建筑节能：采暖制冷的优化方案

建筑物的采暖制冷节能是建筑物节能的关键。在建筑物设计时，就应对采暖制冷方式及其设备的选择进行精心的考虑，并根据当地的资源情况及用户对设备运行费用的承担能力，对不同方案进行技术经济比较。其次，在设备运行时要进行运行方案的优化，在满足用户要求的前提下实现经济运行。

（1）正确选用冷热源设备 冷热源设备的选用直接关系到建筑物的能耗，应在积极发展集中供热、区域供冷供热站和热、电、冷三联产技术的基础上，根据安全性、经济性和适应性的原则来统筹兼顾。具体考虑的因素有：能源、环保和城建的要求和法规；建筑物的用途、规模和冷热负荷；初投资和运行费；机房条件、消防、安全和维护管理；设备的性能和能效比。

若当地供电紧张，但有热电站供热或有足够的冬季采暖锅炉，特别是有废热和余热可供利用时，应优先采用溴化锂机组。当地供电紧张，但夏季有廉价的天然气供应，可选用直燃型溴化锂吸收式冷热水机组。直燃型溴化锂吸收式冷热水机组与溴化锂吸收式制冷机相比，具有热效率高、燃料消耗少、安全性好、可直接供冷和供热、初投资和运行费低、占地面积小等优点。因此在同等条件下，特别是有廉价的天然气供应时，应优先选用。一般情况下宜优先选用两用机。

按性能系数高低来选择制冷设备的顺序为：离心式、螺杆式、活塞式、吸收式。电力制冷机的性能系数高于吸收式，因此在当地供电不紧张时，从性能系数来考虑，应优先选用电力制冷机。大型系统以离心式为主，中型系统以螺杆式为主。选用风冷机组还是水冷机组须因地制宜，因建筑物而异。一般大型建筑物宜选用冷水机组，小型建筑物或缺水地区宜选用风冷机组。在选用冷水机组时应考虑机组之间互为备用或轮换使用的可能性。从节能的角度出发，可选用不同类型、不同机组互相搭配。

在选用制冷机型、台数和调节方式时，应充分考虑建筑物全年空调负荷的分布规律及制冷机在部分负荷下的调节特性来合理选择。这样方可提高制冷系统在部分负荷下的运行效率，降低全年总能耗。为平衡供电的峰谷差，应积极推广蓄冷空调和低温送风相结合的系统。如供电部门给予较大的峰谷差优惠政策，则选择利用谷电蓄热的电热锅炉也是可行的。

（2）广泛采用热泵技术 热泵技术非常适合于建筑物的采暖和制冷，而且已在我国建筑物中得到了广泛的应用。在夏季需要制冷、冬季需要采暖的地区，宜优先考虑选用热泵采暖方式，可以同时兼顾采暖供冷的两种功能。热泵主要用来为建筑物的采暖和制冷提供100℃以下的低温用能。用于建筑物的热泵主要有水源热泵、土壤源热泵和空气源热泵。目前建筑物中热泵应用要解决的主要问题是如何因地制宜正确选用。

对要求全年采暖和空调的中小型建筑，当技术经济比较合适或不便采用一次能源时，宜采用空气源热泵；当冬季因结霜、除霜导致供热不足时，则应在热泵出水管上增设辅助加热装置。热泵机组一般应安装在屋顶、阳台或室外平台上。若必须装在室内时，则须采取措施防止空气短路；对同一建筑物，如果内区要求供冷，外区要求供热，或者外部有廉价的低位热源，如地下水、江河水或工业废水时，可优先选用性能系数较好的水源热泵。但如果使用冷却塔，则必须采用密闭式。目前在京津等地区，出现了所谓“一户一机，深井回灌”的水源热泵系统。这种系统能量利用率高，但地下水回灌的最佳方式和地下水回灌后对含水层热力和水力状态的影响还有待深入研究。

当有良好的地热条件，且技术经济分析合理时，土壤源热泵也很有前途。目前地下埋管的深度日益加深，土壤传热模型和强化措施也取得了很大进展，如北京工业大学已成功地解决了地下埋管的深层（大于70m）置入技术及地下埋管的强化传热问题。北京已有多座别墅采用了该校开发的土壤源热泵技术，解决了全年的供暖、制冷和生活热水供应。

（3）实现经济运行 建筑物采暖和制冷的经济运行是非常重要的。据统计，我国旅馆类建筑的制冷能耗约占全年营业收入的15%，已成为影响经营效益的重要因素。造成建筑物采暖和制冷能耗高的原因，一是因为设计不当，例如目前多数建筑机组选择过大，远远超出实际需要，造成设备的闲置和初投资浪费；又如冷冻水泵配置过大，部分负荷时水泵经常处在低效率区工作。

另外一个原因就是没有经济运行，主要表现是：没有根据天气、负荷和人员的变动情况，选择合适的新风比例，要么空气品质欠佳，要么能耗过大；负荷侧变流量时，冷热源侧未能进行相应的变流量调节，导致输送能耗增加；风机盘管和空调机组过滤器未能经常清洗，不但因阻力增加而使能耗增加，另外也带来卫生方面的问题；过渡季节未能充分利用冷却塔实现全新风运行，造成能量浪费；四管制空调系统仍按两管制运行，造成资源和能量浪费；蓄冷空调和低温送风系统因为管理复杂，未能充分发挥效益。

根据上述情况，从设计和运行两方面着手，加强人员的管理和培训，就能够使建筑物的采暖和制冷的费用有大幅度的下降。

（4）实行供冷暖的分户热计量 供冷暖建筑实施分户热计量，既可以节省建筑物能耗，又可提高供冷暖的质量，同时还有利于物业管理。我国建设部已明令从2000年10月1日起正式实施分户热计量。

实行分户热计量既涉及老系统的改造又涉及新建工程。对新建工程通常可以采用单元设公用总立管，分户则自成独立系统。管道宜暗装并适当加保温。管道最好采用宜施工、接头少、安全可靠的铝塑复合管、交联乙烯管等。一组总立管的楼层数一般不宜超过16层。分户计量和控制后的供冷暖系统形成了变流量的运行方式，因此双立管时需设置自立式压差调节阀；单管时则要求设自立式流量调节阀。为使系统能正常工作，应在量热表前加装过滤器或除污器，此外对系统的水质也应严格要求。(www.xing528.com)

由于采用分户热计量，因此设计时对热负荷的计算也应作相应的考虑。例如，室内计算温度通常为18℃，但随着人民生活水平的提高，以及热作为一种商品，用户可以根据自身经济状况多用或少用，因此室内计算温度也可以适当提高一些，例如提高到20℃。另外，按户计热和控制温度后，邻户的传热问题也必须考虑。当然邻户的传热与建筑物的入住率有关，因此对此问题即可以进行邻户的传热计算，也可简单地采用附加的修正系数。有专家建议该修正系数可以取1.2～1.5。显然分户热计量和分室控温后，各户的热负荷会比常规热负荷大，但各户的最大负荷几乎不可能同时出现。因此整栋建筑物的热负荷并非各户修正后热负荷的累加，而应考虑不同时段使用系数，以防止建筑物计算的总热负荷过高，造成设备选用上的浪费。

目前热计量仪表主要有蒸发式热表和热量表。蒸发式热表目前国外产品居多，适用室内供暖的各种系统。热量表的流量计量有机械式、电磁式、超声波式等多种形式，目前正在发展之中。国内已有多个分户热计量的试点工程，已为我国分户热计量提供了成功经验。

（5）建筑物蓄冷空调技术 采用“蓄冷空调”是平衡空调用电峰谷最好的办法，所谓“蓄冷空调”是指利用深夜至凌晨用电低谷时的电能，采用电动压缩制冷机制冷的方式，将制取的冷量储存在冷水（温度通常为4～7℃）、冰或共晶盐中，到白天用电高峰时则停开制冷机，利用储存的冷量供建筑物制冷或用于需要的生产过程。

蓄冷空调系统有很多划分方式，若按蓄冷材料分则有水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷三大类。水蓄冷的冷水温度为4～7℃，而空调用水的实际使用温度为5～11℃，因此这种蓄冷方式系统简单，可以直接使用现有的冷水机组，操作方便，制冷与储冷之间无传热差损失，节能效果显著，其缺点是蓄冷能力小，因此蓄冷装置体积大，占地多。随着地价的日益上升，已较少应用。

因为水在结冰和融化时吸收和放出的潜热通常要比水的湿热大80倍左右，因此冰蓄冷系统蓄冷装置体积小，蓄冷量大，是目前使用较为广泛的一种蓄冷方式。冰蓄冷的缺点是在制冷与储冷、储冷和取冷之间存在传热温差损失，特别是储冷和取冷之间存在更大的温差，传热温差损失更大。因此冰蓄冷的制冷性能系数COP较水蓄冷低。

目前冰蓄冷系统大多采用静态制冰方式（即在冷却管外或盛冰容器内结冰，冰本身始终处于相对静止状态），这种制冰方式有其固有的缺点，即随着冰层增厚，传热阻力增大，致使制冷机的性能系数COP下降，另外冰块还会造成水路堵塞。动态制冰由于冰晶和冰浆随水一起流动，单位时间内可携带更多的冷量，因此可减少冰蓄冷的体积和投资，是一种很有前途的冰蓄冷方式，目前正在发展中。

共晶盐的蓄冷系统正是为了克服以上两种方式的缺点而研发的。其特点是既利用相变潜热大的优点，又尽量减少传热温差。采用优态盐蓄冷系统，其充冷水温度为3～4℃，因此可用现有的冷水机组。当蓄冷槽放水的上限温度为12℃时，蓄冷槽的蓄冷密度是水蓄冷槽的3～4倍。目前各种新型的蓄冷相变材料和新的蓄冷系统已成为世界各国研发的热点。

国外蓄冷空调已有很大发展，在美国有的州已规定大型建筑物（商场、剧场、体育馆等）的空调系统，其能源的60%必须来自蓄冷。日本对蓄冷空调更是十分重视，1998年已有大型蓄冷空调4500套，转移高峰电力7420MW。我国从1992年开始发展水蓄冷和冰蓄冷空调，目前已有上百座大型建筑物采用了蓄冷空调系统。

（6）建筑物蓄热供暖技术 建筑物蓄热通常有两种含义，一种是指建筑物围护结构（墙体、屋顶、地板等）本身的蓄热作用；另一种含义是指为了减少城市用电的峰谷差，充分利用夜间廉价的电能加热变相材料，使其产生相变，以潜热的形式储存热能。白天这些相变材料再将储存的热能释放出来，供房间采暖。

图4-8 相变蓄热地板

在利用相变蓄热的采暖方式中，应用最广的是电加热蓄热式地板采暖（图4-8）。和传统的散热器相比，其主要优点是：①舒适性好。普通散热器一般布置在窗下，主要靠空气对流散热。地板采暖主要利用地板辐射，人可同时感受到辐射和对流加热的双重效应，更加舒适。②清洁无污染。③容易布置。较理想地解决了大跨度空间散热器难以合理布置的问题，可用于旅馆大厅、体育馆等大空间供暖。④运行管理方便。⑤适用于家居和办公室。⑥运行费用远低于无蓄热的电热供暖方式。通常其费用仅为无蓄热的电供暖方式的1/2。