淺談暖通空調(diào)技術(shù)發(fā)展與建筑節(jié)能

孟巖勇

摘要：人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，建筑所產(chǎn)生的二氧化碳是造成氣候變暖的主要來(lái)源之一，暖通空調(diào)技術(shù)的創(chuàng)新勢(shì)在必行，暖通空調(diào)技術(shù)的發(fā)展對(duì)建筑節(jié)能有著至關(guān)重要的作用，在能源危機(jī)的大背景下，節(jié)能建筑成為建筑發(fā)展的趨勢(shì)和未來(lái)建筑發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)；技術(shù)；發(fā)展；節(jié)能；綠色

0. 引言

隨著全球氣候的變暖，自然環(huán)境的惡化，世界各國(guó)對(duì)建筑能耗的關(guān)注程度正日益增加。建筑能耗即建筑使用能耗，包括采暖、通風(fēng)、熱水供應(yīng)、炊事、家用電器等方面的能耗。其中，以建筑采暖和空調(diào)能耗為主，占建筑總能耗的50%—70%。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國(guó)建筑能耗日益增長(zhǎng)，因而，暖通空調(diào)專業(yè)其新產(chǎn)品、新技術(shù)、新材料的發(fā)展與創(chuàng)新在以后的建筑發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。

1 暖通空調(diào)的技術(shù)發(fā)展

暖通空調(diào)業(yè)發(fā)展所遵循的原則，概括起來(lái)就是：節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展、保證建筑環(huán)境的衛(wèi)生與安全，適應(yīng)國(guó)家的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，貫徹?zé)?、冷?jì)量政策，創(chuàng)造不同地域特點(diǎn)的暖通空調(diào)發(fā)展技術(shù)，其具體的可概括為以下十二個(gè)方面，包括：供暖技術(shù)、通風(fēng)技術(shù)、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、燃?xì)饪照{(diào)、蓄能技術(shù)、可持續(xù)發(fā)展能源技術(shù)與暖通空調(diào)、節(jié)能環(huán)保設(shè)備的開(kāi)發(fā)、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)計(jì)進(jìn)展、模擬與分析技術(shù)、智能控制、施工安裝和運(yùn)行管理、制冷技術(shù)等。

2 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)與建筑節(jié)能

由于暖通空調(diào)技術(shù)的發(fā)展和變化，特別是建筑市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，業(yè)務(wù)需求日益現(xiàn)代化、多樣化、重視國(guó)外技術(shù)的移植與引進(jìn)。而節(jié)能、環(huán)保、綠色等概念的影響及我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，對(duì)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)越來(lái)越嚴(yán)峻。因此，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)要注重建筑節(jié)能的考慮。

經(jīng)粗略估算，采取周密有效的建筑技術(shù)措施可以降低2/3—3/4的建筑能耗。所以，在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)，建造和使用過(guò)程中，在滿足室內(nèi)環(huán)境舒適、衛(wèi)生、健康的條件下，采取合理有效的建筑節(jié)能技術(shù)，有利于實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能和環(huán)保共進(jìn)的目標(biāo)。

一般來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的技術(shù)途徑為：盡量減少建筑內(nèi)能源總需求量的同時(shí)，大力開(kāi)發(fā)利用可再生的新能源，從而減少使用在建筑領(lǐng)域內(nèi)易引起環(huán)境污染的能源。目前，我國(guó)的采暖空調(diào)和照明用能量近期增長(zhǎng)速度已經(jīng)明顯高于能量生產(chǎn)的增長(zhǎng)速度。因此，減少建筑的冷、熱及照明能耗是降低建筑能耗總量的重要內(nèi)容。

3 減少建筑能耗的方法

目前，我國(guó)的采暖空調(diào)和照明用能量近期增長(zhǎng)速度已經(jīng)明顯高于能量生產(chǎn)的增長(zhǎng)速度，因此，減少建筑的冷、熱及照明能耗是降低建筑能耗總量的重要內(nèi)容，一般可以從以下幾方面實(shí)現(xiàn)：

3.1 建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)

合理選擇建筑的地址、采取合理的外部環(huán)境設(shè)計(jì)；合理設(shè)計(jì)建筑形體，以改善既有的微氣候；合理的建筑形體設(shè)計(jì)是充分利用建筑室外微環(huán)境來(lái)改善建筑室內(nèi)微環(huán)境的關(guān)鍵部分，主要通過(guò)建筑各部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)和建筑內(nèi)部空間的合理分隔設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，可借助相關(guān)軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)組成部件的設(shè)計(jì)對(duì)建筑能耗、環(huán)境性能、室內(nèi)空氣質(zhì)量與用戶所處的視覺(jué)和熱舒適環(huán)境有分本的影響。一般增大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的費(fèi)用僅為總投資的3%—6%，而節(jié)能卻可達(dá)20%—40%。通過(guò)改善建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，在夏季可減少建筑冷、熱消耗。首先，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成部件的熱工性能，一般通過(guò)改善其組成材料的熱工性能實(shí)現(xiàn)，然后，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颉⒔ㄖ牡乩砦恢煤统颍x擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。最后，評(píng)估圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部件與組合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可能性，以確定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

3.3 提高終端用戶用能效率。

3.4 提高總的能源利用效率

節(jié)能建筑與綠色建筑是密不可分的，綠色建筑的含義為在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材），保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康，適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。

4 暖通空調(diào)節(jié)能途徑

科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使暖通空調(diào)領(lǐng)域新的技術(shù)不斷出現(xiàn)，我們除了上述提到的技術(shù)還可以通過(guò)多種方法實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。

4.1 精心設(shè)計(jì)暖通空調(diào)系統(tǒng)，使其在高效經(jīng)濟(jì)的狀況下運(yùn)行

暖通空調(diào)系統(tǒng)特別是中央空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng)的使用性能。例如系統(tǒng)往往都是按最大負(fù)荷設(shè)計(jì)的，而實(shí)際運(yùn)行基本上是在部分負(fù)荷下運(yùn)行，如果系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)不能滿足部分負(fù)荷運(yùn)行的要求，那系統(tǒng)的能耗是很大的。又如新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)應(yīng)該能隨著室外氣象參數(shù)的變化改變新風(fēng)量，以最大限度地縮短主機(jī)的開(kāi)啟時(shí)間?？梢哉f(shuō)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能起著重要的作用。

4.2 改善建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，減少冷熱損失

我們知道對(duì)于暖通空調(diào)系統(tǒng)而言，通過(guò)維護(hù)結(jié)構(gòu)的空調(diào)負(fù)荷占有很大比例，而維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能決定維護(hù)結(jié)構(gòu)綜合傳熱系數(shù)的大小，亦即決定通過(guò)維護(hù)結(jié)構(gòu)的空調(diào)負(fù)荷的大小。所以在國(guó)家出臺(tái)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中，首先要求的就是提高維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能。

4.3 提高系統(tǒng)控制水平，調(diào)整室內(nèi)熱濕環(huán)境參數(shù)，盡可能降低空調(diào)系統(tǒng)能耗

空調(diào)系統(tǒng)特別是舒適性空調(diào)系統(tǒng)對(duì)人體的作用是通過(guò)空氣溫度、濕度、風(fēng)速、環(huán)境平均輻射溫度進(jìn)行的，人體對(duì)環(huán)境的冷熱感覺(jué)是這些環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果。以往的空調(diào)控制方式僅僅是測(cè)控空氣的溫度濕度，甚至僅空氣溫度。顯然是不全面的，勢(shì)必帶來(lái)許多問(wèn)題，如空調(diào)系統(tǒng)對(duì)人體的作用不直接、當(dāng)環(huán)境變化時(shí)對(duì)環(huán)境的調(diào)控不迅速、人體感到不舒適、空調(diào)系統(tǒng)的這種調(diào)控方式不節(jié)能。熱濕環(huán)境研究成果的應(yīng)用，為我們采用新的控制方式方法提供了理論基礎(chǔ)。如果采用舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)即體感指標(biāo)作為空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)控參數(shù)，如采用PMV或SET*指標(biāo)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，不僅可以解決傳統(tǒng)控制方法存在的弊病，而且可以實(shí)現(xiàn)大幅度的節(jié)能，據(jù)我們的初步研究表明，采用這種控制方法可使空調(diào)系統(tǒng)在人體舒適的條件下節(jié)能30%左右。

4.4 采用新型節(jié)能舒適健康的空調(diào)方式

如上所述，影響人體熱舒適性的環(huán)境參數(shù)眾多，不同的環(huán)境參數(shù)組合可以得到相同的熱舒適性效果，但不同的熱濕環(huán)境參數(shù)組合空調(diào)系統(tǒng)的能耗是不相同的。例如在冬季，如果我們采用傳統(tǒng)的空調(diào)方式，把整個(gè)室內(nèi)的空氣加熱，通過(guò)空氣實(shí)現(xiàn)人體與環(huán)境的熱濕交換，就需要較高的空氣溫度，此時(shí)通過(guò)維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失和加熱新風(fēng)的熱損失都比較大。如果我們根據(jù)熱濕環(huán)境的研究成果，改變傳統(tǒng)的空調(diào)方式，增加輻射熱（如低溫地板輻射采暖），此時(shí)所需要的空氣溫度降顯著下降，一般可達(dá)到12～14度，而傳統(tǒng)方式一般在18～20度，顯然后者比前者具有顯著的節(jié)能效果。在夏季也有類似的結(jié)果。

4.5 推廣應(yīng)用使用可再生能源或低品位能源的空調(diào)系統(tǒng)

隨著空調(diào)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，空調(diào)對(duì)不可再生能源的消耗將大幅度上升，同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞也在日趨加劇。如何利用可再生能源及低品位能源已經(jīng)成了該領(lǐng)域重要的研究課題。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)就是在這種形勢(shì)下發(fā)展起來(lái)的，它利源地下恒溫層土壤熱顯著提高空調(diào)系統(tǒng)的COP值，使得同等制熱（或制冷）量下的系統(tǒng)能耗大幅度下降。另外，利用太陽(yáng)能供熱或制冷技術(shù)也在開(kāi)發(fā)研究著。

4.6 開(kāi)展冷熱回收利用的研究運(yùn)用工作，實(shí)現(xiàn)能源的最大限度利用

目前許多空調(diào)系統(tǒng)冷熱回收利用研究也在蓬勃開(kāi)展，如空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)的全熱回收器，夏季利用冷凝熱的衛(wèi)生熱水供應(yīng)等，都是對(duì)系統(tǒng)冷熱的回收利用，顯著提高了空調(diào)系統(tǒng)能源利用率。

5 結(jié)語(yǔ)

暖通空調(diào)技術(shù)的發(fā)展對(duì)建筑節(jié)能有著至關(guān)重要的作用，在能源危機(jī)的大背景下，節(jié)能建筑成為未來(lái)建筑發(fā)展的方向，隨著人們對(duì)住宅舒適性及衛(wèi)生的要求越來(lái)越高，綠色建筑也應(yīng)運(yùn)而生。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸亞俊.暖通空調(diào)（第二版）.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[2]朱穎心.建筑環(huán)境學(xué)（第二版）.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[3]羅伯特·貢薩洛.建筑節(jié)能設(shè)計(jì).中國(guó)建筑工業(yè)出版社.