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暖通空调节能新技术综述
摘要：暖通空调对人们的生产生活有着重要的意义，因此暖通空调的前景非常广阔。本文对关于暖通空调新技术作了简单的论述，分别介绍了蓄能空调，地源热泵技术，变风量空调系统，温湿度独立控制空调系统的基本特点。
关键词：建筑节能；蓄能空调；地源热泵；变风量；温湿度独立控制
Summary of HVAC energy-saving technologies
Abstract：HVAC has great significance on people's production and life, therefore, there is a very broad outlook of HVAC.This article about HVAC briefly discues new technology and introduces the basic characteristics of the storage air conditioning, ground source heat pump technology, VAV systems, independent control of temperature and humidity respectively.Keywords: Building energy efficiency;storage air-conditioning;ground source heat pump;VAV;independent control of temperature and humidity
0.引言
建筑能耗占总能耗的比例日益增长，随着城市建设的高速发展，我国的建筑能耗逐年大幅度上升，已达全社会能源消耗量的32%，加上每年房屋建筑材料生产能耗约1 3%，建筑总能耗已达全国能源总消耗量的45%。我国现有建筑面积为400亿㎡，绝大部分为高能耗建筑，且每年新建建筑近20亿㎡，其中95%以上仍是高能耗建筑。庞大的建筑能耗，已经成为国民经济的巨大负担，为满足人们在生产生活中的需求又能最大限度的节能，除了传统空调技术外，一些暖通空调新技术如蓄能空调、地源热泵、变风量技术、热湿分离空调系统等也将得到广泛的应用[1]。
1.蓄能空调
蓄能空调是指利用蓄能设备在空调系统不需要能量的时间内将能量储存起来。在空调系统需要的时间内将这部分能量释放出来，包括：潜热蓄能，显热蓄能。
1.1 冰蓄冷的优点
它的优点是：平衡电网峰谷负荷，减缓电厂和供配电设施的建设；制冷主机容量减少，可使空调系统电力增容费和供配电设施费降低；利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用；电锅炉及其蓄热技术无污染、无噪声、安全可靠且自动化程度高不需要专人管理；冷冻水温度可降到1-4℃，实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗；相对湿度较低，空调品质提高，可有效防止中央空调综合症（具有应急冷热源），空调可靠性提高（冷热量全年一对一配置，能量利用率高）。
1.2 冰蓄冷存在的问题
其缺点是：在不计电力增容费前提下，一次性投资比常规空调大；蓄能装置要占用一定的建筑空间；制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低、电锅炉制热时效率有可能较热泵低。
1.3 解决方法
冰蓄冷缺点已得到克服。冰蓄冷空调一次性投资较常规空调大已得到有效克服，通常对于适合采用冰蓄冷空调的建筑，如常规空调系统选用风冷热泵或直燃型溴化锂吸收式制冷机，一般冰蓄冷空调投资不会超过常规空调系统；但如果常规系统选用水冷式电动冷水机组则其投资通常较冰蓄冷低20%左右，但如计及电力增容费二者投资也有可能持平。有些蓄能装置可不占用有效建筑空间。如温州体育馆，蓄冰装置分别采用无压混凝土槽、无压或有压钢槽（罐）等分设于绿化草皮地下、停车场地下、屋顶等非使用建筑空间，蓄能空调机房面积可做到不超过常规空调冷冻机房占用面积。利用自控系统，将蓄存冷量全年一对一有效利用，做到空调全年用电量不增加，如结合大温差、超低温送风空调技术其全年用电量可得到节约[2]。
2.地源热泵
地源热泵是以地源能(土壤、地下水、地表水、低温地热水和尾水)作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季供暖供热的低温热源，同时是实现供暖、制冷和生活用水的一种系统。它用来替代传统的用制冷机和锅炉进行空调、供暖和供热的模式，是改善城市大气环境和节约能源的一种有效途径，也是国内地热能利用的一个新发展方向。
2.1 地埋管热泵系统研究现状
近年来，地下埋管换热器类型、土壤换热器传热分析、土壤热物性参数有效性测试及施工工艺成为地埋管热泵系统的热点研究内容。其中，地埋管换热器有水平和竖直2 种埋管方式。当可利用地表面积较大，浅层岩土体的温度及热物性受气候、雨水、埋设深度影响较小时，宜采用水平地埋管换热器。否则，宜采用竖直地埋管换热器。
2.2 地埋管热泵系统存在问题
水平埋管由于占地面积较大，除了在单元住宅等建筑中能有一定的应用外，其他中大型建筑形式中的应较为有限。为了提高单位占地面积的换热量，需要考虑利用沿垂直方向的岩土层的蓄热作用，如设置多层盘管等。若水平埋管埋深较浅(如在2 m以内)则热泵运行后地温可在下1 个运行季节到来时通过与地面的传热而恢复，但埋深较深时，地温却只能部分恢复。
与水平埋管相比，垂直埋管方案更具有大型工程的实际意义，垂直埋管方式可以在较小的占地面积下获得较大的换热能力，但同时必须考虑的是地温恢复问
题。垂直埋管换热器有2 种基本形式: U 型管式和套管式，U 型管式埋管换热器可以用于埋深特别深的工程中，原因是其具有安装方便，不易出现渗漏等优点。目前利用U 型管式埋管换热器的埋深可达180 m。套管式埋管换热器则可以充分利用钻孔资源，由于其外表面与岩土间的换热面积较大，因此换热能力比U 型管高，但是套管式埋管换热器却存在结构复杂、有渗漏担心及不能用于钻孔深度很深的场合等不足。
2.3 地埋管热泵系统解决方法
因此，对于多层埋深较深的水平管地下埋管换热器，在应用上往往需要结合太阳能进行热补偿或应用于冬、夏两季冷热联供使用，以克服上述问题[3]。
3.变风量空调系统
3.1 变风量系统与定风量的比较
集中式空调定风量系统存在着诸多缺陷，它是按照最大热湿负荷确定送风量的，送风量全年不变，当室内负荷减少时，调节再热量，提高送风温度维持室温，浪费热量或冷量。针对定风量系统存在的问题，提出了解决方法：减少送风量，维持室温。通过这种手段，节约了因提高送风温度所需热量，使得系统处理风量减少，风机电耗下降，制冷机冷量下降。
3.2 变风量空调系统应用现状与问题
VAV 空调系统真正进入国内的时间较晚, 技术相对复杂, 控制环节多, 尤其是对系统和设备的控制要求较高, 使得VAV 系统的节能性没有充分体现出来, 此外, 系统还存在无法达到调节要求、运行不稳定等问题, 这也大大限制了VA V 系统在国内的推广和应用。
3.3 解决方法
降低风机能耗是实现VAV 空调系统节能的重要一环, 而优化风机特性是降低能耗的关键。因此研究VAV 末端管路特性与风机特性的匹配, 实现风机的优化配置和运行可以大大降低系统能耗[4]。
4.温湿度独立调节空调技术
4.1常规空调系统与温湿度独立控制空调系统的比较
目前常规空调系统大多采用冷凝除湿方式处理空气，降温与除湿同时进行。而实际上降温所需的冷源温度明显高于除湿所要求的冷源温度，而且此种处理方式很难满足建筑室内空气温度与湿度同时变化的需求。将温度与湿度独立处理的空调系统可以避免常规空调系统热湿耦合处理带来的问题，能够有效提高空调系统的能源利用效率。在温湿度独立控制空调系统中，采用17 ℃ 左右的冷冻水即可实现控制室内空气温度的目的;采用溶液除湿或冷凝除湿等多种方式处理新风，可以实现控制室内空气湿度及提供新鲜空气的需求[5]。
4.2 毛细管辐射供冷
毛细管辐射空调是一种以塑料作为毛细管材料，采取毛细管作为传热末端，表面形成“冷网格”形式的新型辐射空调，它以冷水作为冷量输送介质，具有安装使用方便、重量轻等特点。毛细管辐射空调在应用中存在不同的安装布置方式：直接裸露安装、表面喷涂或5-10mm水泥砂浆、混合砂浆在天花板、地面或墙壁上供冷，也可结合建筑装修，与石膏板或金属顶板组合成模块后安装[6]。
4.3 溶液除湿系统
江亿等对溶液除湿供冷技术进行了大量的研究, 并在工程应用上取得了较好的节能效果。溶液除湿空调技术的关键在于溶液除湿过程和溶液再生过程。传统溶液除湿空调采取的技术路线是室外新风直接进入除湿器进行溶液除湿, 利用热泵或其他辅助设备加热溶液, 加热后的溶液直接与室外空进行热湿交换, 使溶液再生。由于热湿地区室外空气含湿量高, 加大了除湿器的除湿负担, 室外空气与再生溶液表面的水蒸气分压力差小, 导致溶液的再生浓度及效率降低, 削弱了传统溶液除湿技术在该类地区的节能效果。
溶液除湿系统在除湿和减少污染物方面具有一定的优势，通过与压缩式/ 吸收式制冷机、天然气锅炉和太阳能设备等相结合，在ARI 标准工况下的性能系数为0.71 ～ 1.25，具有较好的应用前景。李震，等提出了一种带有溶液热回收器的新风空调机，可以用来回收室内排风的能量，使得新风机的性能系数明显提高[7]。
5.结束语
暖通空调关系到千家万户的冷暖, 关系到人们的健康和安全，关系到工作效率和产品质量，还关系到国家能源安全、资源消耗和环境污染。工程设计是影响暖通空调工程质量最重要的一个环节, 暖通空调设计方案直接关系到系统性能特性、能耗、投资和运行费用,。因此方案设计是暖通空调设计工作最重要的环节之一。以往的暖通空调设计多重功能、轻节能，对节能的考虑仅限于满足设计规范、标准提出的限定性要求，即被动适应规范、标准，而非主动追求合理发挥系统的节能潜力。建议在设计过程中导入节能目标，将重功能、轻节能的设计传统，转变为保功能、重节能的设计理念，综合能耗、投资、运行费用 等特性，从而提高暖通空调系统的建筑节能水平。
参考文献
[1] 伍小亭.暖通空调系统节能设计思考[ J].暖通空调,2012,42(7):1-11
[2] 徐伟等.日本热泵蓄能技术的发展现状与趋势[ J].暖通空调,2008,38(1):24-30
[3] 徐伟, 刘志坚等.中国地源热泵技术发展与展望[ J].暖通空调,2013，29（10）: 26-33
[4] 马素贞，刘传聚.变风量空调系统发展状况[ J].暖通空调, 2007, 37(1): 33-36
[5] 张涛, 刘晓华, 江亿等.温湿度独立控制空调系统应用性能分析[ J].暖通空调, 2010,26(10):147-150
[6] 高志宏，刘晓华，江亿.毛细管辐射供冷性能实验研究[ J].太阳能学报,2011,32(1):
102-106
[7] 唐易达,郑文亨，贾彬，等.热湿条件下溶液除湿空调的性能分析[ J].暖通空调, 2010,61(11): 2805-2808
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