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摘要：本文根据自己参建的一些工程，浅谈了暖通空调节能环保的装置系统设计，阐述了自己的观点，供同行参考。
关键词：暖通空调；节能环保；装置系统；可再生能源
中图分类号：TE08文献标识码： A 文章编号：
引言：我国是世界上最大的房间空调器生产国，也是世界上最大的冷水机组市场，同时是世界上房屋建设规模最大的国家。世界银行预测到2015年全世界新建筑的一半将出现在中国，我国的建筑能耗比占到总能耗比的45%以上，其中空调能耗又占建筑能耗二分之一以上。目前，世界范围内能源危机和国内大面积电力紧张的严峻形势下，空调节能成为节约能源的核心话题。据分析，到2020年，我国空调高峰负荷节电空间约9000万千瓦，相当于5个三峡电站满负荷容量，相应可减少电力投资400亿元以上。在设计和应用空调系统时提高節能意识，充分合理采取措施降低能耗，对缓解能源危机具有战略意义，以下浅谈空调节能的几个方向。
1 暖通空调系统的设计
1.1 改善暖通空调系统的设计
(1)空调系统的设计原则：一是系统应保证各个房间(楼梯间除外)的室内温度能独立调控；二是便于实现分户或分室(区)热量(费)分摊的功能；三是管路系统尽量简单、管材消耗量少、节省初投资。暖通空调系统特别是中央空调系统是一个庞大复杂的系统，据统计发达国家空调系统耗电量占到建筑总耗电量的70%以上，我国也随着城市化进展也逐年呈上升趋势（下图为北京市夏季2000年-2004年空调用电负荷百分比统计），某种意义上系统设计的优劣直接影响到系统的使用性能，优化设计对系统的节能起着重要的作用。
北京市2000年-2004年夏季空调用电负荷统计
(2)改善围护结构性能。对于暖通空调系统而言，通过围护结构造成的热损失在整个空调系统能耗中占有很大比重，而围护结构的保温性能决定围护结构综合传热系数的大小，亦即决定通过围护结构消耗的能耗所占空调负荷的大小。因此，选用合适的不同材料的墙体结构材料，提高围护结构的保温隔热性能在空调系统节能中是十分必要的。
表1 计算中用到的墙体材料的热工性能
表2 墙体结构及其隔热层
1.2 改善建筑围护结构的保温性能，减少冷热损失
就我国南方地区建筑特点，应推广各种屋顶遮阳、外墙遮阳、窗户遮阳等措施，以减少太阳辐射。 暖通空调系统中，围护结构的保温性能决定综合传热系数并最终决定通过围护结构的空调负荷的大小，所以在国家相应出台的建筑节能设计规范和标准中，首先要求的就是提高围护结构的保温隔热性能。现代节能建筑对墙体热阻要求非常高，开发同时能满足承重和保温两种性能要求的墙体材料，非常困难，因此必须考虑走结构和保温相结合的复合技术路线，国际上，建筑节能做的比较好的国家都是走这条技术路线。常见的高效保温材料的保温性能是极其优越的，玻璃棉、岩棉、聚苯乙烯泡沫塑料板等保温性能相当于同厚度粘土红砖的20倍，在设计中应根据相应节能标准结合地域及实际差异进行合理的围护结构材料的选择及设置相应的遮阳等措施。
1.3 提高系统控制水平
智能建筑内通风、空调系统设计与节能建筑内的温度标准的确定，冬季过高和夏季过低的温度不但会造成能源的浪费，也会给人体带来不舒适。有资料表明，选择合理的室内温度，对暖通空调系统的节能有重要的作用。采用舒适性评价指标即体感指标作为空调系统的调控参数，合理降低室内给定值标准（如夏季降温时，取较高的干球温度和相对湿度做设定值；冬季采暖时，取较低的干球温度和相对湿度做设定值；适度减少新风量，通过调节新风量冷负荷可减少到50%-70%，热负荷可减少到近35%）不仅可以解决传统控制方法存在的弊病，而且可以实现大幅度的节能。研究表明，采用这种控制方法可使空调系统在人体舒适的条件下节能30％左右。智能建筑楼宇自控系统将建筑内所有设备集成一个系统，实现信息共享，进行综合管理和最佳控制，其作用和效益是巨大的。
2 开展热能回收工作，最大限度地利用能源
2．1热回收装置
空调系统耗能的特点之一是大量余热的浪费。热回收装置可在空调系统运行过程中，使状态不同(载热不同)的两种流体，通过某种热交换设备进行总热(或湿热)传递，不消耗或少消耗冷(热)源的能量，完成系统需要的热、湿变化过程，从而达到节能的目的。在建筑物的空调负荷中，新风负荷所占比例比较大，一般占空调总负荷的25％～30％。为保证室内环境卫生，空调运行时要排走室内部分空气，必然会带走部分能量，而同时又要消耗能量对新风进行处理。如果在系统中设置能量回收装置，用排风中的能量来处理新风，就可减少处理新风所需的能量，降低机组总负荷，提高空调系统的经济性。
目前常用的做法有转轮式余热交换器、板翅式换热器、热管换热器、建筑结构蓄热(冷)、热回收环、热泵系统等热回收装置和系统。其中前四种属于直接接触式热回收装置，热回收环、热泵式两种则为间接式热回收装置。如果热泵与直接接触式热回收设备联合使用，其热回收效率比单一设备要高得多。工程中有转轮式热回收与热泵的联合工作系统，热管热回收与热泵的联合工作装置等。
2．2热回收措施
(1)排风余热回收
暖通空调系统中减小新风负荷是暖通空调节能的重要途径，充分利用排风的能量，对其进行回收，从而对新风进行预冷或预热，最终达到节能的目的。排风余热回收可分为显热回收和全热回收，目前常用的热回收设备可大致分为转轮全热交换器、板式显热交换器、板翘式全热交换器、中间热媒式热交换器和热管式换热器等等。
(2)制冷机组的冷凝热回收
制冷机组冷凝热回收的换热设备目前逐渐引起人们的重视。此类的热回收设备可以与不同的系统结合起来使用。如果与生活用热水系统相结合，使压缩之后的制冷剂首先进入板式热交换器，生活用水通过热交换器的另一侧，由于被压缩后的制冷剂温度较高，只要设计合理，它能够提供的热量完全可以将水加热到生活用所需的温度，然后将热水储存在保温水箱中，用以满足人们的需要。当制冷机组的冷凝器所产生的热量不能够将水加热到需要的温度时，亦可在系统中添加水源热泵作为辅助热源以满足用户需要。这样的系统既可以避免冷凝热排放到大气中造成热污染，又可以节省为提供热水而设的锅炉及其附属设备，避免了由于燃料的燃烧向大气排放的各类有害物，应该说是一种效果明显，又有环保作用的节能技术。
3 加强可再生能源的空调系统的推广
随着暖通空调的广泛应用，空调系统对不可再生能源的消耗将大幅度上升，同时对生态环境的破坏也在日趋加剧。如何利用可再生能源及低品位能源已经成了该领域重要的研究课题。地源热泵空调系统以及利用太阳能都是很好的节能措施。
(1)太阳能的热利用是目前建筑中利用太阳能的主要利用形式。它包括被动式和主动式两种形式。被动式太阳能房的结构相对简单、造价低、不需要任何辅助能源，通过建筑方位合理布置和建筑构件的恰当处理，以自然热交换方式来利用太阳能，它是太阳能建筑发展的主流。主动式太阳房结构较为复杂，造价较高，需要用电作为辅助能源，采暖降温系统由太阳集热器、风机、泵、散热器及储热器等组成。此外，太阳能集热板、太阳能光电板发电技术等先进技术也已经在建筑节能领域得到广泛的应用，在建筑外围护结构中还可采用太阳能集热墙，利用太阳能采暖，随着技术的日趋成熟，相信此类能源在暖通系统中的应用将有广阔前景。
(2)地源热泵是一种利用地下浅层土壤的热资源（也称地能，包括地表水、土壤或地下水等），通过输入少量的高位能源(如电能)将低温位能向高温位能转移，以实现既可供热又可制冷的高效节能空调系统。据统计，地源热泵消耗1KW的能量用户可以得到5KW热量或4KW以上的冷量，其制冷、制热系数可达3.5-4.4，比傳统的空气源热泵高出40%左右，其运行费用是普通中央空调系统的50-60%,因此称它为节能型空调系统,该技术近年来在美国、加拿大和瑞士、德国都发展较快。地源热泵利用地能一年四季温度稳定（一般为10-25℃）的特点，冬季把地能作为热泵供暖的热源，即把高于环境温度的地能中的热能取出来供给室内采暖。夏季把地能作为空调的冷源，即把室内的热能取出来释放到低于环境温度的地源中。在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。
4 采用先进的暖通空调系统自控策略
暖通空调系统先进的自控策略，不仅可以保证暖通空调房间温、湿度控制精度要求，节约人力，而且是防止暖通空调系统多余能量损失，节约能耗的重要环节。随着电子技术、计算机和网络技术的提高，暖通空调系统的控制技术在软、硬件方面都有了迅猛发展。通过采用先进软件体系的暖通空调中央监控系统，可以实现系统的实时监控及长时间的统计分析(如绘制运行趋势图、编制并完善故障库等)，保证系统的节能运行。例如通过在线检测回风的CO2浓度来控制最小必要新风量，既能满足通风卫生要求，又能达到节能的目的。另外，一个可靠、精确、具有智能功能的计算机检测与控制系统可以依据室外气象条件与室内热湿负荷，在满足使用要求的前提下，确定最佳节能温、湿度控制方案和最节能的空气处理过程。空调系统自动运行采用先进的控制设备，也可大大提高空调系统的运行效率。工程中用到的可编程恒温控制阀是目前设定控制温度的新型产品，它可以通过改变程序来设定、改变和存储多个数据。暖通空调系统使用者可根据个人需要设置每月甚至每天的控制程序让空调系统按预定的要求工作，在保证热舒适的前提下节能约10％。在使用中开发并利用功能强大、界面友好的控制软件也是保证空调系统节能运行的有效措施。
5 结语
综上所述，随着国内建筑和交通的高速发展，节能的重点已从工业逐渐转向建筑和交通。由于暖通空调系统的节能是建筑节能的主要部分，因此暖通空调系统的节能不仅关系到人们的冷暖、健康、安全、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，是关系国计民生和国家可持续发展的重要行业。因此，我们有必要对暖通空调系统在节能方面存在的问题给予重视，使暖通空调系统具有并发挥经济性、节能性、安全性、舒适性和美观性的作用，使其对国民经济的发展和人民生活的提高带来正面效应。
参考文献
【1】王丽莉. 浅谈暖通空调设计的几个问题[J]. 中国新技术新产品，2011（12）
【2】杨华. 暖通空调的节能技术研究[J]. 中国科技博览，2008（32）
【3】鲁力齐. 暖通空调节能措施探讨[J]. 科技创业家，2012（3）
关键词：暖通空调；节能环保；装置系统；可再生能源
中图分类号：TE08文献标识码： A 文章编号：
引言：我国是世界上最大的房间空调器生产国，也是世界上最大的冷水机组市场，同时是世界上房屋建设规模最大的国家。世界银行预测到2015年全世界新建筑的一半将出现在中国，我国的建筑能耗比占到总能耗比的45%以上，其中空调能耗又占建筑能耗二分之一以上。目前，世界范围内能源危机和国内大面积电力紧张的严峻形势下，空调节能成为节约能源的核心话题。据分析，到2020年，我国空调高峰负荷节电空间约9000万千瓦，相当于5个三峡电站满负荷容量，相应可减少电力投资400亿元以上。在设计和应用空调系统时提高節能意识，充分合理采取措施降低能耗，对缓解能源危机具有战略意义，以下浅谈空调节能的几个方向。
1 暖通空调系统的设计
1.1 改善暖通空调系统的设计
(1)空调系统的设计原则：一是系统应保证各个房间(楼梯间除外)的室内温度能独立调控；二是便于实现分户或分室(区)热量(费)分摊的功能；三是管路系统尽量简单、管材消耗量少、节省初投资。暖通空调系统特别是中央空调系统是一个庞大复杂的系统，据统计发达国家空调系统耗电量占到建筑总耗电量的70%以上，我国也随着城市化进展也逐年呈上升趋势（下图为北京市夏季2000年-2004年空调用电负荷百分比统计），某种意义上系统设计的优劣直接影响到系统的使用性能，优化设计对系统的节能起着重要的作用。
北京市2000年-2004年夏季空调用电负荷统计
(2)改善围护结构性能。对于暖通空调系统而言，通过围护结构造成的热损失在整个空调系统能耗中占有很大比重，而围护结构的保温性能决定围护结构综合传热系数的大小，亦即决定通过围护结构消耗的能耗所占空调负荷的大小。因此，选用合适的不同材料的墙体结构材料，提高围护结构的保温隔热性能在空调系统节能中是十分必要的。
表1 计算中用到的墙体材料的热工性能
表2 墙体结构及其隔热层
1.2 改善建筑围护结构的保温性能，减少冷热损失
就我国南方地区建筑特点，应推广各种屋顶遮阳、外墙遮阳、窗户遮阳等措施，以减少太阳辐射。 暖通空调系统中，围护结构的保温性能决定综合传热系数并最终决定通过围护结构的空调负荷的大小，所以在国家相应出台的建筑节能设计规范和标准中，首先要求的就是提高围护结构的保温隔热性能。现代节能建筑对墙体热阻要求非常高，开发同时能满足承重和保温两种性能要求的墙体材料，非常困难，因此必须考虑走结构和保温相结合的复合技术路线，国际上，建筑节能做的比较好的国家都是走这条技术路线。常见的高效保温材料的保温性能是极其优越的，玻璃棉、岩棉、聚苯乙烯泡沫塑料板等保温性能相当于同厚度粘土红砖的20倍，在设计中应根据相应节能标准结合地域及实际差异进行合理的围护结构材料的选择及设置相应的遮阳等措施。
1.3 提高系统控制水平
智能建筑内通风、空调系统设计与节能建筑内的温度标准的确定，冬季过高和夏季过低的温度不但会造成能源的浪费，也会给人体带来不舒适。有资料表明，选择合理的室内温度，对暖通空调系统的节能有重要的作用。采用舒适性评价指标即体感指标作为空调系统的调控参数，合理降低室内给定值标准（如夏季降温时，取较高的干球温度和相对湿度做设定值；冬季采暖时，取较低的干球温度和相对湿度做设定值；适度减少新风量，通过调节新风量冷负荷可减少到50%-70%，热负荷可减少到近35%）不仅可以解决传统控制方法存在的弊病，而且可以实现大幅度的节能。研究表明，采用这种控制方法可使空调系统在人体舒适的条件下节能30％左右。智能建筑楼宇自控系统将建筑内所有设备集成一个系统，实现信息共享，进行综合管理和最佳控制，其作用和效益是巨大的。
2 开展热能回收工作，最大限度地利用能源
2．1热回收装置
空调系统耗能的特点之一是大量余热的浪费。热回收装置可在空调系统运行过程中，使状态不同(载热不同)的两种流体，通过某种热交换设备进行总热(或湿热)传递，不消耗或少消耗冷(热)源的能量，完成系统需要的热、湿变化过程，从而达到节能的目的。在建筑物的空调负荷中，新风负荷所占比例比较大，一般占空调总负荷的25％～30％。为保证室内环境卫生，空调运行时要排走室内部分空气，必然会带走部分能量，而同时又要消耗能量对新风进行处理。如果在系统中设置能量回收装置，用排风中的能量来处理新风，就可减少处理新风所需的能量，降低机组总负荷，提高空调系统的经济性。
目前常用的做法有转轮式余热交换器、板翅式换热器、热管换热器、建筑结构蓄热(冷)、热回收环、热泵系统等热回收装置和系统。其中前四种属于直接接触式热回收装置，热回收环、热泵式两种则为间接式热回收装置。如果热泵与直接接触式热回收设备联合使用，其热回收效率比单一设备要高得多。工程中有转轮式热回收与热泵的联合工作系统，热管热回收与热泵的联合工作装置等。
2．2热回收措施
(1)排风余热回收
暖通空调系统中减小新风负荷是暖通空调节能的重要途径，充分利用排风的能量，对其进行回收，从而对新风进行预冷或预热，最终达到节能的目的。排风余热回收可分为显热回收和全热回收，目前常用的热回收设备可大致分为转轮全热交换器、板式显热交换器、板翘式全热交换器、中间热媒式热交换器和热管式换热器等等。
(2)制冷机组的冷凝热回收
制冷机组冷凝热回收的换热设备目前逐渐引起人们的重视。此类的热回收设备可以与不同的系统结合起来使用。如果与生活用热水系统相结合，使压缩之后的制冷剂首先进入板式热交换器，生活用水通过热交换器的另一侧，由于被压缩后的制冷剂温度较高，只要设计合理，它能够提供的热量完全可以将水加热到生活用所需的温度，然后将热水储存在保温水箱中，用以满足人们的需要。当制冷机组的冷凝器所产生的热量不能够将水加热到需要的温度时，亦可在系统中添加水源热泵作为辅助热源以满足用户需要。这样的系统既可以避免冷凝热排放到大气中造成热污染，又可以节省为提供热水而设的锅炉及其附属设备，避免了由于燃料的燃烧向大气排放的各类有害物，应该说是一种效果明显，又有环保作用的节能技术。
3 加强可再生能源的空调系统的推广
随着暖通空调的广泛应用，空调系统对不可再生能源的消耗将大幅度上升，同时对生态环境的破坏也在日趋加剧。如何利用可再生能源及低品位能源已经成了该领域重要的研究课题。地源热泵空调系统以及利用太阳能都是很好的节能措施。
(1)太阳能的热利用是目前建筑中利用太阳能的主要利用形式。它包括被动式和主动式两种形式。被动式太阳能房的结构相对简单、造价低、不需要任何辅助能源，通过建筑方位合理布置和建筑构件的恰当处理，以自然热交换方式来利用太阳能，它是太阳能建筑发展的主流。主动式太阳房结构较为复杂，造价较高，需要用电作为辅助能源，采暖降温系统由太阳集热器、风机、泵、散热器及储热器等组成。此外，太阳能集热板、太阳能光电板发电技术等先进技术也已经在建筑节能领域得到广泛的应用，在建筑外围护结构中还可采用太阳能集热墙，利用太阳能采暖，随着技术的日趋成熟，相信此类能源在暖通系统中的应用将有广阔前景。
(2)地源热泵是一种利用地下浅层土壤的热资源（也称地能，包括地表水、土壤或地下水等），通过输入少量的高位能源(如电能)将低温位能向高温位能转移，以实现既可供热又可制冷的高效节能空调系统。据统计，地源热泵消耗1KW的能量用户可以得到5KW热量或4KW以上的冷量，其制冷、制热系数可达3.5-4.4，比傳统的空气源热泵高出40%左右，其运行费用是普通中央空调系统的50-60%,因此称它为节能型空调系统,该技术近年来在美国、加拿大和瑞士、德国都发展较快。地源热泵利用地能一年四季温度稳定（一般为10-25℃）的特点，冬季把地能作为热泵供暖的热源，即把高于环境温度的地能中的热能取出来供给室内采暖。夏季把地能作为空调的冷源，即把室内的热能取出来释放到低于环境温度的地源中。在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。
4 采用先进的暖通空调系统自控策略
暖通空调系统先进的自控策略，不仅可以保证暖通空调房间温、湿度控制精度要求，节约人力，而且是防止暖通空调系统多余能量损失，节约能耗的重要环节。随着电子技术、计算机和网络技术的提高，暖通空调系统的控制技术在软、硬件方面都有了迅猛发展。通过采用先进软件体系的暖通空调中央监控系统，可以实现系统的实时监控及长时间的统计分析(如绘制运行趋势图、编制并完善故障库等)，保证系统的节能运行。例如通过在线检测回风的CO2浓度来控制最小必要新风量，既能满足通风卫生要求，又能达到节能的目的。另外，一个可靠、精确、具有智能功能的计算机检测与控制系统可以依据室外气象条件与室内热湿负荷，在满足使用要求的前提下，确定最佳节能温、湿度控制方案和最节能的空气处理过程。空调系统自动运行采用先进的控制设备，也可大大提高空调系统的运行效率。工程中用到的可编程恒温控制阀是目前设定控制温度的新型产品，它可以通过改变程序来设定、改变和存储多个数据。暖通空调系统使用者可根据个人需要设置每月甚至每天的控制程序让空调系统按预定的要求工作，在保证热舒适的前提下节能约10％。在使用中开发并利用功能强大、界面友好的控制软件也是保证空调系统节能运行的有效措施。
5 结语
综上所述，随着国内建筑和交通的高速发展，节能的重点已从工业逐渐转向建筑和交通。由于暖通空调系统的节能是建筑节能的主要部分，因此暖通空调系统的节能不仅关系到人们的冷暖、健康、安全、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，是关系国计民生和国家可持续发展的重要行业。因此，我们有必要对暖通空调系统在节能方面存在的问题给予重视，使暖通空调系统具有并发挥经济性、节能性、安全性、舒适性和美观性的作用，使其对国民经济的发展和人民生活的提高带来正面效应。
参考文献
【1】王丽莉. 浅谈暖通空调设计的几个问题[J]. 中国新技术新产品，2011（12）
【2】杨华. 暖通空调的节能技术研究[J]. 中国科技博览，2008（32）
【3】鲁力齐. 暖通空调节能措施探讨[J]. 科技创业家，2012（3）