探究节能环保技术在暖通空调系统中的应用

田家乐 解卫东 杨薇 李思远

摘 要：近年来，随着大量民用和工业建筑的建设，暖通空调系统得到了广泛的应用。但在其大量建设和投用的过程中也产生了一些能源和环境问题。本文介绍了一些应用在暖通空调系统中的节能、环保技术以供探讨。

关键词：节能环保技术;暖通空调系统;应用

随着我国经济水平逐渐提升，各类建筑物日益增多，暖通空调系统的应用得到了广泛普及，随之也带来了能源消耗以及对环境的影响等问题。所以，新的节能环保技术的开发并应用到暖通空调系统中，就显得尤为重要。

1 暖通空调系统的作用

随着现代建筑的迅速发展，建筑环境的重要性得到人们的高度重视。建筑环境的好坏不仅直接影响身处建筑内的人员的舒适度，而且与人员的工作效率、生产的产品质量都有着密不可分的关系。暖通空调系统通过调节建筑热湿环境以及室内的空气品质，满足了人们生产、生活对建筑环境的要求。

2 节能环保技术对暖通空调系统的意义

现代建筑对于能源的消耗是巨大的，其中约80%来自于暖通空调系统。夏季空调系统的庞大能耗对城市电网产生了巨大压力，很多城市不得不采取增容或限电措施;冬季供暖不仅消耗大量的能源，而且锅炉燃烧产生的大量SO2、NOx、CO和悬浮颗粒物对环境造成了严重破坏。城市大量的能源消耗还导致了“城市热岛”效应的产生，而“城市热岛”又导致夏季空调负荷的增加，据测算，空气温度每升高1℃，空调容量约增加6%。[1]因此，节能环保技术的应用对暖通空调系统有着重大意义。

3 节能环保技术在暖通空调系统中的应用

3.1 采用合理的冷热源

合理的设计系统是实现节能的一个重要的关键点，其中冷热源的合理配置是至关重要的一点。总容量相同时，不同的冷热源台数和容量的搭配，运行能耗并不会完全相同。尤其是在空调冷源的选择上，离心机一般制冷量较大，在负荷率较高的情况下COP较高，而螺杆机在部分负荷时效率较高，所以在选择时可以将二者组合搭配，形成多台大容量机组配一台小容量机组的组合方式，以保证在不同冷负荷工况下冷源系统的高效运行。通常按以下原则来选择：

小容量机组制冷量Q1=Qmin/y;大容量机组制冷量Q2=Q1/z;大容量机组台数N=（Qmax-Q1）/Q2

式中，Qmin为最小冷负荷;Qmax为最大冷负荷;y为小容量机组最低负荷率;z为大容量机组最低负荷率。

另外，在选择冷源容量时，应严格按照系统冷负荷来选择，不可有附加。当机组规格不能符合计算冷负荷的要求时，所选机组的总装机容量与计算冷负荷的比值不得超过1.1。[2]

3.2 变频技术的应用

变频技术在暖通空调系统中主要应用于风机、水泵以及制冷机组等设备。电机功率与转速和频率之间有如下关系：

N2/N1=（n2/n1）3=（f2/f1）3

式中N2、N1为电机功率;n2、n1为电机转速;f2、f1为电机频率。可见，电机功率变化随转速和频率变化的三次方成正比，随着电机频率的降低，功率将出现大幅度的降低。在设备选型时，一般根据各空调区逐时冷负荷的综合最大值或冷负荷的累计值来选择冷机容量和空调设备，大部分工况下，空调系统都处于部分负荷运行的状态。通过制冷机组、冷冻水泵以及空调风机、冷却塔风机等变频控制，使之随系统负荷的变化而变化，实现供需匹配，节能效果显著。但是，变频器的变频范围也有一定限制，一般在70%～100%范围内的节能效果比较明显，若变频至50%，功率降至12.5%，电机效率将严重下降，[3]在变频器设置时需要予以考虑。同时，冷冻水泵变频也要考虑冷机的最小流量限制和水流量变化速率限制。

3.3 采用蓄冷技术

我国大部分空调冷源采用电制冷方式，这就导致夏季空调冷负荷高峰也是电力负荷的高峰，对电网的负荷特性造成了巨大影响。蓄冷技术的应用可以起到削峰填谷的作用，有效缓解高峰期的电网压力，减少区域电力装机容量，提高发电机组谷段发电效率，间接达到节能减排的效果。采用冰蓄冷装置，可以实现低温大温差供冷，使得供应相同冷量所需的水流量更小，降低输送能耗，在区域供冷系统中具有较大的节能意义。同时，蓄冷技术的应用，可以减少制冷机组的装机容量以及相应的变配电设备，在实行峰谷电价的地区还可以得到很好的经济效益。

3.4 空气源热泵的应用

空气源热泵通过制冷循环，在夏季通过吸收室外空气的冷量向室内供冷，冬季吸收室外空气的热量向室内供热。空气源热泵驱动能源为电能，在冷热量转移的过程中对环境没有污染，相对于传统的电采暖效率较高，因此，近年来被作为“煤改电”的重要选择之一。空气源热泵供热时的COP在标准条件下可以达到3.0，并且随着室外空气温度的升高，COP值也会变大，节能效果更加明显。随着喷气增焓等新技术的应用，在-15℃的工况下，COP也可以达到2.0以上。空气源热泵+太阳能集热器、空气源热泵+蓄热式电锅炉的互补供暖，在我国北方地区也可以得到广泛的应用。

3.5 充分利用太阳能

太阳能作为清洁的可再生能源，在暖通空调领域具有非常大的利用潜力。目前，在太阳能资源充足的地区，已经可以实现太阳能供暖、供应生活热水、提供空調以及照明等。利用太阳能集热器收集的热量对水加热，经贮热水箱蓄热后可以向建筑提供采暖热水和生活热水。受大气透明度的影响，当不能完全利用太阳能保证建筑供暖或热水需求时，可由辅助热源补充加热。利用太阳能蓄热水箱中的热水作为吸收式制冷机组的热源，可以在夏季向建筑提供冷冻水，满足空调需求。

4 结语

当今，我国能源和环境问题日益凸显，作为建筑能耗“大户”的暖通空调系统，从方案论证、系统设计到设备选型，应因地制宜，充分考虑建筑所在地域的特点和政策导向，尽可能多的应用节能环保新技术，在节能减排的同时兼顾项目的经济性。

参考文献：

[1]陆亚俊，马最良，邹平华.暖通空调[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50736-2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]李跃.变频器在暖通空调系统中的应用探讨[J].节能，2016（8）：73-76.