暖通空调工程师职称范文节能途径及设计方向

　　摘 要：随着现代人们的生活理念和方式的多样化、细节化，对于建筑物内的环境要求也日益增加。舒适和高品质的居住环境成为人们追求的趋势。暖通空调系统的节能已经不再是新兴问题。因而，暖通空调技术的创新势在必行，暖通空调行业其新产品、新技术、新材料的发展与创新，在今后的建筑发展中起着至关重要的作用。

　　关键词：暖通空调,节能,设计

　　一、暖通空调系统能耗的构成及主要特点

　　随着我国国民经济的迅速发展，能源和环境问题日益凸显，城市化的飞速发展和人们生活水平的提高，使建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大，部分发达国家已达到40%。建筑能耗主要包括建筑物在采暖、通风、空调、照明、电器和热水供应等需求方面的能耗，用于暖通空调的能耗又占建筑能耗的30%～50%，且在逐年上升。为了维持建筑物内部空气环境适宜的温湿度，现代建筑中通常采用设置暖通空调系统来保证这一需求，而所消耗的能量即为暖通空调系统的能耗。这部分能耗中包括建筑物冷热负荷引起的能耗、新风负荷引起的能耗及输送设备(风机和水泵)的能耗。

　　影响暖通空调系统能耗的主要因素有室外气候条件、室内设计标准、围护结构特征、室内人员及设备照明的状况以及新风系统的设置等。暖通空调系统的能耗还有几个特点，表现在：第一，系统的设计、选型、运行管理的不合理，将会降低能量使用效率。第二，维持室内空气环境所需的冷热能量品位较低且有季节性。这就使在具备条件的情况下有可能利用天然能源来满足要求，如太阳能、地热能、废热、浅层土壤蓄热等。第三，暖通空调系统涉及到的冷热量的处理通常以交换形式处理，这就可以采用冷热回收的措施来减少系统的能耗，有效利用能量。

　　二、暖通空调系统的节能途径

　　1.改善建筑保温性能。对于暖通空调系统而言，通过维护结构的(冷热负荷)空调负荷占有很大比例，而维护结构的保温性能决定维护结构综合传热系数的大小，亦即决定通过维护结构的(冷热负荷)空调负荷的大小。所以在国家出台的建筑节能设计规范和标准中，首先要求的就是提高维护结构的保温隔热性能。提高系统控制水平，调整室内热湿环境参数，尽可能降低暖通空调系统能耗。

　　2.引进新型节能技术。影响人体热舒适性的环境参数众多，不同的环境参数组合可以得到相同的热舒适性效果，但不同的热湿环境参数组合空调系统的能耗是不相同的。例如在冬季，如果我们采用传统的空调方式，把整个室内的空气加热，通过空气实现人体与环境的热湿交换，就需要较高的空气温度，此时通过维护结构的热损失和加热新风的热损失都比较大。如果我们根据热湿环境的研究成果，改变传统的空调方式，增加辐射热，此时所需要的空气温度显著下降，一般可达到12℃～14℃，而传统方式一般在18℃～20℃，显然后者比前者具有显著的节能效果。在夏季也有类似的结果。

　　3.强化系统的运行水平。对暖通空调专业的操作人员进行培训，提高管理人员的专业水平和业务技能，使其具备必须的暖通空调基本理论常识，实行空调操作人员操作证制度，对没有达到考核要求的，应重新培训，考核合格后才能上岗。同时提高管理人员的素质，增强其责任心，这样管理人员才有能力根据室外参数的变化进行相应的调节，达到设计要求的节能效果。

　　三、结合设计，需要重视和探讨的几个发展方向问题

　　由于暖通空调技术的发展和变化，特别是建筑市场竞争激烈，业主需求日益现代化、多样化、重视国外技术的移植与引进，而节能、环保、绿色等概念的影响及我国能源结构的调整，对暖通空调设计的挑战越来越严峻。因此，如何结合设计的需要，重视相关技术，并有选择而合理的应用在我们的设计中，满足业主要求，提高设计水平，是我们必须努力做到的。

　　1.重视CFD技术的应用

　　CFD是英文Computational Fluid Dynamics(计算流体动力学)的简称。它是伴随着计算机技术、数值化计算技术的发展而发展起来的。CFD相当于“虚拟”地在计算机上做实验，用以模拟实际的流体流动与传热情况。而其基本原理则是数值求解控制流体流动和传热的微分方程，得出流体流场在连续区域上的离散分布，从而近似地模拟流动情况。

　　因此，CFD是一种模拟仿真技术。在暖通空调领域，近年来，经过高等院校、科研和设计单位的共同努力，在模拟予测室内外或设备内的空气或其它工质流体的流动情况的应用方面，越来越多。CFD可以对一些高大空间、公共建筑(体育场馆、大型音乐厅堂)、地铁等通风空调空间的气流组织设计，以可视化的方式将速度场、温度场，用动态或静态予以展示;对一些建筑小区或建筑群(如：CBD地区)的二次风、热环境等进行模拟分析，以求能设计出合理的建筑风环境;暖通设备的质量的提高、性能的改进，也可以借助CFD得以实现。

　　CFD以成本低、速度快、资料完整且可以模拟各种不同工况的特点，成为分析和竞标工程项目的有力工具。许多设计院都在奥运及相关工程中，应用了CFD分析，并配以彩色的温度场、速度场图示，得到业主好评。清华大学开发了通用三维流动与传热的数值模拟程序STACH-3，同济大学、湖南大学及北京工业大学在CFD方面也都作了不少开拓性工作。北京市建筑设计院，专用设置了CFD应用机构，用以解决重大项目投标和设计上的难题，推动了设计水平的提高。

　　2.重视水源热泵技术的应用

　　近几年，随着空调节能和环保要求的日益迫切和严格，在北美和北欧等国相当普遍与成熟的水源热泵空调系统，在我国从起步阶段而得到较快发展。我国在水源热泵理论探索、试验研究、产品开发和工程项目的应用上，都取得了可喜的成果。

　　水源热泵分为两大类，即水环热泵和地源热泵。后者又分为土壤源热泵和地(表)下水热泵。目前发展较迅速的主要是地(表)下水热泵。其特点是利用浅层低温地能(热)，一般温度相对恒定(<25℃)，经过热泵提升至建筑物采暖需要的温度(50℃～60℃)。热泵能效比高(一般COP可达3～5)。而这种能量地下储量巨大，且可以再生。夏季制冷时，将热量排入地下;冬季供暖时，在地下取热，同时将冷量排入地下，循环利用。浇层地能的采集，主要是在合适的条件下，通过打井抽灌浅层地下水来实现的。

　　我国地下水四季不同地区，一般为6℃～24℃，基本恒温。采集地下低品位水时，基本原则是只用其热，不用其水，用后必须回灌。

　　地下水源应当保证水量充足，水温适当，水质良好，供水稳定，易于回灌。且要加以监控，严防污染和浪费。地下取水深度多在100m左右，含水层厚度一般应大于5m;冬季地下水温不应低于10℃;地下水含砂量应为1/200000;回灌水基本与抽水水质相同。

　　地下水的抽取与回灌方式，目前分为“单井抽灌”和“异井抽灌”方式。

　　从目前情况来看，在城市密集区，采用“单井回灌”技术，有较明显优势。这是因为井距小，约10m左右，管路敷设距离短。同时，井深多为100m左右，有利打井。系统中无单独的回灌井、沉砂井和溢流井，管理、维护、调试相应简单。

　　3.关注蓄冰空调与低温送风

　　近年来，由于经济的快速发展，我国电力供应在部份省市出现紧张、短缺的局面。因此，空调用电的节省对缓解夏季用电紧张，十分重要。特别是电力系统采取了分时电价，鼓励合理用电，以解决电力负荷的峰谷差现象。而蓄冰空调技术是重要方法之一。

　　蓄冰技术是采用制冷机和蓄冰装置，在电网低谷时的廉价电费计时区域，进行蓄冰作业;而在空调高峰负荷时，将所蓄冰冷量释放的成套技术。蓄冰技术要合理选择蓄冰介质、蓄冰装置与设计系统组合，利用优化的传热手段，通过自动化控制，周期性地实现高密度的介质蓄冰与合理的冷量释放。

　　但蓄冰技术的推广，存在着造价较高、管理复杂、运行成本高、占地面积大、取冰较难掌握等问题，这需要设计、设备制造商及运行管理部门，不断实践，提高水平，予以完善。同时，很重要一个方面，是电力部门要进一步给予优惠政策，使蓄冰系统回收年限缩短(一般应为5年或特殊情况不大于7年为限)。使业主在经济上得到实惠，以支持电网削峰填谷。

　　因此，为解决电力紧张，以及夏季电力系统削峰填谷的需要，不少地方和业主，将对蓄冰技术的应用提出要求，我们应当进一步作好技术、经济的准备和研究，适应蓄冰技术的发展。

　　4.重视大规模建筑群的能源多元化和多路能源的供应，实现电力和燃气的互补

　　由于空气调节的作用，既要满足人民生活质量提高需求，又要满足工业，特别是高新技术产业的保障需求，因此空调与室内空气品质、人居环境的健康，与工作和生产效率、高新技术产品质量，甚至与城市经济运转和环境的安全等方面，关系愈加密切。

　　空调使用的季节性、间歇性和不稳定性，对于任何城市而言都造成了能源供应的巨大压力。因此，在有电力与天然气供应的大型建筑群，应考虑合理匹配冷、热源，使电力和天然气的使用上，能达到“双赢”。这是一个值得认真对待的课题。

　　燃气空调的特点是：

　　⑴ 可帮助削去夏季电力负荷高峰，而同时又填平燃气负荷的低谷，从而有效地提高发电设备和燃气设备的利用率，提高投资效益。

　　⑵ 如果将一部份不稳定空调负荷转给燃气，将大大提高电网供电质量和安全。

　　⑶ 相对于传统的集中式供电方式而言，分布式供电将发电系统以小规模(数千千瓦至50MW的小型模块式)、分散的方式布置在用户附近，独立地输出电、热和冷量，可以提高供电可靠性。

　　⑷ 燃气空调和热电冷联产技术以天然气为燃料，可以大大减少燃煤发电的污染物和温室气体的排放。

　　而发展天然气空调的关键在于天然气的价格，目前天然气价格偏高，如果实行季节天然气价差，将促进天然气空调的发展。经测算，若天然气为1.40元/m3.h时，直燃机使用成本基本可以与电力驱动的离心制冷机持平;若天然气为1.80元/m3.h时，直燃机的使用成本基本与电力驱动风冷冷水机组持平。

　　目前，有不少项目的前期，业主都提出了热、冷源多元化方案的要求。如：首都机场扩建工程设计方案，遵循以制冷为主辅以供热的原则，确定以最大日负荷30000Rt为基准，针对电制冷+冰蓄冷、电制冷+冰蓄冷+直燃机、电制冷+直燃机和电制冷四个基本方案，经过对运行费用和初投资的综合比较，最终确定了电制冷+直燃机的方案。实现了电力与燃气的“双赢”方案。

　　四、结束语

　　目前，全国各地电力十分紧张，但所需能量却在迅速增长。因此，暖通空调系统节能在整个建筑节能中占有很重要的位置，只有不断研究和发展新的环保节能技术，才能保证暖通空调系统与时俱进。与此同时，积累工程项目资料，搜集能源政策及相关价格，关注各种技术和设备的成熟度，认真作好技术经济比较，作好调研，实事求是地结合项目的特点和情况，作出一个好的冷、热源供应设计，将是暖通专业为主并与技经、动力和自控专业协作的共同结果。

　　参考文献：

　　[1]陆亚俊.暖通空调(第二版).中国建筑工业出版社.

　　[2]郑忠明.谈谈暖通空调系统如何节能[J].科技信息(科学教研)，2007.

　　[3]李晓云，张伟.浅谈暖通空调系统的节能问题[J].山西建筑.2007.