暖通的现状与发展前景

暖通技术的现状与发展前景

刘向龙1

? 金 煦2

娄小铁1

（1 湖南工程学院 411101 2上海 约克空调）

【摘 要】 采暖制冷用能在建筑用能中占有相当大的比重，以及现代建筑物内的人们表现出越来越严重的病态

反应，环保节能与提高室内空气品质是暖通技术发展的方向。为此，本文介绍了几种节能环保暖通系统，以及提高室内空气品质的方法。

【关键词】 环保；节能；空气品质

The Status and Prospect of HV AC Technology Liu Xianglong 1 Jin Xu 2 Lou Xiaotie 1

（1Hunan Institute of Engineering Construction Engineering Department 411101, 2 Shanghai York ）

【Abstract 】 Because of the energy conservation of HV AC being a great part of the construction energy conservation and the

people living in modem construction showing more and more serious morbidity, environmental protection, energy consumption and the IAQ are the orientation of HV AC technology. This paper introduces several systems about energy conversation and environmental protection, and methods of elevating IAQ.

【Key words 】 environmental protection; energy conversation; IAQ

?

刘向龙, 男,1978.5出生，讲师，湖南工程学院建工系建环教研室（北院）主任

1 引言

上世纪20年代，随着压缩式制冷机的加速发

展，暖通空调技术开始大量应用于以保证室内环境舒适为目的的公共建筑、商用建筑的环境控制中。在国内外，越来越多的民用建筑以及工业建筑都使用了中央空调，它的使用标志着一个地区的经济、技术发展水平和文明程度，同时也提高了企业管理水平和保证了产品的质量。家用空调以及供暖开始普及。随着空调大规模的使用，一系列的问题也随之产生。

就我国而言，改革开放以来能源建设有了长足的发展，但是能源的供给满足不了社会经济保持可持续发展的需要。建筑耗能在社会总耗能中占的比例相当大，发达国家的建筑用能一般占到全国总耗能的30%～40%，而采暖制冷用能在建筑用能中占有30% 左右。高能耗带来严重的环境问题，造成大气污染、水污染、固体废弃物污染等。近年来，中国的大气污染已经跨出国界，影响到周边的国家和地区。

在过去20多年来，长期生活和工作在现代建

筑无内的人们表现出越来越严重的病态反应，这一问题引起了专家学者的广泛重视，并提出了病态建筑和病态建筑综合症（SBS）概念。随着SARS 病毒的爆发，空调房间内空气品质要求越来越高。因此，环保节能和室内空气品质是暖通技术今后研究的重点。

2 环保节能

能源为经济发展提供了动力，但是由于各种原因，能源的发展往往滞后于经济的发展。尽几年，中国的国民生产总值的增长率维持在约10%，但能源的增长率只有3%～4%。在我国的能源利用率只有30%左右。有资料表明，我国每1美元的GDP 能耗是世界平均水平的3倍，是所以发展中国家平均水平的2倍。这样的形势要求我们必须节能。建筑节能是建筑发展的基本趋势，也是当代建筑科学技术的一个新的增长点。

当然我们所说的建筑节能不是说不用空调或采暖系统，而是尽可能的设计和制造绿色空调以及节能的空调采暖系统。

土壤源热泵空调系统、太阳能空调系统、低温地板辐射冷暖系统、蓄冷空调系统都是节能和环保的有效手段。

2.1 地源热泵空调

地源热泵空调系统是一种使用可再生能源、高效节能、环保的空调系统。在冬季吸收土壤、地下水、地表水等天然资源的能量向建筑物供热；夏季向天然资源释放热量，给建筑物供冷。地源热泵系统按天然资源形式可分为土壤源热泵系统、地下水热泵系统和地表水热泵系统。

土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热换热器。土壤源热泵是以大地为热源对建筑进行空调的技术，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量。土壤源热原系统因节能、节水而普遍受到美国、加拿大、欧洲各国等的关注。至1983年，瑞典就有6000多个水平埋管热泵系统，美国有1万多个此类系统在运行之中，主要用于居民住宅、别墅、学校、商业建筑[1]。我国至今还未有应用实例，但已经有一些研究人员注意该系统。我国长江以南及东南沿海大部分经济较发达地区希望冬季供暖，因此，在我国开发、研究土壤源热泵技术有很大的发展前景和较高的经济效益。

地下水热泵系统分为开式、闭式两种。开式是将地下水直接供到热泵机组，再将井水回灌到地下；闭式是将地下水输送到板式换热器，需要二次换热。地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下关联的塑料管组成的地下水换热器代替土壤换热器。湖南的凌天科技的空调系统就采用水源热泵与地源热泵，其共性是以水(或者其他液态媒质)作传媒，水源热泵是其目前应用比较广泛的形式，地源热泵是目前正处于积极开发的机型。其制冷或制热工作性能系数均可达到 3.5～4.4，与空气源热泵(空气－空气或空气－水热泵)相比，要高40%左右。

虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热性能好、能耗低、性能系数高于土壤源热泵，但由于地下水、地表水并非到处可得，且水质也不一定能满足要求，所以使用范围受到一定的限制，且水源的探测开采技术须进一步提高和降低开采费用。

2.2 太阳能空调

太阳能空调所需的能源部分或全部来自太阳能。太阳能空调是利用太阳光辐射为能源进行制冷工作的空调系统。通过使用太阳能空调，不仅可以弥补供电缺口，还可以为创建环保模范城市做出贡献。推广使用太阳能空调，既没有使用电空调所带来的城市热岛效应，也由于不使用氟里昂等有害物质而不会破坏大气环境。所以说太阳能空调是名副其实的绿色节能空调。目前太阳能空调的主要型式有：太阳能电制冷空调、太阳能热制冷空调、太阳能热泵、太阳能液体除湿空调等。太阳能制冷空调主要包括：太阳能蒸汽压缩式制冷空调、太阳能吸收式制冷空调、太阳能喷射式制冷空调。

上海交大机械与动力工程学院燃烧与环境技术研究中心于2002年研制出同时制冷和制热的太阳能冷管，的这项成果日前通过了江苏省科技厅的鉴定。 该太阳能冷管利用吸附热泵原理，用沸石分子筛作为主体吸附剂，采用整体成形新工艺使吸附性能比传统的颗粒床提高55％，传热性能提高100％以上；用水来作制冷工质，避免了化学药物（如氟利昂）一旦泄漏对环境造成的污染。同时，其造价比同类设备降低了一半。 目前，这种“太阳能冷管空调”有望解决如别墅、活动房的全天冷气、热水供应的需要。如果应用在警察岗亭，可以大大改善警察的工作环境，而无需为电能供应而烦恼。

我国首台太阳能空调是浙江海宁斯泰德于2004年9月研制成功。该太阳能空调是以太阳能无穷的光热原理，采用化学能强化多级接收方法，收集和储存大量的能量，再由太阳能吸附器、热助器和冷助器，根据制冷、制热需要随时满足阴雨雪夜使用。实现了昼夜全优化高效运行，特点是热值高，升温、降温快，使用时无明火、无烟尘、无污染。通过光能高效产氧制冷、制热，比传统空调节约电能达60%左右。另外，在遇连续阴天和梅雨季节，该机会自动采用光电转换系统，以达到连续运行功能。从外观上看，该机与传统压缩机相差不大，目前制造成本和销售价格略高于一般家庭空调。

2.3 低温地板辐射采暖系统

低温地板辐射采暖就是在地板中直接埋设热水管来加热地板，再由地面辐射热来加热室内空气的采暖形式。这种采暖方式辐射体表面温度不大于45℃，采暖介质常用热水，其辐射体一般是其中埋

设了加热管的建筑物构件，如墙壁、顶棚或地板，其中以地面辐射采暖应用居多。

由于地板层结构中有多孔介质，具有储热能力，因此该系统可以考虑采用间歇供暖方式，即通过降低日间温度来减小房间负荷，从而减小建筑物的能耗。）低温地板辐射采暖是在地板上均匀布置散热盘管，热量以辐射对流的方式向上传递，室内温度下暖上凉，给人以“脚暖头凉”的良好感觉，热舒适性比较好，根据范格方程计算，在比正常室内温度低的情况下，同样可以达到其他供暖正常室内温度的热舒适感[2]。地板供热具有舒适性好、减少扬程、节省空间、私密性好、易于计量改造、可利用低位热源和节省维修费用等特点。但是低温地板辐射采暖也有一定的局限性，造价高，维修度大，热媒适应性差给这种系统的普及带来了局限。 2.4 蓄冷空调

蓄冷空调的介质主要有冰和水两种。冰冷空调是指在夜间电价较低廉时，开启一部分制冷机组制冰，并将总能量储存起来；在白天用电高峰、电价较贵时，采用融冰提供的低温水，将储存的能量释放出来，从而满足用电高峰时空调的负荷，降低用电成本。冰蓄冷是七八十年代发展起来的一种新的蓄冷技术，其蓄冷密度为335KJ/kg，占用空间只有水蓄冷的25%～30%，可以提供较低温度的空调供水，有利于提高空调的供回水温差，以减小水泵容量和配管尺寸。因此，冰蓄冷应用更加广泛[3]。但蓄冷机组在蓄冷时工作在制冰工况,其效率较低，而且蓄冷和释冷都必须用不冻液循环，其技术较复杂，投资及运行费用比水蓄冷高。此外，还有利用变温相变材料（如共晶盐）作为蓄冷介质的，但因技术尚待完善且成本高，任在开发研究之中。

水蓄冷技术十利用3℃～5℃的低温水蓄存冷量，发展于五六十年代。其优点是投资省，技术要求低，维修费用少，有事可以利用原有的消防水池兼作蓄冷水池，对于有些大型的蓄冷工程其投资比常规空调还低。同时水蓄冷系统在冬季还可以蓄热供暖，我国葛洲坝水电站的水蓄冷式中央空调，可兼顾夏季供冷和冬季供热使用。但水蓄冷只能利用8℃～11℃的温差，蓄冷密度低，仅有334～

460KJ/kg，且水蓄冷占地面积大，保温性能差，冷损耗大。

还有一些环保节能的暖通系统例如说集中供热系统，楼宇自动化系统等，这里就不一一介绍了。

3 空气品质

根据世界卫生组织1983年定义，病态建筑综合症是因建筑物中央空调的使用而产生的症状，它包括眼睛发红、流鼻涕、困倦、头痛、恶心等。近年来，有些专家建议将人们对室内气味产生的不满也纳入病态建筑综合症中。大量分析表明，人们超过80%的时间在室内度过，在这种情况下，SBS的问题主要是由于室内空气品质（IAQ-indoor air quality）不佳引起的。

由于室内空气品质的原因，人们的身心健康和工作效率受到很大的影响，一些现代化密闭写字楼的工作人员受到的影响尤其明显。与此同时，由室内空气品质简介引起的社会工作效率降低和病休、医疗费用等社会问题也受到了广泛的关注。另一方面，为了改善室内空气品质，很可能需要增加建筑和空间系统的投资及围护费用。

空调系统是影响室内空气品质的三个主要因素之一。如果空调系统不能控制室外气体污染物，以及保障热舒适性（对大多数任而言的温湿度条件），那么对室内空气品质就会发生。针对以上原因，下面提出通过空调系统改善室内空气品质的方法。

3.1 充足的通风量和送风方式的改变

通风效率和换气效率评价指标这两个指标是

从发挥通风空调设备和系统的效应，进行有效通风，提高室内空气品质出发提出来的。利用室外新风稀释与排除室内有害气体或气味，仍是保证室内空气品质的基本措施，并认为有效通风是提高室内空气品质的关键。近年来国外学者对通风评价方法进行了大量的研究，提出了通风系统的评价指标。换气效率，定义为室内空气的实际滞留时间与理论上的最短滞留时间的比值。它是衡量换气效果优劣的一个指标，与气流组织分布有关。通风效率，定义为排风口处污染物浓度与室内污染物平均浓度

之比。它表示室内有害物被排除的速度的快慢程度[4]。

设计良好的空调系统应能提供足够的通风量及换气次数，提供足够的室外空气来满足通风要求，并消除异味和污染。在送风方式上，可由“置换式”代替传统的“上送下回”气流分布方式。

3.2 空调房间内合理的温湿度

在空调房间内保持恒定的温度对热舒适性很重要。在一个区域不同的房间中需要不同的供热和供冷温度时，可以在单个房间内设计不同的温度。此外，还可以实行“工位调节“，这种调节方式的主要特点是在人们附近设置送风的末端装置，个人的舒适性要求则可通过送风末端来满足。湿度也是热舒适性的一个因素，提高相对湿度削弱了蒸发散热的能力，因此相当于提高了温度。不正常的湿度也引起其他IAQ问题，湿度过高或高低会产生不舒适，而相对湿度高能促发霉和病菌的生长。

3.3 异味和污染物的控制

控制异味和污染物的一个技术是用室外空气稀释室内空气，只有连续用室外空气有效地与与室内空气混合才会起稀释作用。另外还可以用隔绝异味和污染物的方法。这可以通过设计和运行空调系统来控制房间之间的压力关系达到。第三个方法是使用局部排风系统，也就是说在污染物周围维持一个负压状态来隔绝和消除污染源。

4 结束语

空调的发展一来于建筑业的发展，近年来建筑业的迅猛发展给空调提供了良好的发展机遇。大力开发使用节能、环保、健康的空调系统是本暖通技术发展的必行之路。

参考文献

[1] 周亚素，张旭土．土壤源热泵系统的研究现状与发展

前景[J]．新能源，1999，第21卷第12期．

[2] 白静，黄书生．低温地板辐射采暖分析山西建筑，2004，

第30卷第20期．

[3] 姜明健，郭航等．蓄冷空调运行经济性计算机分析系

统[J]．FLUID MACHI NERY，2001，Vol . 29 ,No. 3 ．[4] 耿世彬，杨家宝．室内空气品质及相关研究[J]．建筑

热能通风空调，2001，第二期．

(上接第77页)开机、定时关机等），某个房间空调的起停与其它房间空调无关，控制器为线控，线控器的位置可设置在门后的墙壁上或集中在控制

室内，土建时留有接线盒即可。

5.3 高效节能：大型中央空调系统集中供热、供冷，长时间使用会带来高电费、高管理费；且一开全开、一关全关，运行费用高。而普通的分体式空调，在面积较大的房间内常发生室温不均。 VRV 小型中央空调系统，可根据房间内的空调负荷（如室内机开启的数量、房间的温度等）大小自动调整，在室内负荷大时压缩机在高频率运行，在室内负荷小时压缩机在低频率运行，压缩机的启动采用软启动方式，避免了普通压缩机的高启动电流。精细控制的实施使得节能运转得以真正实现，平均运行费用比传统的中央空调节约40%。

5.4 噪音小：每个空调房间里有1—3台室内机，室内机的风量小，噪音小，运行的噪音最低可为36dB(A)。

5.5 安装方便：安装所用的管道为细铜管，安装方便，施工时间短。 6 结束语

以上表明，VRV小型中央空调系统，兼具大型中央空调和普通分体式空调的优点，功能相当于小中央空调，运行费用低，节能明显，噪音小，安装方便，施工时间短，适合目前小型办公楼、商用房和住宅多居室等建筑。

参考文献

[1] G BJ19-87，采暖通风与空气调节设计规范［Ｓ］．北京：

中国计划出版社，2001．

[2] 何耀东,何庆.主编.旅馆建筑空调设计，北京：中国建

筑工业出版社，1995

[3] 清华大学等四校合编.空气调节.第二版.北京：中国建

筑工业出版社，1986

[4] 民用建筑工程设计技术措施［Ｍ］．第二版．北京：中

国建筑工业出版社，1996．

[5] 张强.某办公楼VRV变频风冷热泵空调设计［Ｊ］．制冷

空调与电力机械，2004，（2）：49-51

[6] 周秋珍.可变冷媒流量(VRV)小型中央空调系统设计

［Ｊ］．江汉石油职工大学学报，2005，（7）：63-65