高层住宅建筑空调冷热源选择探讨

　　摘 要: 随着社会经济的不断发展，空调的选择使用大为普及，在城市建筑中，尤其是高层住宅建筑中，耗能低、智能化操作的中央空调系统更是备受青睐。空调冷热源的选择与空调的节能设计有着密切的联系。本文将从高层住宅建筑空调系统冷热源选择研究的意义, 空调系统冷热源技术的发展现状等方面展开论述，从而为正确选择空调冷热源提供一定的依据。

　　关键词:空调系统, 冷热源, 作用

　　随着社会经济的持续稳定的发展，人们对建筑尤其是高层住宅建筑的冷热环境和空气品质的要求越来越高。据统计，空调建筑面积大于3000平米的空调建筑物，从投资和运行的费用来看，和分散空调相比，中央空调的经济性较好，但是中央空调的投资占相应等级建筑物总投资的比重较大，并且冷热源和输送系统耗电量高达百分之四十。因此，空调系统冷热源的选择不仅和业主的初投资和运行费用紧密相关，而且事关政府的能源政策以及未来能源的替代性。

　　一 高层建筑空调冷热源选择的重要性

　　建筑是人们生活与工作的重要场所。现代人类大约有多数的时间在建筑物中度过,建筑环境对人类的寿命、工作效率、产品质量起着极为重要的作用。在任何环境下,将高层住宅建筑室内空气控制在一定的温度、湿度、气流速度和一定的洁净度是空调工程的重要任务。高层住宅建筑的空气调节是改善工作生活条件,提高工作效率的一项重要措施。为了保证建筑的质量和必要的工作条件,除了满足上述四个要求外,同时还规定波动幅度不得大于一定范围。为实现上述空调要求,夏季必须要有充足的冷源,而冬季又必须要有充足的热源，这样人类居住生存的环境才能舒适。

　　高层住宅建筑空调系统热源主要有自备锅炉、热电厂、城市热网供热、热泵等。除了热泵机组在我国的工程应用起步较晚之外,其他热源技术在我国应用都已经相当成熟。获取空调冷源的过程是一个物理过程，也就是制冷过程。其中制冷过程就是从低于环境温度的物体中吸取热量,并将其转移给环境介质的过程。由于热量只能自发地从高温物体传给低温物体,因此,实现制冷就必须以消耗能量(如电能、热能或太阳能等)作为补偿。

　　二 高层住宅空调系统冷热源选择研究的意义

　　高层住宅建筑的冷热源是空调系统的重要组成部分,其设计的合理与否,直接影响空调系统的使用效果、运行的经济性等问题。目前,在高层住宅建筑空调系统中普遍使用电力驱动或热力驱动的冷水机组作为空调系统的冷源,这两类冷水机组又包括很多具体形式。空调系统热源主要有自备锅炉、热电厂、城市热网供热、热泵等。上述各种不同的冷源和热源形式经过组合,形成了多种空调冷热源方案。因此,在空调设计中,可供设计人员选用的空调冷热源形式的种类是很多的。高层住宅建筑冷热源方案的选择是空调系统设计过程中的一个重要决策环节。出于冷热源形式的不同,空调系统的投资、运行费和能耗差别很大,设计人员仅凭借工程经验,对空调冷热源做出可靠的优劣分析和判断是比较困难的。所以,迫切需要一种简单实用的决策方法为设计者提供依据。

　　三 高层住宅建筑空调系统冷热源选择技术

　　1当前高层住宅建筑空调冷热源技术呈现出日趋多元化的趋势,能源利用途径、品种数量和利用效率都大大提高,但各种冷热源设备的能源转换差别很大,能源品种主要还是集中在常规能源方面。当前的冷热源研究呈现出以下几个特点：

　　(1)分别向大型化和小型化两个极端发展;

　　(2)热源品位趋低;

　　(3)能源利用率提高;

　　(4)高环保性。

　　2 当前空调冷热源技术主要包括以下几种

　　(1)新能源开发和利用。目前,世界上空调冷热源的新能源应用研究主要集中在太阳能、地热能、天然气、燃料电池、核能、水电等方面。相对于煤炭、石油等化石能源来说,天然气还处于刚刚被开发利用的阶段,今后有很好的发展前景,天然气的燃烧效率比煤炭和石油都高,热值大,因此其CO2和NOx等污染物排放标准比煤炭和石油要低得多,是一种相对很清洁的能源。目前以天然气为燃料的锅炉和制冷机组早已投入使用并产生了良好的经济效益。

　　(2)冷热电联产(CCHP)。CCHP是一种建立在能源梯级利用概念基础上,把制冷、供热(采暖和卫生热水)、发电等设备构成一体化的联产能源转换系统,其目的是为了提高能源利用率,减少需求侧能耗,减少碳、氮、硫氧化合物等有害气体的排放。与传统的能源转换技术相比,其最大的特点是能源利用率高达90%以上,对环境的影响很小。CCHP机组形式灵活,特别适应于地广人稀、能源短缺和特殊场合的应用。

　　(3)热泵技术。热泵就是靠高位能拖动,迫使热能从低温位热源流向高温位热源的位置,它既可用于供热也可用于制冷。热泵制冷的原理就是逆卡诺循环,其系统组成和功能也与普通的制冷机组相同,因此通过一个四通阀的调节就可实现同一套热泵机组冬夏季供暖空调的转换。由于它可以将不能直接利用的低品位热能转换为可利用的高位能,而驱动整个热泵系统运行所消耗的功占其总供量的三分之一甚至更低,从而达到节约高位能的目的,广泛应用于暖通空调、热回收等领域。

　　(4)蓄冷空调。蓄冷空调利用夜间电力富余时候制冰和低温水蓄冷,在用电高峰期融冰和取用低温水制冷,不但避开了用电高峰期可能引起的运行事故,还可以提高电能的利用率,避免重复建设,节省运行费用。

　　3蓄冷空调系统的技术路线

　　全负荷蓄冷和部分负荷蓄冷是蓄冷空调系统的两条主要技术路线。全负荷蓄冷的策略是将用电高峰期的冷负荷全部转移至电力低谷期,全天冷负荷均由蓄冷冷量供给,用电高峰期不开制冷机。全负荷蓄冷系统所需的蓄冷介质的体积很大,机房建筑和设施占地面积也很大,设备投资高,一般用在一些特殊的场合如体育场、剧场等需要在瞬间放出大量冷量和供冷负荷变化相当大的地方。部分负荷蓄冷就是只蓄存全天所需冷量的一部分,用电高峰期间由制冷机组和蓄冷装置联合供冷,这种方法制冷机组和蓄冷装置的容量小,技术经济合理,这是目前最实用、应用最多的一种方法。

　　四 高层住宅建筑空调系统冷热源选择研究的方法

　　目前,国内外对高层住宅建筑空调冷热源方案进行了大量的选择研究,有从事几个方案技术经济评价的;也有用价值功能分析法、灰色物元分析法、模糊数学分析法等方法进行研究的,这些方法应用在研究空调冷热源方案选择时,既要考虑到他们自己的优点，还要考虑到本身的局限性，在高层住宅建筑空调冷热源的选择上，一定要结合多种方法，实现选择方案的最优化。

　　五 结语

　　实际上各种类型的空调冷热源,由于系统自身及其影响因素错综复杂,均有其自身的优缺点。因此,选择既满足环保要求,又要节约能源;既在技术上安全、可靠,又使用寿命长、经济效益好等各目标同时最优的方案是非常重要的。从冷热源技术和设备来看,今后空调冷热源技术将朝着多元化的趋势发展,能源利用途径、品种数量和利用效率都将大大提高。冷热源分别向大型化和小型化两个极端发展,其热源趋向低品位,能源的利用率会进一步提高,高环保性和网络化、智能化、信息化也将是其发展方向。

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