暖通空调系统的能耗组成及节能分析

暖通空调系统的能耗组成及节能分析

1暖通空调系统的节能技术电力为经济发展提供了动力，但由于各种原因，能源发展往往落后于经济发展。近几年,中国的国民生产总值的增长率维持在约10%,但是能源的增长率只有3%～4%,这样的形势要求我们必须节能。建筑能耗在社会总能耗中的比例较大,发达国家的建筑用能一般占到全国总能耗的30%～40%;中国采暖区的城镇人口虽然只占全国人口的13.6%,但是采暖用能却占全国总能耗的9.6%。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生长点。现代建筑的必要组成部分暖通空调领域也已经受到这种趋势的影响,暖通空调系统中的节能正在引起暖通空调工作者的注意,并且针对不同的国家、地区的能源特点和不同建筑的采暖、通风、空调要求发展着相关的节能技术。研究建筑环境,了解暖通空调负荷产生的原因及影响因素,可以更加合理地提出解决问题的方法。2暖通空调能耗为了创造舒适的室内空调环境,必须消耗大量的能量。暖通空调能耗是建筑能耗中的大户,据统计在发达国家中暖通空调能耗占建筑能耗的65%。以建筑能耗占总能耗的35%计算,暖通空调能耗占总能耗的比例竟高达22.75%,由此可见建筑节能工作的重点应该是暖通空调的节能。从暖通空调的能耗组成可以看出: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,空调系统的布置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方面着手,合理布置建筑物的位置,正确选择外墙、门、窗、屋顶等的形状及材料等,尽量减少空调负荷。3环境热辐射法一般舒适性空调暖通空调的目标是为人们提供舒适的生活和生产室内热环境,主要包括:室内空气温度、空气湿度、气流速度以及人体与周围环境(包括四壁、地面、顶棚等)之间的辐射换热(简称环境热辐射)等。在一般的舒适性空调中,以能够使人体保持热平衡而满足人们的舒适感觉为目的;在恒温恒湿或有洁净要求的工艺性空调中,一切以满足生产工艺为目标。而房屋的建筑热工设计是恰当地利用房屋围护结构的热特性,抵抗室外气候的变化,使房间内产生舒适的微气候。3.1通过围护结构的传热热损失围护结构包括外围护结构和内围护结构。外围护结构主要包括屋面、外墙和窗户(包括阳台门等);内围护结构主要包括地面、顶棚、内隔墙等。在采暖建筑中,围护结构的传热热损失占总的热损失的比例是较大的,以4个单元6层的砖墙、混凝土楼板的典型多层建筑为例:在北京地区,通过围护结构的传热热损失约占全部热损失的77%(其中外墙25%,窗户24%,楼梯间隔墙11%,屋面9%,阳台门下部3%,户门3%,地面2%);通过门窗缝隙的空气渗透热损失约占23%;在哈尔滨地区,通过围护结构的传热热损失约占全部热损失的71%(其中外墙28%,窗户28%,屋面9%,阳台门下部1%,外门1%,地面4%);通过门窗缝隙的空气渗透热损失约占29%。由此可见改善围护结构的热工性能对于暖通空调节能具有重要意义。3.1.1复合墙体的制备墙体是建筑外围护结构的主体,主要作承重用的单一墙体材料,往往难以同时满足较高的保温、隔热要求。目前在节能的前提下,复合墙体越来越成为当代墙体的主流。复合墙体一般用砖或钢筋混凝土作承重墙,并与绝热材料复合;或者用钢或钢筋混凝土框架结构,用薄壁材料夹以绝热材料作墙体。在复合墙体的节能考虑中,其关键技术是保温。目前的墙体保温形式主要有内保温、外保温和中间保温,它们的比较主要从建筑热稳定性、冷桥、施工难度、防震、维护的难度等诸多方面来考虑。3.1.2典型的建筑结构类型在建筑的外围护结构中,门窗的保温隔热性能较差,而且门窗的缝隙还是冷风渗透的主要通道。在采暖建筑中,以4个单元6层的砖墙、混凝土楼板的典型多层建筑为例,窗户的传热热损失和空气渗透热损失相加,约占全部热损失的47%(北京)、57%(哈尔滨)。所以改善门窗的性能是节能工作的一个重点,目前主要进行以下工作:控制窗墙比,改善窗户保温性能,提高门窗的气密性,加强户门、阳台门的保温等。3.1.3屋顶保温性能屋顶由于与外界的接触面较大,会产生冬冷夏热的问题。改善屋顶的热工性能主要是加强屋顶的保温,屋面的保温应结合防水等要求来综合考虑,平顶屋面和尖顶屋面的保温情况会有所不同。3.2内部热环境对温暖通风的经济效益的影响3.2.1室内温度冬季过高和夏季过低的温度不但会造成能源的浪费,也会给人体带来不适。有资料表明,选择合适的室内温度,对暖通空调系统的节能具有重要作用。3.2.1.负荷的影响冬季的采暖设计是用稳态传热的原理来计算的,室内温度对负荷的影响可以直观得到。由表1可见,在热舒适许可的条件下将冬季的室内采暖温度适当降低可以起到明显的节能效果,而且对于冬季室外采暖设计温度较低的地区更为有利。3.2.1.空调负荷的对比夏季的空调负荷中围护结构的负荷只是其中的一部分,室内温度对空调负荷的影响表现在围护结构的负荷的变化。从表2可见,在热舒适许可的条件下将夏季的室内空调温度适当提高也可以起到明显的节能效果,对于围护结构负荷占空调负荷大部分的宾馆、办公楼等建筑,夏季的空调室内外温差较小使得这种优势更为明显。有资料表明,夏季室内温度每升高1℃,一般的空调器可减少5%～10%的用电量。3.2.2系统降低了能源危机、建筑物的气密性新风能耗在暖通空调系统能耗中占有相当大的比重,尤其是对于新风要求较高的场合。目前国内暖通空调设计规范的新风量标准主要取决于室内CO2的浓度,70年代的能源危机之后,欧美各国的新风标准有所降低,如美国ASHRAE标准将办公楼新风标准从25.5m3/h.p降低到8.5m3/h.p,同时建筑师加强了建筑物的气密性。这些措施取得了一定的节能效果,但是有研究成果表明:空调系统的新风不足是引起“病态建筑综合症”的重要因素,人们开始修正一些矫枉过正的做法,在舒适健康与节能之间寻求新的平衡。4外热环境的考虑暖通空调的负荷确定是建立在克服室外环境影响的基础上,研究暖通空调节能应该研究室外热环境,以减轻室外对室内的热作用,并且充分利用室外环境中的有利因素,使之对改善室内热环境起到积极的作用。4.1环境条件对供暖系统负荷的影响4.1.1室外参数的选取空调负荷的确定受室外干球温度的影响较大,而且对于空调、采暖和通风系统,其室外的参数的选取也不相同。目前设计参数是根据不保证率来确定的,室外空气温度的变化使得空调系统的绝大部分时间是处在部分负荷状态下运行的,在进行暖通空调节能设计时应充分考虑这一点,合理配置系统。4.1.2湿度空气的相对湿度过高会对人体的热舒适带来一定的负面影响,而且过高的相对湿度会增加空调系统的潜热负荷,从而增加整个暖通空调系统的能耗。4.1.3气候补偿在气候资源方面,太阳辐射对建筑节能是一个有利的因素。冬天建筑南向窗户接受到的太阳辐射较多,这对外界的寒冷气候构成一种补偿;同时,太阳光的入射角越小,被玻璃窗反射的热量越少,进入室内的热量越多,而且通过南向窗户阳光射入室内的深度较大,对于砖石和混凝土等重质材料的建筑,有利于太阳热能更好地被建筑墙体、地面及物品所吸收和蓄存,提高室内温度,节约采暖用能。4.2建筑景观的节能技术规划设计是建筑节能设计的重要方面,规划节能设计应从建设选址、分区、建筑和道路布局走向、建筑方位朝向、建筑体型、建筑间距、冬季季风主导方向、太阳辐射、建筑外部空间环境构成等方面进行研究。以优化建筑的微气候环境,有利于节能,充分重视和利用太阳能、冬季主导风向、地形和地貌,利用自然因素。节能规划设计就是分析构成气候的决定因素:辐射因素、大气环流因素和地理因素的有利、不利影响,通过建筑的规划布局对上述因素进行充分利用、改造,形成良好的居住条件和有利于节能的微气候环境。建筑旁边的绿化不但有防风、隔声、防尘和美化环境的作用,而且对于建筑节能也有重要作用。因为首先树木可以从根部吸收水分,通过叶面蒸发,从而降低空气温度,其次树木有很好的遮阳作用,从而使建筑物直接受到的太阳辐射及从地面得到的辐射热减少,三是树木有引导风及挡风的作用。此外,地面不但会反射太阳辐射,而且其本身温度升高后又会成为新的热辐射源。所以尽量种草、植树,避免地面土壤裸露,并减少不必要的大面积混凝土地坪对于减少空调负荷,达到节能的目的是非常重要的手段。而且清洁的室外环境对于洁净空调系统的有效运行和空调箱过滤器的寿命也是有利的。5建筑环境应注意的节能问题建筑环境是影响暖通空调能耗的重要因素,从建筑环境着手考虑是解决暖通空调节能问题的关键,也是一种积极的节能工作,作者认为应着重以下方面的工作:(1)进行法律依据制定政策法规对建筑节能工作具有指导意义,而且以法规的形式出现,一则表示政府重视和鼓励,二则可以为节能工作的开展提供法律依据。近年来国务院和有关部委也颁布了相关的建筑节能法规;此外各地方政府也根据气候条件和能源特点,制定了各自的建筑节能标准和规定;但是总的来说法规和政策还有待进一步的完善。(2)制定节能政策暖通空调节能工作的顺利开展离不开技术的进步。国家在制定节能政策时,既指明了发展方向,同时也鼓励了技术进步。只有依靠科技的发展,不断优化能源结构和用能方式,才能够真正做到节能,创造巨大的社会效益和经济效益。(3)各工种对暖通