机电安装工程暖通空调新技术及发展研究

2022-02-06杨洪伟

大众标准化 2022年4期

杨洪伟

（甘肃紫轩酒业有限责任公司，甘肃嘉峪关 735100）

随着科技水平的持续提高，一批暖通空调新技术，在机电安装工程中得到广泛应用，这对机电安装质量、能源利用效率的提升起到十分重要的作用，被业界一致视为推动机电安装工程跨越式发展的关键。与此同时，新型暖通空调技术的应用时间较短，一些技术人员对技术原理及具体应用的掌握还需进一步提升，为此进行以下分析。

1 机电安装工程暖通空调新技术的具体应用

1.1 地源热泵技术

地源热泵是在机电安装工程中配置地源热泵机组、室内末端系统、室外地源换热系统等设施设备，以地下水、岩土体或是地层土壤等作为低温热源，启动地源热泵机组持续将陆地浅层能源转换为高品位热能的一项技术手段，在寒冷冬季持续向室内环境输入地热，在炎热夏季将室内环境中的热空气导入浅层陆地，以维持恒定的室内环境温度。一般情况，地源热泵机组每消耗1 kwh能量，即可转换获取超过4 kwh的冷量或是热量，节能效果显著。

在机电安装工程中，地源热泵技术价值主要体现在可再生能源利用、节能环保、用途广泛、易于维护保养四方面。其中，在可再生能源利用方面，地源热泵系统主要利用浅层陆地中蓄存的地热能源，在泵机运行期间消耗少量电能进行能量置换，将地热能源转换为可供暖通空调系统使用的冷量或热量，明显减轻了暖通空调系统对电能的依赖性，实际运行成本较低，取得理想的经济效益。在节能环保方面，地源热泵系统的COP值超过4，相比传统的电供暖方式，减少了70%以上的电力消耗，且地源热泵机组等装置在运行期间不会产生废弃燃料、浓烟等污染物，不会对周边生态环境造成污染破坏。在用途方面，地源热泵系统既可以用于建筑室内环境的供暖或制冷，维持恒定室内温度，同时，也可用于供应生活热水等其他用途，具备“一机多用”条件。而在易于维护保养方面，地源热泵系统的组成结构较为简单，以地源热泵机组为核心设备，有着机组紧凑、机械运动部件占比小的特征，不易出现使用故障。

1.2 变频变量技术

在传统暖通空调系统中，空调与电机等设备缺乏自调节能力，无法根据外部环境条件的变化来实时调整风量、用电量、冷量等运行参数。为满足建筑采暖与制冷需求，空调、水泵电机等设备在运行期间始终保持高负荷或是满负荷运行状态，导致设备老化速度加快、使用寿命缩短、运行能耗居高不下。针对于此，需要在暖通空调系统中应用到变频变量技术，加装变频器、传感器、变送器等装置，组建变频调速控制子系统。在系统运行期间，由传感器持续采集温度、湿度、压力和流量等现场监测信号，持续感知室内外环境变化情况与暖通空调运行工况，再由变送器将传感电信号转变为规则化电压输入值调节器，根据模拟输出结果来调整变频器的电压频率。如此，在环境条件发生改变时，暖通空调系统将自动调节水泵电机运动幅度、冷冻水流量等运行参数，保持暖通空调系统状态、周边环境的匹配状态，取得节能效果，延长暖通空调设备的实际使用寿命，如通过调整电动机启动电流和减少压缩机启停次数来延长压缩机使用寿命。

1.3 冷热源储存技术

从暖通空调运行成本角度来看，我国多地均实施用电分档收费模式，不同时间段的电费价格存在明显差异，昼间电费价格较高，夜间电费价格相对较低。与此同时，传统暖通空调系统不具备冷热源储存功能，在系统运行期间持续获取市电，系统实际运行成本较高。针对这一问题，需要应用到冷热源储存技术，控制暖通空调系统在夜间或是电费价格相对较低的时间段内启动制冷、制热装置，将电能转换为冷源、热源并加以存储，在昼间与电费价格较高时间段释放预先存储的冷源、热源，藉此来降低系统运行成本。例如，对冷源储存功能的实现，需要在暖通空调系统中安装冷冻空调，以水、冰作为蓄冷媒介，夜间启动制冷装置，水在低温条件下冻结成冰，并在昼间通过融冰方式来释放储存冷源，降低室内环境温度。

1.4 新风预处理技术

在现代机电安装工程中，对室内环境空气品质提出更高要求，需要应用新风预处理技术，采取热回收、专业除湿等措施，消除新风对空气品质与常规空气条件造成的干扰，维持恒定的室内环境温度与空气湿度。其中，热回收措施是在新风管道以及排风管道将各处安装全热轮换式交换器，起到交换潜热、交换显热的作用，将冷、湿负荷控制在合理范围内，也可选择连接盘管与循环泵来构建单环路闭式热回收系统，负责预冷夏季空气。而专业除湿措施是在暖通空调系统中加装除湿器与使用天然冷源，在系统运行期间，预冷器内输送室外新风，经过冷水进行冷却处理来控制潜热、显热，再经由除湿器除湿处理、与干燥新风混合回风、冷却盘管输送后吹入室内环境。

1.5 区域冷热电联供技术

在传统暖通空调系统中，普遍采取集中式发电、远程送电方式，实际发电效率较低，普遍在30%~40%左右，产生较大的输电损耗，导致暖通空调系统运行能耗居高不下。为解决这一问题，需要应用到区域冷热电联供技术，构建区域型或是楼宇型的冷热电联供系统，区域型系统涵盖范围内的全部建筑物，建设独立能源供应中心与安装外网设备，楼宇型系统则是在独栋建筑物内安装小容量机组来搭建冷热电供应系统。随后，对系统范围内的暖通空调实施并网管理，经由通风管道与制冷制热站来输送热气、冷气，并对余热进行收集、利用，从而实现减少暖通空调使用频率、降低系统运行能耗、提高能源利用效率的目的。

1.6 低温地板辐射采暖技术

低温地板辐射采暖是在地板下方空间内铺设盘管系统，依次开展固定分集水器、铺设保温层与埋地管材、设置伸缩缝、回填细石混凝土、铺设地板作业，使用60 ℃以内热水作为热源，在盘管内循环流通热水，热量通过管壁、地板持续向周边辐射散热，解决传统采暖方式房间顶部、底部存在明显温差的问题。与此同时，也可选择在地板下方铺设低温发热电缆，在电缆通电运行期间，通过碳纤维发热体或是合金电阻丝进行发热，透过地板向室内环境传送热量。根据实际应用情况来看，在机电安装工程中，低温地板辐射采暖技术价值体现在改善采暖效果、节能、不占用室内使用空间、使用寿命四个方面。其中，在改善采暖效果方面，早期暖通空调系统普遍采取热风对流循环方式，在热风对流期间会带动空气中的灰尘流动，且室内环境湿度明显降低，容易诱发皮肤干燥、过敏性症候群、支气管炎等人体健康问题的出现，而低温地板辐射采暖则采取辐射导热方式，明显改善了采暖效果，居住者不易出现身体不适情况，且室温曲线更符合人体生理需求，房间底部温度略高于顶部温度。在节能方面，热媒低温传送期间的热损量明显低于热风对流等传统采暖方式，一般情况下的节能幅度达到20%左右，在加装分区温控装置时的节能幅度提升至40%左右。在室内使用空间方面，传统采暖方式需要在建筑室内空间摆放暖气片、支管、电暖风机等设备，占用一定的室内空间，并对家具布置、建筑室内装修效果造成影响，而低温地板辐射采暖系统仅需在地板下方铺设盘管或是低温发热电缆，一般情况下可增加2%~3%的室内使用面积。在使用寿命方面，采暖盘管、低温发热电缆由于暗埋在地板下方，使用期间不会受到人为破坏、外力碰撞，基本不出现故障问题，以采暖盘管为例，平均使用寿命超过50年。

1.7 BIM技术

考虑到现代暖通空调系统有着结构复杂、涉及多个专业、设计与安装难度较高的特征，需要在虚拟演示、管线优化设计、数据算量、水力计算等场景中应用到BIM技术，这对改善暖通空调运行状况、提高设计水准、保障设备管线安装质量有着重要的现实意义。例如，在虚拟演示场景中，在BIM软件中构建可视化的三维数据模型，以及开展模拟施工试验，以动画形式呈现暖通空调安装过程，将BIM模型与试验结果作为技术交底、专业交流、施工指导的主要凭证。而在管线优化设计场景，由设计人员对模型中的管线数量、规格、位置等参数进行调整，开展仿真实验，模拟不同管线方案时的系统运行状态，并开展碰撞检查工作，检查管线是否存在软、硬碰撞点。

2 机电安装工程暖通空调技术的发展趋势

2.1 保持水力平衡

在暖通空调系统运行期间，受到管网流动阻力特性变化、流体自由液面差变化、管路阻力差异、末端设备相互影响等多方面因素影响，偶尔出现水力失调问题，由此导致流量分配不均、空调能耗浪费严重、室内环境冷热不均等状况出现，没有起到应有的采暖制冷效果。针对于此，需要推动暖通空调技术体系向保持水力平衡方向发展，根据工程情况，综合采取加装散热器恒温阀、加装自力式压差控制阀、优化空调管路结构、调整支线用户过渡流量等控制措施，彻底解决空调水力失调问题。例如，在暖通空调系统中加装散热器恒温阀，这类阀门由传感器、执行器两部分组成，恒温阀根据室内、室外环境气温变化值来调节自身开度，起到负荷调节作用。同时，也可选择新型的四管制管路方法，在空调箱内接入热盘管以及冷盘管，各组盘管均具备一根进水管和一根回水管，分别接入热水、冷水，确保暖通空调系统在运行期间可以随时切换制冷模式与制热模式。

2.2 应用新型能源

在早期机电安装工程中，受到技术限制，暖通空调系统普遍以电能作为能源供应，在电能传输期间受到线路长度等因素影响，产生较高的线损量，电能实际利用效率较低，导致暖通空调系统运行成本高昂，并造成不必要的资源浪费，与可持续发展理念、绿色低碳建筑理念相违背。与此同时，在电能生产、使用期间，还会对生态环境造成一定程度的破坏，包括火力发电时产生不良气体、暖通空调运行期间排放大量二氧化碳。因此，为提高机电安装工程的经济效益、环境效益，需要使用新型可再生能源或是清洁能源作为暖通空调技术体系的主要发展方向，应用到地源热泵、主动式/被动式太阳能采暖、太阳能制冷等新型技术。例如，主动式太阳能采暖技术是在系统结构中加装太阳能集热器、储热器等装置，以电能作为辅助能源，由集热器蓄存接收太阳辐射能量时的热量，将空气或是水作为载热介质，持续提高载热介质温度，再经由风机或是水泵装置将热量传送至室内环境，起到室内采暖效果。

太阳能制冷技术是通过集热器进行光热转换实现制冷目的，或是通过光电转换器进行光电转换来实现制冷目的。根据实际应用效果来看，光电转换方式存在电能耗量过高、制冷成本高昂的局限性，实际应用价值有限，而光热转换方式的可行性相对更高，可以通过吸收制冷、吸附制冷方式加以实现。其中，吸收制冷是使用高沸点吸收剂材料与低沸点制冷剂材料，在集热器载热介质中添加吸收剂，由太阳能提供溶液加热热源，制冷剂溶液在高温条件下出现蒸发现象，水蒸气在冷凝器装置内冷凝成水，进入蒸发器起到降低冷水温度作用。吸附制冷是在暖通空调系统中加装太阳能吸附发生器，以太阳能作为热源，设备所吸附气态制冷剂在受热条件下进行解析反应，冷凝为液体并流入蒸发器进行制冷。

2.3 自我调节

传统暖通空调系统的自动化程度较低，需要采取人工干预手段来调整系统运行状态及运行模式，如在水泵、风机出口部位安装阀门，由工作人员调整阀门开度来控制系统局部阻力、调节流量等参数，这无疑加大了暖通空调系统的运维管理工作量，产生额外的使用成本，且暖通空调系统实际运行效果和预期存在出入。因此，需要以实现自我调节作为暖通空调技术体系的主要发展方向，应用到信息传感、自动控制、人工智能、变频变量等技术手段，重点提高暖通空调系统的自动化、智能化水平，进而实现无人值守目标。例如，对于新风机组，应用信息传感等技术手段来增设自动监控功能，安装若干种类传感器，持续对电机运行状态、风机出口部位空气温湿度、新风过滤器两侧压差、新风阀启闭状态等要素进行检测，对比检测数据与额定值，根据对比结果来下达相应控制指令，如在冬季风机出口部位空气湿度不达标时调整干蒸汽加湿器阀门，在风机出口部位温度不达标时调整热水换热器水侧端调节阀，并在检测到系统异常运行、外部环境剧烈变化时自动采取相应保护措施，如在冬季出现热水温度骤降时停止风机与新风阀门，避免换热器在低温条件下出现冻裂故障。