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探讨暖通空调设计与节能运行问题


随着全球气候的变暧,自然环境的恶化,世界各国对建筑节能的关注程度正日益增加。人们越来越认识到,建筑使用能源所产生的二氧化碳是造成气候变暖的主要来源。暖通空调技术创新势在必行,节能建筑成为建筑发展的必要趋势。

一、暖通空调主要的技术和工作原理

暖通空调技术指的是采用供热、制冷的技术进行取暖、通风以及空气调节,利用人工手段调节、控制室内或者工作区域的温度、湿度、洁净程度等。是建筑设计当中一个组成部分。暖通空调的节能技术是指在采暖方面尽可能用最少的能源得到最多的热能,主要通过对外墙保温体系、气流组织、对冷冻水温度再设定、采用全热交换器系统、提高空调温度等的设定来实现能耗的降低。暖通空调系统的能耗主要决定于空调冷、热负荷的确定和空调系统的合理配置,空调系统的布景和空调设备的选择是以空调负荷为依据的。所以暖通空调节能的关键是空调外界负荷和内部负荷的确定,而暖通空调节能工作也应该从这个方面着手,合理布置建筑物的位置,正确选择外墙、门、窗、屋顶的形状及材料等,尽量减少空调负荷。

暖通空调的主要工作原理是制冷剂在空调制冷机组内的蒸发器中与冷冻水进行热量交换发生气化,这一过程会使冷冻水的温度降低,被气化后的制冷剂在空压机的作用下,会形成高压、高温的气体,当气体流经制冷机组的冷凝器时,则会被来自冷却塔的冷却水所冷却,从而是气体转变为低压、低温的液体,与此同时,被降温后的冷冻水经由水泵被送至空气处理机的热交换器中,随后与混风进行冷热交换形成冷风源,最后经由送风管路送入到各个房间。通过这样的循环过程,在夏季房间内的热量会被冷却水带走,流经冷却塔后释放到空气当中。在空气处理单元中,新风与部分回风经混合后形成混风,当混风经由热交换器冷冻水进行热交换后则形成送风。冬季时,混风能够吸收能量,从而使温度升高,夏季时,随着混风温度降低,送风进入室内后会与室内的空气进行热量的传递,最终将温度调节至房间所需的设定值。

二、暖通空调系统的设计方向和原则

由于空调采暖通风设备是构成暖通工程的重要组成部门,是项目建成后影响运行效果的最重要因素之一。当前暖通空调系统的设计方向首先节能,在建筑物高品质的室内环境设计中,暖通空调专业的设计人员要从节能环保角度主动参与建筑方案的设计,要与自动控制专业相互融通,改变过去的纯专业设计为跨专业的协同设计。要密切关注最新的节能科研成果,要积极采用并推广节能新技术,要努力争取得到政府的支持,要与设备制造商保持密切联系,要对业主做好节能工作的思想工作,尽力争取他们的理解与支持,实现可持续发展的基本国策。第二是消声,现代社会对噪声污染控制很严格,而暖通空调系统运行时的噪声是最主要的噪声源之一。空调系统的消声设计应注意以下几个方面:空调机房不能就近设在人群密集的地下,而设在裙房的地下设备用房内、最大程度地减少震动和噪声的影响。组合式空调器应选用双风机。降低风机的风压,降低风机的噪声水平。从地下空调机房到人群密集地之间应有一定长度的地下送回风风道,加大了自然衰减。同时排风系统上设阻抗复合式消声器,以隔断外界噪声。第三是自净,在暖通空调设计中.设计一个良好的净化空调系统,保持良好的室内建筑环境和空气品质是优化建筑环境的关键所在。理想的净化空调系统,必须控制以上两项功能并达到规定的技术参数,才能满足一些特殊室内建筑环境和空气品质的要求。

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,设计的原则主要包括:一是暖通空调系统要根据冷热的变化,科学合理的进行管理和设计。对于暖通空调系统而言,通过维护结构的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空调负荷的大小。二是暖通空调采用相对节能的新型材料进行设计和管理,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。三是在能源的选择和利用上选择一些可再生的节能能源,这对于暖通空调的建设和管理来说具有重要的意义,而且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。地源热泵空调系统就是在这种形势下发展起来的,它利用地下恒温层土壤热显著提高空调系统的COP值,使得同等制热(或制冷)量下的系统能耗大幅度下降。另外,利用太阳能供热或制冷技术也在开发研究着。

三、暖通空调系统的节能运行

暖通空调系统的运行中,需要风机和水泵来输送介质。空调系统的水泵耗电量较大,在一般的公共和民用建筑中,空调水系统可占到空调总耗电量的15~20%左右,因此,减少空调水泵耗电量也能起到显著的节能效果。水系统节能应该重视水系统设计,认真进行水系统各环路的设计计算,并采取相应措施保证各环路水力平衡。目前的一些空调系统设计,采用变频水泵进行变流量运行也越来越普遍,通过改变水泵电机的转速来控制水泵的流量,通过使用变频调速水泵使水量随冷热负荷变化,可以达到非常明显的技能效果。有资料表明,空调水系统采用变流量运行具有很大的节能能力,变频器投资在1~2年内即可收回。另有资料显示,提高空调系统的供回水温差,降低系统的循环水量,从而降低循环水泵的功耗。目前,一般的空调冷冻水供回水温为7~12℃,水温差为5℃。如果我们将供回水温差加大到8℃,也即空调的冷冻水供回水温为6~14℃,那么系统水量将降低30%。虽然冷冻水供水温度降低了1℃,对制冷机来说降低了其制冷系数,但综合水泵和制冷剂来看,实际上总体是节能的。

另外,在空调能耗中,有很大一部分是由于管理不善而引起的,各项调节和节能措施的实施,也与操作人员的技术素质有关系。系统在实际运行中没有根据人员的变化和实际负荷进行必要的调整,致使供冷量、供水量和送风量都大于实际的需求,即使有一定的调节,也具有滞后性和随意性,由此就会造成很大的浪费。比如有些单位的空调,一年中只有开机关机和冬夏季转换操作,明显达不到节能效果为此要求运行管理人员不仅要有很强的责任心,还应加强对空调操作人员的培训,提高管理人员的素质。另外,增加系统控制等措施,如自力式流量控制阀、压差控制器、温度控制器等也能提高系统的自动控制水平。在控制模式上需根据建筑物的具体功能、气候条件、使用状况等灵活处理。比如年运行管理问题,主要应考虑过渡季节的运行:室外新风的利用、新风量的确定等;再比如日运行管理问题,主要应考虑随室外温度的变化采取不同的日节能运行模式,这可通过采用合理的自控系统及一定的手动调节装置来实现;又比如建筑预冷预热时间的合理选择,建筑预冷预热时间的选择将直接影响冷热设备的大小,从而影响初期投资。特别是对于大空间的体育场馆等蓄热量较大的建筑,如何做到既不影响正常使用,又能实现节能或节约投资,预冷预热时间的合理选择是关键。

四、结语

总之,暖通空凋系统在建筑节能中占据重要的位置,起着重要的作用。节能技术的研究开发和运用是暖通空调系统、建筑系统节能的基础,在空调系统的设计、运行过程中,均应对节能降耗问题引起足够的重视,并将能源消耗作为衡量系统优劣的一项重要指标。

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随着我国社会经济的高速发展,人们的物质生活条件有了明显的改善,对于居住环境的要求也在不断提高,在国内的各类建筑工程中,供热通风与空调安装的施工量不断增加,对于安装质量的要求也越来越高。空调实际上是空气调节,通过对空气的处理使一定区域范围内的空气温度、湿度以及气流速度和洁净程度达到一定要求的工程技术。高层建筑的通风供热在很大程度上依靠空调系统的安装和完善,要实现建筑的科学通风与空调安装的节能设计,应对建筑的空调系统进行合理设计,最大限度利用自然通风系统,努力实现建筑供热通风和空调系统协调使用的良好结合。

浅析供热通风与空调的安装技术

1 供热通风与空调安装中的常见问题

管线与设备的定位、标高交叉的问题,在国内现阶段的供热通风与空调工程中,设计图纸多数是采用CAD软件进行绘制,在相关项目的设计前期,必须确定相关管线与设备的定位、标高,但是由于受到前期测量工作、计算方法、复核等因素的影响,设计图纸中的定位、标高经常存在与实际安装环境不太适应的问题。特别是管线与设备定位、标高交叉现象的出现,将严重影响到安装工程的质量,如果供热通风与空调安装中的管线、设备存在定位、标高交叉问题有可能导致安装作业受到影响,甚至出现返工的现象。

空调的水循环的问题,在供热通风与空调安装工程中,空调冷冻水系统的水循环问题较为常见,最终造成管道循环效果不良。空调水循环问题的引发因素主要有,空调的水循环管道与其他的专业管线之间交叉,安装过程中未进行有效的协调与处理,影响了冷冻水系统的循环效果;在安装前,空调的冷冻水系统的管道未经过清洗或者清洗不彻底,造成管道不同程度阻塞,制约空调的水循环效果,设备的制冷效果也会受到影响。

设备的结露滴水的问题,在供热通风与空调的安装中,必须采取有效的工艺与技术措施,造成空调系统在运行中出现结露滴水的问题的原因总结为以下几方面,在空调管道安装中,未能严格执行相关操作规程;安装工程中选用的管道与管件等材料质量不符合标准,在材料进场时也未进行严格的质量检测;由于空调系统的冷凝水管路较长,在安装过程中可能与吊顶碰撞,或者难以保证其坡度,导致空调系统冷凝水管出现滴水现象;保温材料的厚度不符合标准,导致空调系统在运行中保温材料的外表温度达到露点温度,进而产生结露滴水的现象。

部分建设单位只关心一次性投资控制,忽略建成后的空调系统运行费用的多少,忽略了空调系统节能的要求。这其中大部分原因是投资者与使用者不统一造成的,这种情况使部分空调系统缺乏必要的节能自控设施。部分空调系统运行管理水平低,虽然空调系统设计很合理,但运行管理水平跟不上而造成能耗浪费。多家单位合用一套空调系统,不安装空调计费系统,仅简单地按面积分摊空调运行费用,造成了人为浪费。

2 供热通风的控制要素

2.1 室内温度定值设定

确定合理的室内温度,是在空调系统安装运行后建立科学而合理的建筑室内供热通风系统的必然要求,对于大部分的空调系统,冬天将温度吃力到偏高的温度将消耗更多热量,夏天将温度降低也将消耗较多的冷量。由此,应根据室内的实际温度需求建立供热通风系统,在满足了基本的温度设定要求基础上,建筑的室内所产生的温度以及湿度应尽量提高,而冬季则应尽量降低,所设定的区间越大,则越能有效节约空调系统的能耗。

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