1、暖通空調(diào)新技術(shù)的發(fā)展與啟示摘要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速持續(xù)發(fā)展，作為支柱產(chǎn)業(yè)之一的建筑業(yè)也得到迅猛發(fā) 展。而作為建筑業(yè)的重要組成部份的暖通空調(diào)業(yè)，其新產(chǎn)品、新技術(shù)、新材料更 是層出不窮。暖通空調(diào)業(yè)發(fā)展所遵循的原則，概括起來就是：節(jié)能、環(huán)保、可持 續(xù)發(fā)展，保證建筑環(huán)境的衛(wèi)生與安全，適應(yīng)國家的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略，貫徹?zé)帷?冷計量政策，創(chuàng)造不同地域特點的暖通空調(diào)發(fā)展技術(shù)。Abstract: With the rapid and sustainable development of national economy, as a pillar industry in construction has also

2、 been rapid development. As an important part of the construction industry of HVAC industry, new products, new technologies, new materials is endless. HVAC industry development principles, summed up: energy saving, environmental protection, sustainable development, to ensure the health and safety of

3、 the built environment to meet the countrys energy structure adjustment strategies, and implementing the heat, cold measurement policies, and create the characteristics of different regions HVAC development of technology.關(guān)鍵字: HVACCFD應(yīng)用，水源熱泵，蓄冰技術(shù)，能源多元化一、暖通空調(diào)（HVAC） 技術(shù)發(fā)展概況隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速持續(xù)發(fā)展，作為支柱產(chǎn)業(yè)之一的建筑業(yè)也得到迅

4、猛發(fā) 展。而作為建筑業(yè)的重要組成部份的暖通空調(diào)業(yè)，其新產(chǎn)品、新技術(shù)、新材料更 是層出不窮。暖通空調(diào)業(yè)發(fā)展所遵循的原則，概括起來就是：節(jié)能、環(huán)保、可持 續(xù)發(fā)展，保證建筑環(huán)境的衛(wèi)生與安全，適應(yīng)國家的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略，貫徹?zé)帷?冷計量政策，創(chuàng)造不同地域特點的暖通空調(diào)發(fā)展技術(shù)。一：具體的可概括為以下十一個方面。供暖技術(shù)分戶熱計量的實施（收費辦法探討及實施）；供暖系統(tǒng)改造；低溫地板輻射 供暖；新型散熱器應(yīng)用、開發(fā)；區(qū)域供熱供冷、冷熱電聯(lián)供技術(shù)；分布式冷熱電 聯(lián)供技術(shù)。通風(fēng)技術(shù)夏熱冬冷地區(qū)住宅通風(fēng)；傳染病醫(yī)院病房通風(fēng)；手術(shù)室等生物潔凈空間的空 調(diào)潔凈技術(shù)；商場、地鐵等公共空間的通風(fēng)；工業(yè)通風(fēng)。室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量

5、熱舒適環(huán)境（尤其是適合中國人群特點的研究及應(yīng)用）；室內(nèi)空氣品質(zhì)（室 內(nèi)建筑裝飾材料、設(shè)備散發(fā)污染物規(guī)律研究，評價方法等）；通風(fēng)空調(diào)氣流組織 與室內(nèi)空氣品質(zhì)。燃?xì)饪照{(diào)燃?xì)鉄岜茫皇褂萌細(xì)獾睦錈犭娙?lián)供；燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)。蓄能技術(shù)冰蓄冷空調(diào)；低溫送風(fēng)技術(shù)；水蓄冷技術(shù)；蓄熱供暖（蓄熱電鍋爐等）。公共建筑HVAC體育館、劇院、商場、商用辦公綜合樓等的供暖空調(diào)通風(fēng)技術(shù)；建筑防排煙 設(shè)計?？沙掷m(xù)發(fā)展能源技術(shù)與暖通空調(diào)可再生能源利用（太陽能、自然通風(fēng)、夜間通風(fēng)冷卻等，光伏技術(shù)等）；熱 回收技術(shù)與設(shè)備；建筑本體節(jié)能（包括保溫隔熱措施、相變材料墻體、節(jié)能窗技 術(shù)等）；被動式建筑。節(jié)能環(huán)保設(shè)備的開發(fā)利用低位熱能和水

6、源、土壤熱源的熱泵；高能效設(shè)備（冷熱源、風(fēng)機(jī)水泵、 末端設(shè)備、控制裝置）空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)計進(jìn)展分散式個別空調(diào)；變風(fēng)量、變水量系統(tǒng)；置換通風(fēng)及相關(guān)系統(tǒng)研究和應(yīng)用； 住宅空調(diào)方式；新風(fēng)利用（如獨立新風(fēng)系統(tǒng)、新風(fēng)空調(diào)機(jī)等）、蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng) 用。模擬與分析技術(shù)、智能控制暖通空調(diào)能耗模擬、能量分析（氣象參數(shù)統(tǒng)計分析、軟件應(yīng)用開發(fā)等）CFD 應(yīng)用；建筑自動化技術(shù)；暖通空調(diào)與智能建筑。施工安裝和運行管理施工安裝技術(shù)；交工調(diào)試；運行節(jié)能；空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)清洗、過濾、滅菌等。二、結(jié)合設(shè)計，需要重視和探討的幾個問題由于暖通空調(diào)技術(shù)的發(fā)展和變化，特別是建筑市場競爭激烈，業(yè)主需求日益 現(xiàn)代化、多樣化、重視國外技術(shù)的移植與

7、引進(jìn)，而節(jié)能、環(huán)保、綠色等概念的影 響及我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，對暖通空調(diào)設(shè)計的挑戰(zhàn)越來越嚴(yán)峻。因此，如何結(jié)合 設(shè)計的需要，重視相關(guān)技術(shù)，并有選擇而合理的應(yīng)用在我們的設(shè)計中，滿足業(yè)主 要求，提高設(shè)計水平，是我們必須努力做到的。下面，僅提出四個主要方面，供大家探討。重視CFD技術(shù)的應(yīng)用CFD是英文Computational Fluid Dynamics （計算流體動力學(xué)）的簡稱。它 是伴隨著計算機(jī)技術(shù)、數(shù)值化計算技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。CFD相當(dāng)于“虛擬” 地在計算機(jī)上做實驗，用以模擬實際的流體流動與傳熱情況。而其基本原理則是 數(shù)值求解控制流體流動和傳熱的微分方程，得出流體流場在連續(xù)區(qū)域上的離散分

8、布，從而近似地模擬流動情況。因此，CFD是一種模擬仿真技術(shù)。在暖通空調(diào)領(lǐng)域，近年來，經(jīng)過高等院校、 科研和設(shè)計單位的共同努力，在模擬予測室內(nèi)外或設(shè)備內(nèi)的空氣或其它工質(zhì)流體 的流動情況的應(yīng)用方面，越來越多。CFD可以對一些高大空間、公共建筑（體育 場館、大型音樂廳堂）、地鐵等通風(fēng)空調(diào)空間的氣流組織設(shè)計，以可視化的方式 將速度場、溫度場，用動態(tài)或靜態(tài)予以展示；對一些建筑小區(qū)或建筑群（如：CBD 地區(qū)）的二次風(fēng)、熱環(huán)境等進(jìn)行模擬分析，以求能設(shè)計出合理的建筑風(fēng)環(huán)境；暖 通設(shè)備的質(zhì)量的提高、性能的改進(jìn)，也可以借助CFD得以實現(xiàn)。CFD以成本低、速度快、資料完整且可以模擬各種不同工況的特點，成為分析和 競

9、標(biāo)工程項目的有力工具。許多設(shè)計院都在奧運及相關(guān)工程中，應(yīng)用了 CFD分析， 并配以彩色的溫度場、速度場圖示，得到業(yè)主好評。清華大學(xué)開發(fā)了通用三維流 動與傳熱的數(shù)值模擬程序STACH-3，同濟(jì)大學(xué)、湖南大學(xué)及北京工業(yè)大學(xué)在CFD 方面也都作了不少開拓性工作。北京市建筑設(shè)計院，專用設(shè)置了 CFD應(yīng)用機(jī)構(gòu)， 用以解決重大項目投標(biāo)和設(shè)計上的難題，推動了設(shè)計水平的提高。值得一提的是，北京建筑設(shè)計院為了設(shè)計工作需要，利用CFD技術(shù)，對我院 設(shè)計的融科資訊中心的C座大廳，進(jìn)行了室內(nèi)熱環(huán)境的予測分析，以供設(shè)計借鑒 和指導(dǎo)。高大空間采用玻璃幕墻，為室內(nèi)熱循環(huán)的控制與設(shè)計帶來了新課題。而 融科資訊中心大廳，面積約

10、為900m2，高9m，屋頂及圍護(hù)結(jié)構(gòu)均為玻璃幕墻，大 廳內(nèi)的熱環(huán)境具有一定的典型性和普遍性。北京院經(jīng)過CFD分析，表明設(shè)計可以 滿足冬季及夏季空調(diào)采暖要求。但冬夏季均有較大溫度分布不均及溫度垂直分層 現(xiàn)象。為此提出在類似工程設(shè)計時的改進(jìn)建議。北京院用CFD起到了 “他山之石， 可以攻玉”的效果。我院的一些項目，也提出了應(yīng)用CFD的要求。如：中京藝苑的京劇院部分、 北京一機(jī)床的重型裝配車間，都涉及到了高大空間的氣流組織問題。特別是后一 個項目，是工業(yè)項目，空調(diào)要滿足工藝要求。該廠房，有4個24m跨，2個30m 跨，最高處屋架下弦約25m?？偨ㄖ娣e約3萬m2。工藝要求：30m跨10.0m高 度范

11、圍內(nèi)，24m跨5.0m高度范圍內(nèi)，夏季溫度30C2C，冬季18C2C。水 平方向30m內(nèi)，溫度要求為2C?？照{(diào)設(shè)計在5m、10m處分別采用風(fēng)機(jī)盤管（約 800余臺）沿外墻和柱間跨相對送風(fēng)，在屋架下弦采用噴口（02000 400）送 風(fēng)。為了滿足廠房要求，弄清氣流組織效果。院委托清華大學(xué)進(jìn)行了 CFD分析。 這是我院施工圖項目應(yīng)用CFD的第一個。相信將對最終落實空調(diào)設(shè)計方案，是十 分有益的。并將為CFD技術(shù)在我院應(yīng)用，起到促進(jìn)作用。如果CBD的財富中心區(qū) 的熱環(huán)境也能用CFD分析，必將為我院的建筑師提供有效幫助。重視水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用近幾年，隨著空調(diào)節(jié)能和環(huán)保要求的日益迫切和嚴(yán)格，在北美和北歐等

12、國相 當(dāng)普遍與成熟的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，在我國從起步階段而得到較快發(fā)展。我國在 水源熱泵理論探索、試驗研究、產(chǎn)品開發(fā)和工程項目的應(yīng)用上，都取得了可喜的 成果。據(jù)2003年統(tǒng)計，僅在北京推廣熱泵技術(shù)的廠家包括：北京恒有源科技發(fā)展 有限公司、山東富爾達(dá)公司、法國CIAT公司、清華同方等9家。承擔(dān)熱泵系統(tǒng) 設(shè)計的單位越來越多。北京已有187個單位使用了水源熱泵系統(tǒng)，供暖面積達(dá) 294萬m2,新開發(fā)的建設(shè)項目也都提出進(jìn)行水源熱泵的可行性分析，因此，了解、 熟悉和掌握水源熱泵系統(tǒng)，并在合理條件下，選擇并應(yīng)用，是設(shè)計人員適應(yīng)建筑 市場需求的必備能力。水源熱泵分為兩大類，即水環(huán)熱泵和地源熱泵。后者又分為土壤源

13、熱泵和地 （表）下水熱泵。目前發(fā)展較迅速的主要是地（表）下水熱泵。其特點是利用淺 層低溫地能（熱），一般溫度相對恒定（V25C），經(jīng)過熱泵提升至建筑物采暖需要 的溫度（5060C）。熱泵能效比高（一般COP可達(dá)35）。而這種能量地下儲 量巨大，且可以再生。夏季制冷時，將熱量排入地下；冬季供暖時，在地下取熱， 同時將冷量排入地下，循環(huán)利用。澆層地能的采集，主要是在合適的條件下，通 過打井抽灌淺層地下水來實現(xiàn)的。我國地下水四季不同地區(qū)，一般為624C，基本恒溫。采集地下低品位水 時，基本原則是只用其熱，不用其水，用后必須回灌。地下水源應(yīng)當(dāng)保證水量充足，水溫適當(dāng)，水質(zhì)良好，供水穩(wěn)定，易于回灌。 且要

14、加以監(jiān)控，嚴(yán)防污染和浪費。地下取水深度多在100m左右，含水層厚度一 般應(yīng)大于5m；冬季地下水溫不應(yīng)低于10C ；地下水含砂量應(yīng)為1/200000；回灌 水基本與抽水水質(zhì)相同。地下水的抽取與回灌方式，目前分為“單井抽灌”和“異井抽灌”方式。“單井抽灌”技術(shù)為北京恒有源公司開發(fā)，并申請了專利。在北京，已在 11個單位應(yīng)用，供暖面積達(dá)154萬m2。其中，包括近9萬m2的海淀區(qū)政府和3 萬m2的海淀區(qū)公安局的辦公樓，以及學(xué)校、銀行、檔案館、高層住宅等建筑。 我院設(shè)計的中關(guān)村軟件園信息中心，建筑面積約2萬m2,也采用了 “單井抽灌” 的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。其空調(diào)冷負(fù)荷為1410kW，空調(diào)熱負(fù)荷為1400

15、kW。設(shè)計中 采用了三套水源熱泵機(jī)組，主機(jī)型號為HT760，以R-22為冷媒。夏季提供7/12C冷凍水，冬季提供55C/50C熱水。其綜合能效比COP值，夏季為4,冬季為3。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，水源熱泵方案 初投資570萬元，單位空調(diào)造價285元/m2；漠化鋰直燃機(jī)方案，初投資為750 萬元，單位空調(diào)造價375元/m2；燃?xì)忮仩t加冷水機(jī)組方案，初投資為700萬元， 單位空調(diào)造價350元/m2。全年運行費用：水源熱泵25.36元/m2 年；直燃機(jī) 46.92元/m2 年；燃?xì)忮仩t加冷水機(jī)組為41.32/m2 年。同時，水源熱泵機(jī)房面積小，無輔助建筑，運行中無污染物排放，無冷卻塔 系統(tǒng)。因此，“單井

16、抽灌”的水源熱泵的優(yōu)勢明顯。“異井抽灌”系統(tǒng)，在北京以北京警察學(xué)院為代表。該院占地約80公頃， 建筑面積約15萬m2,采暖熱負(fù)荷為15153kW，空調(diào)冷負(fù)荷為16081kW。全院共設(shè) 計兩個水源熱泵系統(tǒng)，總水量為1170m3/h。共打井20 口，其中供水井與回灌井 各8個，沉砂井和溢流井各2個。供水井間距為200300m，井深300m，每口井 設(shè)計流量為150m3/h。回灌井布置在院區(qū)中部較大范圍內(nèi)，以使回灌水灌至上游。上述系統(tǒng)于2001年8月進(jìn)行設(shè)計，2003年9月投入運行。是水-水熱泵在 較大范圍的工程中的實踐，對水源熱泵推廣有借鑒作用。從目前情況來看，在城市密集區(qū)，采用“單井回灌”技術(shù)，

17、有較明顯優(yōu)勢。 這是因為井距小，約10m左右，管路敷設(shè)距離短。同時，井深多為100m左右， 有利打井。系統(tǒng)中無單獨的回灌井、沉砂井和溢流井，管理、維護(hù)、調(diào)試相應(yīng)簡 單。關(guān)注蓄冰空調(diào)與低溫送風(fēng)近年來，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國電力供應(yīng)在部份省市出現(xiàn)緊張、短缺的 局面。去年和今年尤為突出。北京今年夏季最高用電負(fù)荷從去年的846萬kW增 加到950萬kW，其中，家用空調(diào)約為300萬kW，大型公用建筑的空調(diào)峰值用電 達(dá)100萬kW，空調(diào)用電已占全市用電負(fù)荷的40%。因此，空調(diào)用電的節(jié)省對緩解 北京夏季用電緊張，十分重要。特別是電力系統(tǒng)采取了分時電價，鼓勵合理用電， 以解決電力負(fù)荷的峰谷差現(xiàn)象。而蓄冰空調(diào)

18、技術(shù)是重要方法之一。蓄冰技術(shù)是采用制冷機(jī)和蓄冰裝置，在電網(wǎng)低谷時的廉價電費計時區(qū)域，進(jìn) 行蓄冰作業(yè)；而在空調(diào)高峰負(fù)荷時，將所蓄冰冷量釋放的成套技術(shù)。蓄冰技術(shù)要 合理選擇蓄冰介質(zhì)、蓄冰裝置與設(shè)計系統(tǒng)組合，利用優(yōu)化的傳熱手段，通過自動 化控制，周期性地實現(xiàn)高密度的介質(zhì)蓄冰與合理的冷量釋放。凡執(zhí)行分時電價，且峰谷電價差較大的地區(qū)，同時自身空調(diào)用電負(fù)荷又不均 衡的用戶，如辦公樓、商店、賓館、影劇院、體育館等，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，都 可以采用。蓄冰方式可分為：動態(tài)型，即將制冰與蓄冰分開，如：冰漿式、冰品式和冰 片滑落式；靜態(tài)型，有盤管外結(jié)冰式（包括內(nèi)融冰式和外融冰式）和封裝式（冰 球、冰板和芯心冰球式）。

19、迄今止，我國建成和在建的蓄冰空調(diào)工程已達(dá)200多項。北京建成的最大靜 態(tài)蓄冰工程一一國貿(mào)二期（約10萬m2），國家電力調(diào)度中心低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)， 均是成功實例。我院在海淀新技術(shù)大廈工程中，也采用了蓄冰空調(diào)。大廈建筑面 積約5.7萬m2,冰球蓄冷。利用環(huán)形車道內(nèi)心作為蓄冷罐（3個043OOX8900mm） 的存放地，較好地解決了占地問題。該系統(tǒng)采用兩臺雙工況螺桿機(jī)（510RT），蓄 冷量為總冷負(fù)荷的28.7%。自2001年安裝運行以來，效果良好。但蓄冰技術(shù)的推廣，存在著造價較高、管理復(fù)雜、運行成本高、占地面積大、 取冰較難掌握等問題，這需要設(shè)計、設(shè)備制造商及運行管理部門，不斷實踐，提 高水平，予

20、以完善。同時，很重要一個方面，是電力部門要進(jìn)一步給予優(yōu)惠政策， 使蓄冰系統(tǒng)回收年限縮短（一般應(yīng)為5年或特殊情況不大于7年為限）。使業(yè)主 在經(jīng)濟(jì)上得到實惠，以支持電網(wǎng)削峰填谷。近幾年，由于國內(nèi)大型科技園區(qū)、大學(xué)城、CBD等的興起，以冰蓄冷為冷源 的區(qū)域供冷系統(tǒng)，開始出現(xiàn)，并引起空調(diào)業(yè)界的關(guān)注。而區(qū)域供冷系統(tǒng)，是始于90年代初，在美國等發(fā)達(dá)國家，由于市場的需求 因素和市場供應(yīng)的因素，而得以迅速發(fā)展的。中關(guān)村西區(qū)占地約51公頃，規(guī)劃地上建筑100萬m2,地下建筑50萬m2。用 地主體的功能為金融、科貿(mào)、行政辦公、會展等，配有商業(yè)、酒店、康體娛樂。 一級開發(fā)商在區(qū)內(nèi)建設(shè)了兩個冰蓄區(qū)域供冷系統(tǒng)，為二級開

21、發(fā)商提供空調(diào)用冷 水，以節(jié)省其自建制冷站費用。現(xiàn)一期制冷站已建成，提供約8000RT冷量，1.1C 空調(diào)冷凍水。這為空調(diào)系統(tǒng)使用大溫差低溫送風(fēng)，實現(xiàn)空調(diào)節(jié)能，提供了可能。 我院設(shè)計的中關(guān)村影視城，即向該冷站購冷（2.47元/RT-H），并作了低溫送風(fēng) 系統(tǒng)，這是我院第一個這樣的系統(tǒng)，進(jìn)行了有益的探索。廣州大學(xué)城有500萬m2的建筑物，采用了外融冰冰蓄冷區(qū)域供冷站，共設(shè) 4個制冷量3萬RT的制冷站。采用美國BAC技術(shù)，采用的是內(nèi)置翅片換熱器外 融冰金屬盤管。提供2C空調(diào)冷凍水。整個系統(tǒng)投資14億元，是國內(nèi)最大區(qū)域 供冷站?，F(xiàn)正在進(jìn)行建設(shè)中，將為區(qū)域供冷探索和積累經(jīng)驗。因此，為解決電力緊張，以及夏

22、季電力系統(tǒng)削峰填谷的需要，不少地方和業(yè) 主，將對蓄冰技術(shù)的應(yīng)用提出要求，我們應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步作好技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的準(zhǔn)備和研 究，適應(yīng)蓄冰技術(shù)的發(fā)展。重視大規(guī)模建筑群的能源多元化和多路能源的供應(yīng)，實現(xiàn)電力和燃?xì)獾?互補由于空氣調(diào)節(jié)的作用，既要滿足人民生活質(zhì)量提高需求，又要滿足工業(yè)，特 別是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的保障需求，因此空調(diào)與室內(nèi)空氣品質(zhì)、人居環(huán)境的健康，與 工作和生產(chǎn)效率、高新技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量，甚至與城市經(jīng)濟(jì)運轉(zhuǎn)和環(huán)境的安全等方面， 關(guān)系愈加密切?？照{(diào)使用的季節(jié)性、間歇性和不穩(wěn)定性，對于任何城市而言都造成了能源供 應(yīng)的巨大壓力。例如：北京市現(xiàn)有建筑面積3.5億m2,予計2008年將達(dá)到5億 m2,空調(diào)對能源的需求和環(huán)境的影響都是巨大的。我國建筑耗能約占總耗能的 40%，空調(diào)耗能約占建筑耗能的40%，而北京目前能源末端方式主要是電力和天 然氣，而其消費又呈現(xiàn)季節(jié)與晝夜的極大不平衡。天然氣冬季消耗量是夏季的 710倍，這主要是采暖需要造成的。電力負(fù)荷除一天內(nèi)的峰谷差外，冬夏之差 也在擴(kuò)大。2002年夏季峰值用電達(dá)824萬kW，冬季峰值不足580萬kW，冬夏季 差值主要是空調(diào)用電造成的。因此，在有電力與天然氣供應(yīng)的大型建筑群，應(yīng)考慮合理匹配冷、熱源，使 電力和天然氣的使用上，能達(dá)到“雙贏”。這是一個值得認(rèn)真對待的課題。燃?xì)饪?/p>