论文部分内容阅读
摘要：在分析我国的气候分布、实际国情及未来节能减排面临的任务的基础上，对我国公共建筑空调系统的现状进行分析，并对其发展趋势进行预测，指出绿色空调将是我国今后建筑空调发展的主要方向之一。
关键词：公共建筑；空调系统；节能减排；绿色空调
1 引言
进入21世纪以来，我国城镇化进程步伐不断加快，城市建筑如雨后春笋般拔地而起，加之我国地处温带季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，公共建筑空调在城市中的使用规模越来越大、使用频率越来越高、使用时间也越来越长，空调能耗在公共建筑能耗中的比重也越来越大。
据统计，我国历年建筑能耗在总能耗中的比例平均为19.8％，在我国大中城市，夏季空调、冬季采暖与供热所消耗的能量占建筑物总能耗的40％-50％。特别是冬季的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染，随着到2020年我国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45％目标的提出，未来我国节能减排的任务日趋繁重。显然，建筑物污染控制和节能是我国节能减排的优先领域，而能耗比重较大的公共建筑空调问题更是重中之重。
2 我国建筑空调系统的现状
(1)压缩式水冷冷水机组
压缩式水冷冷水机组+锅炉这种形式在我国公共建筑项目中应用比较普遍，曾经在较长时间里占主导地位。压缩式水冷机组一般采用离心式冷水机组或螺杆式冷水机组，通常是离心式机组和螺杆机组混合使用。活塞式的冷水机组由于能效比低下，在目前的公共建筑项目中已经极少采用。20世纪80年代到90年代后期主要采用燃油锅炉，主要燃料为轻油，在20世纪90年代末到本世纪初前几年，燃气锅炉逐渐取代燃油锅炉，特别是西气东输线路贯通后。压缩式水冷冷水机组+市政蒸汽这种形式主要应用在离市政蒸汽供应点比较近的地方。热源利用接入的市政蒸汽，采用板式热交换器置换成热水，供冬季的空调采暖。
(2)溴化锂吸收式冷热水机组
溴化锂吸收式冷水机组作为节电、节能，无污染大气环境的空调冷热源已被广泛应用。溴化锂吸收式冷水机组按其所用热源分为热水型、蒸汽型、直燃型三种。蒸汽双效溴冷机组由于热力系数高，可利用0.25-0.60MPa的低位热源，设计制造经验成熟，运行安全可靠而受到广大用户的青睐。但对于建在城市繁华地区的大型、高层商业民用建筑，如采用蒸汽型溴冷机组会受到配建锅炉房而引发的安全、占地、烟尘、噪声等一系列问题的限制，而用一般电驱动的冷水机组，不仅受到电力增容的限制，而且仍需要配备燃油锅炉提供热水，在城市热网并不普及，且电力供应十分紧张的我国，利用直燃型溴化锂吸收式冷热水机组则是十分有效的举措。
这类形式主要在一些宾馆饭店及综合性的大楼中应用较多，在区域的公建中占有一定的份额，其中以直燃机为主，夏季同时提供供冷和生活热水，冬季提供采暖和生活热水，最近几年逐年采用燃气为燃料。在一些靠近市政蒸汽供应点的地方，也采用蒸汽吸收式溴化锂冷水机组夏季供冷，冬季直接用市政蒸汽经换热后采暖。
(3)变频多联空调系统
变频多联空调系统是以变制冷剂流量为特征，以一台或多台室外机连接多台室内机的直接膨胀式制冷空调系统。变频多联空调系统相对于定频系统具有明显的节能、舒适效果，系统可以依据室内负荷的大小，使压缩机在不同的转速下连续运行，改变制冷剂流量的同时减少了压缩机由于频繁起停造成的不可逆损失。
该种空调系统最近几年才逐渐崭露头角，目前已经在新建或在建的公建中占有较大的比例。多联式空调机组由一台或多台室外机与多台室內机组成，依靠制冷剂流动进行能量转换与输送，它是由制冷剂管路将制冷压缩机、室内外换热器、节流装置和其他辅助部件连接而成的闭式管网系统，能在夏季供冷，冬季供热。其室外机、室内机布置灵活，节省安装空间，可以单独开启，利用率高，便于调节，舒适性和节能性较好。这种空调起初主要用在一些建筑物的局部，作为空调补充使用，但随着以分割租售为主要形式的一些楼宇的出现，特别是房地产开发项目，越来越多地整体采用这种空调形式。
(4)地源热泵空调系统
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能，包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵系统由地下循环环路、热泵工作环路和室内环路等三部分组成，埋入地下的U型管一进一回形成环路与大地进行换热。在制冷工况时，空调房间的冷负荷与压缩机的功所转化的热量被排入大地，室外埋管换热器与换热器(冷凝器)之间通过管道连接成一个封闭的回路，在循环水泵的作用下，水在回路中往复循环，换热器(冷凝器)吸收制冷剂的热量，通过室外埋管换热器传入大地；在供热工况时，从压缩机出来的制冷剂经四通换向阀换向，此时换热器转换成为热泵机组的蒸发器，循环水流经室外埋管换热器时吸收大地中的热量，在换热器(蒸发器)中释放给制冷剂；在室内侧，同样既可以通过水的循环进行热量传递，也可以使制冷剂直接流经换热器与空气进行热交换。地源热泵是一项非常成熟、完全商业化的技术，起源于上世纪20年代的欧洲，是一种利用地下浅层地热资源作为冷热源的空调系统，具有显著节能、舒适环保、零空气污染等优点，此种空调系统主要在别墅及排屋中使用。
(5)空气源热泵空调系统
空气源热泵是由压缩机、换热器、节流器、吸热器、压缩机等装置构成了一个循环系统。冷媒在压缩机的作用下在系统内循环流动，在压缩机内完成气态的升压升温过程，然后进入换热器后释放出高温热量加热水，同时自己被冷却并转化为流液态，当它运行到吸热器后，液态迅速吸热蒸发再次转化为气态，同时温度下降至零下20℃-30℃，这时吸热器周边的空气就会源源不断地将低温热量传递给冷媒。冷媒不断地循环就实现了空气中的低温热量转变为高温热量并加热冷水过程。空气源热泵是以空气中热量为能源，只要空气中有足够的热量，它就能吸收能量而产生热水。而且空气一水热泵机组由于冬季以空气为吸热源而夏季又以空气为排热源，室内以水为冷热媒体，供应末端装置，实现制冷和供暖，因而使用方便，安装工作量小，运行维修、保养十分方便，对周围环境的污染，包括空气的污染、噪声污染以及向环境漂水等现象均较小。因此空气源热泵的使用是替代传统的制冷机+锅炉的建筑物空调、采暖、供热模式，是改善城市大气环境、节约能源的一条有效途径。因此，空气源热泵空调系统有比较广阔的发展空间。 (6)蓄冷蓄热空调
为了充分合理利用电能，上世纪90年代，我国部分城市推出了峰谷用电政策，随之利用峰谷电的蓄冷蓄热空调系统应运而生。蓄冷空调是利用昼夜峰谷负荷的差值进行夜间蓄冷(冷水或冰)白天放冷调节平衡电网负荷的一种空调系统。蓄热空调是采用蓄热型电热水锅炉，利用昼夜峰谷负荷的差值进行夜间蓄热白天放热调节平衡电网负荷的一种空调系统。
由于当时政府的鼓励政策，蓄冷蓄热空调系统发展较快，在90年代初期建设的公建项目中有不少采用了这样形式。进入2000年后，电力的供应日益紧张，在空调全面使用的夏季和冬季，很多城市几乎不存在用电高峰和低谷，移峰填谷难以实行，因此，蓄冷蓄热空调的应用推广遇到一定阻力，采用的建筑项目有所减少。目前，蓄冷蓄热系统在我国应用的不是很广泛，其主要原因是初投资高于常规的空调系统，整个系统从设计、施工、设备选型以及建成的管理都必须先进、可靠，而且还必须有供电部门的优惠政策，才能达到预期的效果。
3 我国建筑空调系统的发展趋势
(1)由于压缩式水冷冷水机组的能效比(COP)值较高、制冷可靠性好，以压缩式水冷冷水机组作为冷源将在较长时期内仍然成为常用形式。与之相配套，将在冬季采用锅炉作为采暖热源，并将主要采用天然气作为燃料为主。但是，由于在夏季，水冷冷水机组对电力的依赖性很大，而当前及今后较长时间内，区域的夏季电力缺口仍较大；在冬季，虽然锅炉对电力依赖度很小，但其热效率较低，“省电不节能”；加之其它各种形式的空调方式不断发展，应用压缩式水冷冷水机组+锅炉组合方式的建筑项目所占的比例会逐渐减少。
(2)压缩式水冷冷水机组+市政蒸汽的空调组合方式与上面的组合相似，只是冬季采暖使用了市政蒸汽。从节能上来说，这种方式当然要远优于采用锅炉来采暖的空调系统，但其主要应用于我国北方大中城市，我国的市政供热系统只是存在于局部城市、局部区域，目前还不具有普遍性。当然，在部分城市启动的集中供热区域，将逐渐出现利用市政蒸汽替代锅炉在冬季提供空调采暖。
(3)由于我国当前及今后相当长的时间里，冬夏两季的电力缺口都很大，为缓解电力紧张的局面，部分城市提倡使用燃气作为空调能源，并出台了一些优惠政策，因此在今后一段时期里，以燃气为燃料的直燃溴化锂吸收式冷热水机组将有所增加。在一些有市政蒸汽供应点的区域，将会采用蒸汽式溴化锂吸收式冷水机组。但由于溴化锂吸收式冷热水机组存在“省电不节能”，加之燃气为非清洁能源和不可再生资源，其價格较之电力不够稳定，受市场供应波动较大，因此溴化锂吸收式冷热水机组的发展也有一定限制，无法成为占主导地位的冷热源方式。
(4)随着风冷热泵型空调机组的技术日益成熟，COP值不断增高，加之我国的气象条件能充分满足其在夏季和冬季的运行需求，并且该系统管路简单、占用有效建筑面积小等特点，采用风冷热泵型空调机组作为空调冷热源方式会有较快增长。但由于该种形式的空调在夏冬两季对电力的依赖较大，且效率较水冷机组低，因此其推广应用也有所受限。
(5)随着公建地产建设的快速发展，特别在我国大中城市，以及东部沿海等地区，办公和商业地产的大量建设，以单元性租售形式的公共建筑越来越多，采用VRV变频多联空调系统会进入高速增长期。
(6)为缓解我国能源紧张的局面，以新兴能源和节能型空调系统将快速发展，随着其制冷技术的不断发展，总量将不断增加。未来几年，地源热泵、水源热泵、空气源热泵在我国的应用会逐渐增长。
4 结论
未来一段时间内，随着我国节能减排任务的日趋繁重，绿色建筑和低碳建筑将会受到社会各界的广泛关注和高度重视。随之而来的公共建筑空调系统将发生革命性变化，除建筑空调自身技术的不断创新和突破，智能控制技术将在建筑空调中广泛应用，以此降低建筑空调负荷和空调系统设备的耗电量，提高建筑空调系统的能源利用效率变得越来越重要，此外，使用清洁能源的绿色空调研发与应用将提上重要的议事日程。
参考文献
[1]张颖.建筑空调系统节能途径综述[J].煤气与热力,2009,29(9):15-18
[2]单勇.浅谈空气源热泵空调系统[J].商品与质量,2009,1:177-178
[3]薛茂梅,杨庆泉,韩明新.燃气空调的类型及经济性分析[J].煤气与热力,2005,12:44-46
[4]张磊.浅谈地源热泵空调系统[J].城市建设,2011,1:27
关键词：公共建筑；空调系统；节能减排；绿色空调
1 引言
进入21世纪以来，我国城镇化进程步伐不断加快，城市建筑如雨后春笋般拔地而起，加之我国地处温带季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，公共建筑空调在城市中的使用规模越来越大、使用频率越来越高、使用时间也越来越长，空调能耗在公共建筑能耗中的比重也越来越大。
据统计，我国历年建筑能耗在总能耗中的比例平均为19.8％，在我国大中城市，夏季空调、冬季采暖与供热所消耗的能量占建筑物总能耗的40％-50％。特别是冬季的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染，随着到2020年我国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45％目标的提出，未来我国节能减排的任务日趋繁重。显然，建筑物污染控制和节能是我国节能减排的优先领域，而能耗比重较大的公共建筑空调问题更是重中之重。
2 我国建筑空调系统的现状
(1)压缩式水冷冷水机组
压缩式水冷冷水机组+锅炉这种形式在我国公共建筑项目中应用比较普遍，曾经在较长时间里占主导地位。压缩式水冷机组一般采用离心式冷水机组或螺杆式冷水机组，通常是离心式机组和螺杆机组混合使用。活塞式的冷水机组由于能效比低下，在目前的公共建筑项目中已经极少采用。20世纪80年代到90年代后期主要采用燃油锅炉，主要燃料为轻油，在20世纪90年代末到本世纪初前几年，燃气锅炉逐渐取代燃油锅炉，特别是西气东输线路贯通后。压缩式水冷冷水机组+市政蒸汽这种形式主要应用在离市政蒸汽供应点比较近的地方。热源利用接入的市政蒸汽，采用板式热交换器置换成热水，供冬季的空调采暖。
(2)溴化锂吸收式冷热水机组
溴化锂吸收式冷水机组作为节电、节能，无污染大气环境的空调冷热源已被广泛应用。溴化锂吸收式冷水机组按其所用热源分为热水型、蒸汽型、直燃型三种。蒸汽双效溴冷机组由于热力系数高，可利用0.25-0.60MPa的低位热源，设计制造经验成熟，运行安全可靠而受到广大用户的青睐。但对于建在城市繁华地区的大型、高层商业民用建筑，如采用蒸汽型溴冷机组会受到配建锅炉房而引发的安全、占地、烟尘、噪声等一系列问题的限制，而用一般电驱动的冷水机组，不仅受到电力增容的限制，而且仍需要配备燃油锅炉提供热水，在城市热网并不普及，且电力供应十分紧张的我国，利用直燃型溴化锂吸收式冷热水机组则是十分有效的举措。
这类形式主要在一些宾馆饭店及综合性的大楼中应用较多，在区域的公建中占有一定的份额，其中以直燃机为主，夏季同时提供供冷和生活热水，冬季提供采暖和生活热水，最近几年逐年采用燃气为燃料。在一些靠近市政蒸汽供应点的地方，也采用蒸汽吸收式溴化锂冷水机组夏季供冷，冬季直接用市政蒸汽经换热后采暖。
(3)变频多联空调系统
变频多联空调系统是以变制冷剂流量为特征，以一台或多台室外机连接多台室内机的直接膨胀式制冷空调系统。变频多联空调系统相对于定频系统具有明显的节能、舒适效果，系统可以依据室内负荷的大小，使压缩机在不同的转速下连续运行，改变制冷剂流量的同时减少了压缩机由于频繁起停造成的不可逆损失。
该种空调系统最近几年才逐渐崭露头角，目前已经在新建或在建的公建中占有较大的比例。多联式空调机组由一台或多台室外机与多台室內机组成，依靠制冷剂流动进行能量转换与输送，它是由制冷剂管路将制冷压缩机、室内外换热器、节流装置和其他辅助部件连接而成的闭式管网系统，能在夏季供冷，冬季供热。其室外机、室内机布置灵活，节省安装空间，可以单独开启，利用率高，便于调节，舒适性和节能性较好。这种空调起初主要用在一些建筑物的局部，作为空调补充使用，但随着以分割租售为主要形式的一些楼宇的出现，特别是房地产开发项目，越来越多地整体采用这种空调形式。
(4)地源热泵空调系统
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能，包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵系统由地下循环环路、热泵工作环路和室内环路等三部分组成，埋入地下的U型管一进一回形成环路与大地进行换热。在制冷工况时，空调房间的冷负荷与压缩机的功所转化的热量被排入大地，室外埋管换热器与换热器(冷凝器)之间通过管道连接成一个封闭的回路，在循环水泵的作用下，水在回路中往复循环，换热器(冷凝器)吸收制冷剂的热量，通过室外埋管换热器传入大地；在供热工况时，从压缩机出来的制冷剂经四通换向阀换向，此时换热器转换成为热泵机组的蒸发器，循环水流经室外埋管换热器时吸收大地中的热量，在换热器(蒸发器)中释放给制冷剂；在室内侧，同样既可以通过水的循环进行热量传递，也可以使制冷剂直接流经换热器与空气进行热交换。地源热泵是一项非常成熟、完全商业化的技术，起源于上世纪20年代的欧洲，是一种利用地下浅层地热资源作为冷热源的空调系统，具有显著节能、舒适环保、零空气污染等优点，此种空调系统主要在别墅及排屋中使用。
(5)空气源热泵空调系统
空气源热泵是由压缩机、换热器、节流器、吸热器、压缩机等装置构成了一个循环系统。冷媒在压缩机的作用下在系统内循环流动，在压缩机内完成气态的升压升温过程，然后进入换热器后释放出高温热量加热水，同时自己被冷却并转化为流液态，当它运行到吸热器后，液态迅速吸热蒸发再次转化为气态，同时温度下降至零下20℃-30℃，这时吸热器周边的空气就会源源不断地将低温热量传递给冷媒。冷媒不断地循环就实现了空气中的低温热量转变为高温热量并加热冷水过程。空气源热泵是以空气中热量为能源，只要空气中有足够的热量，它就能吸收能量而产生热水。而且空气一水热泵机组由于冬季以空气为吸热源而夏季又以空气为排热源，室内以水为冷热媒体，供应末端装置，实现制冷和供暖，因而使用方便，安装工作量小，运行维修、保养十分方便，对周围环境的污染，包括空气的污染、噪声污染以及向环境漂水等现象均较小。因此空气源热泵的使用是替代传统的制冷机+锅炉的建筑物空调、采暖、供热模式，是改善城市大气环境、节约能源的一条有效途径。因此，空气源热泵空调系统有比较广阔的发展空间。 (6)蓄冷蓄热空调
为了充分合理利用电能，上世纪90年代，我国部分城市推出了峰谷用电政策，随之利用峰谷电的蓄冷蓄热空调系统应运而生。蓄冷空调是利用昼夜峰谷负荷的差值进行夜间蓄冷(冷水或冰)白天放冷调节平衡电网负荷的一种空调系统。蓄热空调是采用蓄热型电热水锅炉，利用昼夜峰谷负荷的差值进行夜间蓄热白天放热调节平衡电网负荷的一种空调系统。
由于当时政府的鼓励政策，蓄冷蓄热空调系统发展较快，在90年代初期建设的公建项目中有不少采用了这样形式。进入2000年后，电力的供应日益紧张，在空调全面使用的夏季和冬季，很多城市几乎不存在用电高峰和低谷，移峰填谷难以实行，因此，蓄冷蓄热空调的应用推广遇到一定阻力，采用的建筑项目有所减少。目前，蓄冷蓄热系统在我国应用的不是很广泛，其主要原因是初投资高于常规的空调系统，整个系统从设计、施工、设备选型以及建成的管理都必须先进、可靠，而且还必须有供电部门的优惠政策，才能达到预期的效果。
3 我国建筑空调系统的发展趋势
(1)由于压缩式水冷冷水机组的能效比(COP)值较高、制冷可靠性好，以压缩式水冷冷水机组作为冷源将在较长时期内仍然成为常用形式。与之相配套，将在冬季采用锅炉作为采暖热源，并将主要采用天然气作为燃料为主。但是，由于在夏季，水冷冷水机组对电力的依赖性很大，而当前及今后较长时间内，区域的夏季电力缺口仍较大；在冬季，虽然锅炉对电力依赖度很小，但其热效率较低，“省电不节能”；加之其它各种形式的空调方式不断发展，应用压缩式水冷冷水机组+锅炉组合方式的建筑项目所占的比例会逐渐减少。
(2)压缩式水冷冷水机组+市政蒸汽的空调组合方式与上面的组合相似，只是冬季采暖使用了市政蒸汽。从节能上来说，这种方式当然要远优于采用锅炉来采暖的空调系统，但其主要应用于我国北方大中城市，我国的市政供热系统只是存在于局部城市、局部区域，目前还不具有普遍性。当然，在部分城市启动的集中供热区域，将逐渐出现利用市政蒸汽替代锅炉在冬季提供空调采暖。
(3)由于我国当前及今后相当长的时间里，冬夏两季的电力缺口都很大，为缓解电力紧张的局面，部分城市提倡使用燃气作为空调能源，并出台了一些优惠政策，因此在今后一段时期里，以燃气为燃料的直燃溴化锂吸收式冷热水机组将有所增加。在一些有市政蒸汽供应点的区域，将会采用蒸汽式溴化锂吸收式冷水机组。但由于溴化锂吸收式冷热水机组存在“省电不节能”，加之燃气为非清洁能源和不可再生资源，其價格较之电力不够稳定，受市场供应波动较大，因此溴化锂吸收式冷热水机组的发展也有一定限制，无法成为占主导地位的冷热源方式。
(4)随着风冷热泵型空调机组的技术日益成熟，COP值不断增高，加之我国的气象条件能充分满足其在夏季和冬季的运行需求，并且该系统管路简单、占用有效建筑面积小等特点，采用风冷热泵型空调机组作为空调冷热源方式会有较快增长。但由于该种形式的空调在夏冬两季对电力的依赖较大，且效率较水冷机组低，因此其推广应用也有所受限。
(5)随着公建地产建设的快速发展，特别在我国大中城市，以及东部沿海等地区，办公和商业地产的大量建设，以单元性租售形式的公共建筑越来越多，采用VRV变频多联空调系统会进入高速增长期。
(6)为缓解我国能源紧张的局面，以新兴能源和节能型空调系统将快速发展，随着其制冷技术的不断发展，总量将不断增加。未来几年，地源热泵、水源热泵、空气源热泵在我国的应用会逐渐增长。
4 结论
未来一段时间内，随着我国节能减排任务的日趋繁重，绿色建筑和低碳建筑将会受到社会各界的广泛关注和高度重视。随之而来的公共建筑空调系统将发生革命性变化，除建筑空调自身技术的不断创新和突破，智能控制技术将在建筑空调中广泛应用，以此降低建筑空调负荷和空调系统设备的耗电量，提高建筑空调系统的能源利用效率变得越来越重要，此外，使用清洁能源的绿色空调研发与应用将提上重要的议事日程。
参考文献
[1]张颖.建筑空调系统节能途径综述[J].煤气与热力,2009,29(9):15-18
[2]单勇.浅谈空气源热泵空调系统[J].商品与质量,2009,1:177-178
[3]薛茂梅,杨庆泉,韩明新.燃气空调的类型及经济性分析[J].煤气与热力,2005,12:44-46
[4]张磊.浅谈地源热泵空调系统[J].城市建设,2011,1:27