機(jī)電安裝工程暖通空調(diào)新技術(shù)及發(fā)展研究

楊洪偉

（甘肅紫軒酒業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

隨著科技水平的持續(xù)提高，一批暖通空調(diào)新技術(shù)，在機(jī)電安裝工程中得到廣泛應(yīng)用，這對(duì)機(jī)電安裝質(zhì)量、能源利用效率的提升起到十分重要的作用，被業(yè)界一致視為推動(dòng)機(jī)電安裝工程跨越式發(fā)展的關(guān)鍵。與此同時(shí)，新型暖通空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間較短，一些技術(shù)人員對(duì)技術(shù)原理及具體應(yīng)用的掌握還需進(jìn)一步提升，為此進(jìn)行以下分析。

1 機(jī)電安裝工程暖通空調(diào)新技術(shù)的具體應(yīng)用

1.1 地源熱泵技術(shù)

地源熱泵是在機(jī)電安裝工程中配置地源熱泵機(jī)組、室內(nèi)末端系統(tǒng)、室外地源換熱系統(tǒng)等設(shè)施設(shè)備，以地下水、巖土體或是地層土壤等作為低溫?zé)嵩?，啟?dòng)地源熱泵機(jī)組持續(xù)將陸地淺層能源轉(zhuǎn)換為高品位熱能的一項(xiàng)技術(shù)手段，在寒冷冬季持續(xù)向室內(nèi)環(huán)境輸入地?zé)幔谘谉嵯募緦⑹覂?nèi)環(huán)境中的熱空氣導(dǎo)入淺層陸地，以維持恒定的室內(nèi)環(huán)境溫度。一般情況，地源熱泵機(jī)組每消耗1 kwh能量，即可轉(zhuǎn)換獲取超過(guò)4 kwh的冷量或是熱量，節(jié)能效果顯著。

在機(jī)電安裝工程中，地源熱泵技術(shù)價(jià)值主要體現(xiàn)在可再生能源利用、節(jié)能環(huán)保、用途廣泛、易于維護(hù)保養(yǎng)四方面。其中，在可再生能源利用方面，地源熱泵系統(tǒng)主要利用淺層陸地中蓄存的地?zé)崮茉?，在泵機(jī)運(yùn)行期間消耗少量電能進(jìn)行能量置換，將地?zé)崮茉崔D(zhuǎn)換為可供暖通空調(diào)系統(tǒng)使用的冷量或熱量，明顯減輕了暖通空調(diào)系統(tǒng)對(duì)電能的依賴性，實(shí)際運(yùn)行成本較低，取得理想的經(jīng)濟(jì)效益。在節(jié)能環(huán)保方面，地源熱泵系統(tǒng)的COP值超過(guò)4，相比傳統(tǒng)的電供暖方式，減少了70%以上的電力消耗，且地源熱泵機(jī)組等裝置在運(yùn)行期間不會(huì)產(chǎn)生廢棄燃料、濃煙等污染物，不會(huì)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成污染破壞。在用途方面，地源熱泵系統(tǒng)既可以用于建筑室內(nèi)環(huán)境的供暖或制冷，維持恒定室內(nèi)溫度，同時(shí)，也可用于供應(yīng)生活熱水等其他用途，具備“一機(jī)多用”條件。而在易于維護(hù)保養(yǎng)方面，地源熱泵系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，以地源熱泵機(jī)組為核心設(shè)備，有著機(jī)組緊湊、機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件占比小的特征，不易出現(xiàn)使用故障。

1.2 變頻變量技術(shù)

在傳統(tǒng)暖通空調(diào)系統(tǒng)中，空調(diào)與電機(jī)等設(shè)備缺乏自調(diào)節(jié)能力，無(wú)法根據(jù)外部環(huán)境條件的變化來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)量、用電量、冷量等運(yùn)行參數(shù)。為滿足建筑采暖與制冷需求，空調(diào)、水泵電機(jī)等設(shè)備在運(yùn)行期間始終保持高負(fù)荷或是滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致設(shè)備老化速度加快、使用壽命縮短、運(yùn)行能耗居高不下。針對(duì)于此，需要在暖通空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用到變頻變量技術(shù)，加裝變頻器、傳感器、變送器等裝置，組建變頻調(diào)速控制子系統(tǒng)。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，由傳感器持續(xù)采集溫度、濕度、壓力和流量等現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)，持續(xù)感知室內(nèi)外環(huán)境變化情況與暖通空調(diào)運(yùn)行工況，再由變送器將傳感電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則化電壓輸入值調(diào)節(jié)器，根據(jù)模擬輸出結(jié)果來(lái)調(diào)整變頻器的電壓頻率。如此，在環(huán)境條件發(fā)生改變時(shí)，暖通空調(diào)系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)運(yùn)動(dòng)幅度、冷凍水流量等運(yùn)行參數(shù)，保持暖通空調(diào)系統(tǒng)狀態(tài)、周邊環(huán)境的匹配狀態(tài)，取得節(jié)能效果，延長(zhǎng)暖通空調(diào)設(shè)備的實(shí)際使用壽命，如通過(guò)調(diào)整電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流和減少壓縮機(jī)啟停次數(shù)來(lái)延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命。

1.3 冷熱源儲(chǔ)存技術(shù)

從暖通空調(diào)運(yùn)行成本角度來(lái)看，我國(guó)多地均實(shí)施用電分檔收費(fèi)模式，不同時(shí)間段的電費(fèi)價(jià)格存在明顯差異，晝間電費(fèi)價(jià)格較高，夜間電費(fèi)價(jià)格相對(duì)較低。與此同時(shí)，傳統(tǒng)暖通空調(diào)系統(tǒng)不具備冷熱源儲(chǔ)存功能，在系統(tǒng)運(yùn)行期間持續(xù)獲取市電，系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行成本較高。針對(duì)這一問(wèn)題，需要應(yīng)用到冷熱源儲(chǔ)存技術(shù)，控制暖通空調(diào)系統(tǒng)在夜間或是電費(fèi)價(jià)格相對(duì)較低的時(shí)間段內(nèi)啟動(dòng)制冷、制熱裝置，將電能轉(zhuǎn)換為冷源、熱源并加以存儲(chǔ)，在晝間與電費(fèi)價(jià)格較高時(shí)間段釋放預(yù)先存儲(chǔ)的冷源、熱源，藉此來(lái)降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。例如，對(duì)冷源儲(chǔ)存功能的實(shí)現(xiàn)，需要在暖通空調(diào)系統(tǒng)中安裝冷凍空調(diào)，以水、冰作為蓄冷媒介，夜間啟動(dòng)制冷裝置，水在低溫條件下凍結(jié)成冰，并在晝間通過(guò)融冰方式來(lái)釋放儲(chǔ)存冷源，降低室內(nèi)環(huán)境溫度。

1.4 新風(fēng)預(yù)處理技術(shù)

在現(xiàn)代機(jī)電安裝工程中，對(duì)室內(nèi)環(huán)境空氣品質(zhì)提出更高要求，需要應(yīng)用新風(fēng)預(yù)處理技術(shù)，采取熱回收、專業(yè)除濕等措施，消除新風(fēng)對(duì)空氣品質(zhì)與常規(guī)空氣條件造成的干擾，維持恒定的室內(nèi)環(huán)境溫度與空氣濕度。其中，熱回收措施是在新風(fēng)管道以及排風(fēng)管道將各處安裝全熱輪換式交換器，起到交換潛熱、交換顯熱的作用，將冷、濕負(fù)荷控制在合理范圍內(nèi)，也可選擇連接盤管與循環(huán)泵來(lái)構(gòu)建單環(huán)路閉式熱回收系統(tǒng)，負(fù)責(zé)預(yù)冷夏季空氣。而專業(yè)除濕措施是在暖通空調(diào)系統(tǒng)中加裝除濕器與使用天然冷源，在系統(tǒng)運(yùn)行期間，預(yù)冷器內(nèi)輸送室外新風(fēng)，經(jīng)過(guò)冷水進(jìn)行冷卻處理來(lái)控制潛熱、顯熱，再經(jīng)由除濕器除濕處理、與干燥新風(fēng)混合回風(fēng)、冷卻盤管輸送后吹入室內(nèi)環(huán)境。

1.5 區(qū)域冷熱電聯(lián)供技術(shù)

在傳統(tǒng)暖通空調(diào)系統(tǒng)中，普遍采取集中式發(fā)電、遠(yuǎn)程送電方式，實(shí)際發(fā)電效率較低，普遍在30%~40%左右，產(chǎn)生較大的輸電損耗，導(dǎo)致暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗居高不下。為解決這一問(wèn)題，需要應(yīng)用到區(qū)域冷熱電聯(lián)供技術(shù)，構(gòu)建區(qū)域型或是樓宇型的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，區(qū)域型系統(tǒng)涵蓋范圍內(nèi)的全部建筑物，建設(shè)獨(dú)立能源供應(yīng)中心與安裝外網(wǎng)設(shè)備，樓宇型系統(tǒng)則是在獨(dú)棟建筑物內(nèi)安裝小容量機(jī)組來(lái)搭建冷熱電供應(yīng)系統(tǒng)。隨后，對(duì)系統(tǒng)范圍內(nèi)的暖通空調(diào)實(shí)施并網(wǎng)管理，經(jīng)由通風(fēng)管道與制冷制熱站來(lái)輸送熱氣、冷氣，并對(duì)余熱進(jìn)行收集、利用，從而實(shí)現(xiàn)減少暖通空調(diào)使用頻率、降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗、提高能源利用效率的目的。

1.6 低溫地板輻射采暖技術(shù)

低溫地板輻射采暖是在地板下方空間內(nèi)鋪設(shè)盤管系統(tǒng)，依次開展固定分集水器、鋪設(shè)保溫層與埋地管材、設(shè)置伸縮縫、回填細(xì)石混凝土、鋪設(shè)地板作業(yè)，使用60 ℃以內(nèi)熱水作為熱源，在盤管內(nèi)循環(huán)流通熱水，熱量通過(guò)管壁、地板持續(xù)向周邊輻射散熱，解決傳統(tǒng)采暖方式房間頂部、底部存在明顯溫差的問(wèn)題。與此同時(shí)，也可選擇在地板下方鋪設(shè)低溫發(fā)熱電纜，在電纜通電運(yùn)行期間，通過(guò)碳纖維發(fā)熱體或是合金電阻絲進(jìn)行發(fā)熱，透過(guò)地板向室內(nèi)環(huán)境傳送熱量。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，在機(jī)電安裝工程中，低溫地板輻射采暖技術(shù)價(jià)值體現(xiàn)在改善采暖效果、節(jié)能、不占用室內(nèi)使用空間、使用壽命四個(gè)方面。其中，在改善采暖效果方面，早期暖通空調(diào)系統(tǒng)普遍采取熱風(fēng)對(duì)流循環(huán)方式，在熱風(fēng)對(duì)流期間會(huì)帶動(dòng)空氣中的灰塵流動(dòng)，且室內(nèi)環(huán)境濕度明顯降低，容易誘發(fā)皮膚干燥、過(guò)敏性癥候群、支氣管炎等人體健康問(wèn)題的出現(xiàn)，而低溫地板輻射采暖則采取輻射導(dǎo)熱方式，明顯改善了采暖效果，居住者不易出現(xiàn)身體不適情況，且室溫曲線更符合人體生理需求，房間底部溫度略高于頂部溫度。在節(jié)能方面，熱媒低溫傳送期間的熱損量明顯低于熱風(fēng)對(duì)流等傳統(tǒng)采暖方式，一般情況下的節(jié)能幅度達(dá)到20%左右，在加裝分區(qū)溫控裝置時(shí)的節(jié)能幅度提升至40%左右。在室內(nèi)使用空間方面，傳統(tǒng)采暖方式需要在建筑室內(nèi)空間擺放暖氣片、支管、電暖風(fēng)機(jī)等設(shè)備，占用一定的室內(nèi)空間，并對(duì)家具布置、建筑室內(nèi)裝修效果造成影響，而低溫地板輻射采暖系統(tǒng)僅需在地板下方鋪設(shè)盤管或是低溫發(fā)熱電纜，一般情況下可增加2%~3%的室內(nèi)使用面積。在使用壽命方面，采暖盤管、低溫發(fā)熱電纜由于暗埋在地板下方，使用期間不會(huì)受到人為破壞、外力碰撞，基本不出現(xiàn)故障問(wèn)題，以采暖盤管為例，平均使用壽命超過(guò)50年。

1.7 BIM技術(shù)

考慮到現(xiàn)代暖通空調(diào)系統(tǒng)有著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及多個(gè)專業(yè)、設(shè)計(jì)與安裝難度較高的特征，需要在虛擬演示、管線優(yōu)化設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)算量、水力計(jì)算等場(chǎng)景中應(yīng)用到BIM技術(shù)，這對(duì)改善暖通空調(diào)運(yùn)行狀況、提高設(shè)計(jì)水準(zhǔn)、保障設(shè)備管線安裝質(zhì)量有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。例如，在虛擬演示場(chǎng)景中，在BIM軟件中構(gòu)建可視化的三維數(shù)據(jù)模型，以及開展模擬施工試驗(yàn)，以動(dòng)畫形式呈現(xiàn)暖通空調(diào)安裝過(guò)程，將BIM模型與試驗(yàn)結(jié)果作為技術(shù)交底、專業(yè)交流、施工指導(dǎo)的主要憑證。而在管線優(yōu)化設(shè)計(jì)場(chǎng)景，由設(shè)計(jì)人員對(duì)模型中的管線數(shù)量、規(guī)格、位置等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，開展仿真實(shí)驗(yàn)，模擬不同管線方案時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并開展碰撞檢查工作，檢查管線是否存在軟、硬碰撞點(diǎn)。

2 機(jī)電安裝工程暖通空調(diào)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 保持水力平衡

在暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間，受到管網(wǎng)流動(dòng)阻力特性變化、流體自由液面差變化、管路阻力差異、末端設(shè)備相互影響等多方面因素影響，偶爾出現(xiàn)水力失調(diào)問(wèn)題，由此導(dǎo)致流量分配不均、空調(diào)能耗浪費(fèi)嚴(yán)重、室內(nèi)環(huán)境冷熱不均等狀況出現(xiàn)，沒(méi)有起到應(yīng)有的采暖制冷效果。針對(duì)于此，需要推動(dòng)暖通空調(diào)技術(shù)體系向保持水力平衡方向發(fā)展，根據(jù)工程情況，綜合采取加裝散熱器恒溫閥、加裝自力式壓差控制閥、優(yōu)化空調(diào)管路結(jié)構(gòu)、調(diào)整支線用戶過(guò)渡流量等控制措施，徹底解決空調(diào)水力失調(diào)問(wèn)題。例如，在暖通空調(diào)系統(tǒng)中加裝散熱器恒溫閥，這類閥門由傳感器、執(zhí)行器兩部分組成，恒溫閥根據(jù)室內(nèi)、室外環(huán)境氣溫變化值來(lái)調(diào)節(jié)自身開度，起到負(fù)荷調(diào)節(jié)作用。同時(shí)，也可選擇新型的四管制管路方法，在空調(diào)箱內(nèi)接入熱盤管以及冷盤管，各組盤管均具備一根進(jìn)水管和一根回水管，分別接入熱水、冷水，確保暖通空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行期間可以隨時(shí)切換制冷模式與制熱模式。

2.2 應(yīng)用新型能源

在早期機(jī)電安裝工程中，受到技術(shù)限制，暖通空調(diào)系統(tǒng)普遍以電能作為能源供應(yīng)，在電能傳輸期間受到線路長(zhǎng)度等因素影響，產(chǎn)生較高的線損量，電能實(shí)際利用效率較低，導(dǎo)致暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行成本高昂，并造成不必要的資源浪費(fèi)，與可持續(xù)發(fā)展理念、綠色低碳建筑理念相違背。與此同時(shí)，在電能生產(chǎn)、使用期間，還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定程度的破壞，包括火力發(fā)電時(shí)產(chǎn)生不良?xì)怏w、暖通空調(diào)運(yùn)行期間排放大量二氧化碳。因此，為提高機(jī)電安裝工程的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益，需要使用新型可再生能源或是清潔能源作為暖通空調(diào)技術(shù)體系的主要發(fā)展方向，應(yīng)用到地源熱泵、主動(dòng)式/被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖、太陽(yáng)能制冷等新型技術(shù)。例如，主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖技術(shù)是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中加裝太陽(yáng)能集熱器、儲(chǔ)熱器等裝置，以電能作為輔助能源，由集熱器蓄存接收太陽(yáng)輻射能量時(shí)的熱量，將空氣或是水作為載熱介質(zhì)，持續(xù)提高載熱介質(zhì)溫度，再經(jīng)由風(fēng)機(jī)或是水泵裝置將熱量傳送至室內(nèi)環(huán)境，起到室內(nèi)采暖效果。

太陽(yáng)能制冷技術(shù)是通過(guò)集熱器進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)制冷目的，或是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷目的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，光電轉(zhuǎn)換方式存在電能耗量過(guò)高、制冷成本高昂的局限性，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值有限，而光熱轉(zhuǎn)換方式的可行性相對(duì)更高，可以通過(guò)吸收制冷、吸附制冷方式加以實(shí)現(xiàn)。其中，吸收制冷是使用高沸點(diǎn)吸收劑材料與低沸點(diǎn)制冷劑材料，在集熱器載熱介質(zhì)中添加吸收劑，由太陽(yáng)能提供溶液加熱熱源，制冷劑溶液在高溫條件下出現(xiàn)蒸發(fā)現(xiàn)象，水蒸氣在冷凝器裝置內(nèi)冷凝成水，進(jìn)入蒸發(fā)器起到降低冷水溫度作用。吸附制冷是在暖通空調(diào)系統(tǒng)中加裝太陽(yáng)能吸附發(fā)生器，以太陽(yáng)能作為熱源，設(shè)備所吸附氣態(tài)制冷劑在受熱條件下進(jìn)行解析反應(yīng)，冷凝為液體并流入蒸發(fā)器進(jìn)行制冷。

2.3 自我調(diào)節(jié)

傳統(tǒng)暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較低，需要采取人工干預(yù)手段來(lái)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行模式，如在水泵、風(fēng)機(jī)出口部位安裝閥門，由工作人員調(diào)整閥門開度來(lái)控制系統(tǒng)局部阻力、調(diào)節(jié)流量等參數(shù)，這無(wú)疑加大了暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)維管理工作量，產(chǎn)生額外的使用成本，且暖通空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果和預(yù)期存在出入。因此，需要以實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)作為暖通空調(diào)技術(shù)體系的主要發(fā)展方向，應(yīng)用到信息傳感、自動(dòng)控制、人工智能、變頻變量等技術(shù)手段，重點(diǎn)提高暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守目標(biāo)。例如，對(duì)于新風(fēng)機(jī)組，應(yīng)用信息傳感等技術(shù)手段來(lái)增設(shè)自動(dòng)監(jiān)控功能，安裝若干種類傳感器，持續(xù)對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)機(jī)出口部位空氣溫濕度、新風(fēng)過(guò)濾器兩側(cè)壓差、新風(fēng)閥啟閉狀態(tài)等要素進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比檢測(cè)數(shù)據(jù)與額定值，根據(jù)對(duì)比結(jié)果來(lái)下達(dá)相應(yīng)控制指令，如在冬季風(fēng)機(jī)出口部位空氣濕度不達(dá)標(biāo)時(shí)調(diào)整干蒸汽加濕器閥門，在風(fēng)機(jī)出口部位溫度不達(dá)標(biāo)時(shí)調(diào)整熱水換熱器水側(cè)端調(diào)節(jié)閥，并在檢測(cè)到系統(tǒng)異常運(yùn)行、外部環(huán)境劇烈變化時(shí)自動(dòng)采取相應(yīng)保護(hù)措施，如在冬季出現(xiàn)熱水溫度驟降時(shí)停止風(fēng)機(jī)與新風(fēng)閥門，避免換熱器在低溫條件下出現(xiàn)凍裂故障。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為滿足日益提高的暖通空調(diào)品質(zhì)要求，向用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的使用體驗(yàn)。在機(jī)電安裝工程中，工作人員必須認(rèn)識(shí)冷熱源儲(chǔ)存、新風(fēng)預(yù)處理、變頻變量等新型暖通空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，根據(jù)工程情況靈活應(yīng)用各項(xiàng)新技術(shù)新工藝，推動(dòng)暖通空調(diào)技術(shù)體系向保持水力平衡、應(yīng)用新型能源、系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)方向發(fā)展。