(shè)備的使用情況來看，暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)有著廣闊的優(yōu)化與改進(jìn)空間。可以預(yù)見的是，隨著對現(xiàn)有技術(shù)的不斷完善與升級，暖通空調(diào)系統(tǒng)可以在滿足人民生活需求的同時(shí)，有效改善我國的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀。

3 暖通空調(diào)節(jié)能新技術(shù)

3.1 變頻技術(shù)

變頻技術(shù)作為一種綜合性技術(shù)，被廣泛運(yùn)用到各行各業(yè)的發(fā)展中，變頻空調(diào)就是變頻技術(shù)應(yīng)用在暖通空調(diào)上的產(chǎn)物。壓縮機(jī)是暖通空調(diào)的重要組成部分，在空調(diào)制冷工況下，整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)耗電量的40%都由壓縮機(jī)消耗，傳統(tǒng)的暖通空調(diào)根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的工況（即220V、50Hz）條件下工作，當(dāng)建筑內(nèi)外溫差不大，溫控需求比較低，空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷較小的情況下，暖通空調(diào)依舊按設(shè)定功率工作，不能根據(jù)外部環(huán)境變化做出相應(yīng)調(diào)整，這就會(huì)導(dǎo)致大量電能的浪費(fèi)。

變頻空調(diào)的原理是通過變頻器改變空調(diào)制冷壓縮機(jī)的供電頻率，從而達(dá)到改變制冷功率的目的，其需要的啟動(dòng)電壓低，當(dāng)供電電壓或者外部環(huán)境溫度較低時(shí)，變頻空調(diào)可以正常啟動(dòng)，這就意味著變頻空調(diào)可以在一些環(huán)境惡劣的地區(qū)（如供電電壓不穩(wěn)定、工作溫度低）持續(xù)、可靠地工作。變頻空調(diào)可通過內(nèi)置的傳感器測定室內(nèi)溫度，進(jìn)而通過改變空調(diào)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)制冷量，為人們提供舒適的生活、工作環(huán)境。變頻技術(shù)賦予了暖通空調(diào)內(nèi)置壓縮機(jī)無級變速的能力，可以有效應(yīng)對大面積、大范圍的制冷、制熱需求。變頻空調(diào)分為兩種，分別是交流變頻空調(diào)和直流變頻空調(diào)，交流變頻空調(diào)的工作原理是測量工作環(huán)境溫度與空調(diào)內(nèi)的預(yù)設(shè)溫度間的溫度差，將該差值輸入頻率控制器，產(chǎn)生特定的頻率信號，由該信號控制加在壓縮機(jī)的電機(jī)上的電壓，改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和制冷量。直流變頻空調(diào)的工作原理是通過改變加在永久磁鐵上的電壓控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制冷、制熱需求。

表1 變頻空調(diào)與傳統(tǒng)空調(diào)的比較

目前，國內(nèi)外的空調(diào)均已廣泛采用變頻技術(shù)，特別是日本國內(nèi)非變頻空調(diào)的數(shù)量只占空調(diào)總數(shù)的10～20%，變頻技術(shù)帶來的節(jié)能效益也十分顯著，通過對壓縮機(jī)安裝變頻裝置，可以使空調(diào)系統(tǒng)的耗電量降低到原水平的70%以下。

3.2 溫濕度獨(dú)立控制技術(shù)

暖通空調(diào)的主要功能有兩個(gè)：①降低室內(nèi)環(huán)境溫度；②降低室內(nèi)環(huán)境濕度。一般用于第二種用途的空調(diào)負(fù)荷占到空調(diào)總負(fù)荷的40%左右，占比相當(dāng)高，而這種負(fù)荷屬于顯熱負(fù)荷，使用低溫冷媒處理規(guī)模龐大的顯熱負(fù)荷，必然會(huì)導(dǎo)致冷源效率的降低。采用溫濕度獨(dú)立控制技術(shù)的空調(diào)可以有效避免這種情況的發(fā)生，該技術(shù)已成為近年來空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。溫濕度獨(dú)立控制技術(shù)的原理如下：室內(nèi)環(huán)境濕度的降低可以通過向室內(nèi)送入經(jīng)過除濕環(huán)節(jié)后的室外新風(fēng)達(dá)到，這樣一來既滿足了降低濕度的要求，也達(dá)到了輸送新鮮空氣的目的；另一方面，室內(nèi)溫度的降低可以通過獨(dú)立的水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)使用的循環(huán)水溫度在18～20℃，通過輻射或?qū)α餍湍┒藖磉_(dá)到降低室內(nèi)溫度的目的。這種技術(shù)的運(yùn)用可以達(dá)到一舉三得的效果：①可以避免降溫、除濕兩種矛盾需求帶來的冷熱抵消；②可以用獨(dú)立水系統(tǒng)中的高溫冷源吸收顯熱，大幅提高冷源效率；③可以提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，改善室內(nèi)工作生活的舒適度，因此該技術(shù)被普遍認(rèn)為是未來空調(diào)的主流技術(shù)。不過該項(xiàng)技術(shù)尚處于攻堅(jiān)階段，一個(gè)需要攻克的重點(diǎn)就是如何對室外新風(fēng)進(jìn)行高效除濕。我國國內(nèi)已有高校開發(fā)出了一種除濕轉(zhuǎn)輪，有望發(fā)展成為一種濕度獨(dú)立控制的室外新風(fēng)處理方法。

3.3 蓄冷技術(shù)

空調(diào)蓄冷的原理是在電網(wǎng)負(fù)荷處于低谷、電價(jià)較低時(shí)將冷能儲(chǔ)存起來，當(dāng)制冷需求較大或電網(wǎng)負(fù)荷處于高峰、電價(jià)較高時(shí)，將預(yù)先儲(chǔ)存的冷能釋放出來，以滿足電網(wǎng)負(fù)荷較大時(shí)人們生活工作的制冷需求，可以簡稱為“削峰填谷”。

蓄冷技術(shù)的使用可以達(dá)到合理使用能量的目的，一般來說，空調(diào)蓄冷系統(tǒng)的制冷設(shè)備容量占常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)容量的50～70%，較低的容量意味著制冷劑使用量的降低，也意味著噪音的減少和工作環(huán)境的改善等。此外，蓄冷系統(tǒng)的工作時(shí)間一般在夜間，此時(shí)冷卻水的溫度必白天低，因此冷凝溫度叫白天也有了顯著降低，間接提高了制冷系統(tǒng)的效率，降低了電能的消耗。

3.4 熱泵技術(shù)

熱泵的工作原理與制冷原理類似，不同的是與空調(diào)中的制冷系統(tǒng)相比，熱泵多了一個(gè)四通閥，熱泵是將低溫位的熱量輸送至高溫位，以達(dá)到升溫取暖的效果。在耗電量相同的情況下，熱泵產(chǎn)生的熱能可達(dá)三倍甚至四倍于電加熱產(chǎn)生的熱能，這充分證明了熱泵是一種高效、節(jié)能、環(huán)境友好的采暖方式?？茖W(xué)統(tǒng)計(jì)表明，煤電的轉(zhuǎn)化效率約為30%，在這一前提下，熱泵的效率系數(shù)必須大于三才能真正意義上成為一種節(jié)能的取暖措施。如今熱泵技術(shù)已經(jīng)十分成熟，其應(yīng)用的難點(diǎn)在于如何盡可能地使效率系數(shù)更高。雖然要達(dá)到足夠高的效率系數(shù)還面臨著很多挑戰(zhàn)，但是熱泵技術(shù)已經(jīng)在無集中供暖、有燃煤限制的諸多地區(qū)發(fā)揮著它的節(jié)能作用。令人欣喜的是，國外研究人員已率先使熱泵的效率系數(shù)達(dá)到甚至超過了3，比如日本近年來推出的以CO2為工作媒質(zhì)的熱泵型熱水器的效率系數(shù)、最新研制出的空調(diào)系統(tǒng)在冬季時(shí)供熱狀態(tài)下的效率系數(shù)都已經(jīng)突破了3的大關(guān)，正在向著“效率系數(shù)達(dá)到4”這一新目標(biāo)發(fā)展。

3.5 數(shù)字化管理節(jié)能控制技術(shù)

暖通空調(diào)的運(yùn)行管理是一項(xiàng)十分重要的任務(wù)，技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)或管理規(guī)范存在的缺陷可以通過空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行節(jié)能控制來彌補(bǔ)，運(yùn)行節(jié)能控制的應(yīng)用可以對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估和修正，能夠使能源消耗向著更加精確細(xì)化的方向進(jìn)行。實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制的最理想途徑是數(shù)字化自動(dòng)控制系統(tǒng)，其主要功能是對建筑物內(nèi)的各種設(shè)備進(jìn)行工況監(jiān)測、功能管理和相關(guān)數(shù)據(jù)測量，能夠以其智能、高效的特點(diǎn)保證建筑物內(nèi)的設(shè)備安全、可靠地運(yùn)行，最大程度上節(jié)省人力和資源。因此，實(shí)現(xiàn)建筑智能化和空調(diào)的自控管理，是暖通空調(diào)的必然發(fā)展趨勢。

4 工程實(shí)例

本文選取上海某繁華地區(qū)商辦樓空調(diào)系統(tǒng)作為工程實(shí)例。

4.1 冷熱源

根據(jù)工程定位需求及節(jié)能方面的考慮，空調(diào)冷源選用四臺(tái)高性能離心式變頻電制冷機(jī)組，同時(shí)選用一臺(tái)水冷螺桿式電制冷機(jī)組用以輔助調(diào)節(jié)，空調(diào)系統(tǒng)的熱源選用三臺(tái)真空燃?xì)鉄崴仩t。

4.2 空調(diào)水系統(tǒng)

空調(diào)水系統(tǒng)采用機(jī)械循環(huán)四管異程式，一次泵變頻變流量系統(tǒng)。離心式冷水機(jī)組配備五臺(tái)變頻冷凍水泵；螺桿式冷水機(jī)組配備兩臺(tái)定頻冷凍水泵，真空鍋爐配備四臺(tái)變頻熱水泵。冷凍水、熱水系統(tǒng)均配備有分集水器，分集水器均為三路配備，一路為商業(yè)空調(diào)，一路為辦公塔樓，一路作為備用。

圖1 冷源水系統(tǒng)示意圖

4.3 冷卻水泵

離心式冷水機(jī)組配備五臺(tái)變頻冷卻水泵，螺桿式冷水機(jī)組配備兩臺(tái)定頻冷卻水泵，塔樓屋面層配備八臺(tái)開式橫流冷卻塔，各冷卻塔風(fēng)扇均配備有變頻器及防凍電加熱器。此工程還配備有余熱利用系統(tǒng)，市政給水可以通過容積式換熱器與冷卻水換熱后作為居民用熱水的預(yù)熱環(huán)節(jié)。

由于計(jì)算機(jī)機(jī)房、通訊設(shè)備房的空調(diào)需求較為特殊，此工程在塔樓屋面層設(shè)置24h冷卻水系統(tǒng)，為4～27層辦公樓標(biāo)準(zhǔn)層供應(yīng)冷卻水。系統(tǒng)配備三臺(tái)閉式冷卻塔，其中兩臺(tái)投入使用，一臺(tái)作為備用。整個(gè)冷卻水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為豎向、橫向皆同程，以滿足系統(tǒng)的水力平衡需求。

4.4 空調(diào)節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)

此工程采用了只能樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)配備一套設(shè)備能耗及效率監(jiān)測中心，逐時(shí)對系統(tǒng)內(nèi)主要設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并能在檢測到異常狀態(tài)時(shí)發(fā)出信號，將相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行頻率修改為指定值，達(dá)到不斷優(yōu)化的目的，以降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

5 結(jié)束語

綜上所述，我國正全力推進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)，在這一大背景下，建筑工程也在飛速發(fā)展。暖通空調(diào)的廣泛應(yīng)用使得社會(huì)各界開始關(guān)注暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)研究，暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用不僅可以加快我國的建設(shè)步伐，也符合節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的要求。隨著暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的完善和進(jìn)步，我國建筑工程市場必將再上一個(gè)臺(tái)階，進(jìn)一步貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀。

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