机械工程导论论文

我最感兴趣的一种机械新产品

——暖通空调

卢坤

（南京工程学院机械学院机电124 南京211167）

摘要：暖通空调能耗是建筑能耗中的大户，但其节能潜力巨大，而且节能的途径与方法众多，本文对暖通空调领域节能的重要性和可行性进行了分析，对暖通空调能耗的影响因素及节能的途径与方法进行了探讨。关键词：暖通空调；节能；减排

前言：

随着经济的迅速发展，人居环境和能源问题日益严峻，据统计，建筑能耗在我国能源总消费中所占的比例已经达到27.6%，而建筑能耗又尤其以建筑空调能耗较大，在我国一般宾馆、写字楼空调能耗约占建筑总能耗的30～40%，大中型商场空调能耗则高达50%，有的空调系统能耗占建筑总能耗的60%或更多。

能源为经济的发展提供了动力，但是由于各种原因，能源的发展往往滞后于经济的发展。现有的暖通空调系统所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源，其中电能占了绝对比例。对这些能源的大量使用，使得地球资源日益匮乏，同时也带来严重的环境问题，如在我国的一些地区酸雨、飘尘问题呈日益严重之势，对生态环境和可持续发展带来了很大影响。

暖通空调的基本组成和原理：

暖气、通风及空气调节是由于许多科学家的发明及发现而产生，其中包括尼古拉·利沃夫（英语：Nikolay Lvov）、麦可·法拉第、威利斯·开利、鲁本·特灵（英语：Reuben Trane）、詹姆斯·焦耳、威廉·朗肯（英语：William Rankine）及萨迪·卡诺等人。

暖通空调系统的零件大约发明在工业革命前后，全世界的公司和发明家也不断引进各种现代化及高效率的新方法。暖通空调的三个主要功能暖气、通风及空气调节都有相互关联，其目的是在合理的安装、运转及维修成本下，提供舒适温度（英语：Thermal comfort）及适当的室内空气品质（英语：Indoor air quality）。暖通空调系统提供通风功能，减少空气渗透（英语：Infiltration (HVAC)），维持室内外或不同房间之间的压力关系, 空气流进或流出房间的特性称作室内空气分布（英语：Room air distribution）。

在现代的建筑中，上述机能（包括其控制系统，及系统的设计及安装）会整合在一个或多个的暖通空调系统中。针对小型的建筑，承包商会直接依需求选择暖通空调系统及设备。若是大型的建筑，会由建筑设计者及机械、结构等工程师共同分析、设计并选定暖通空调系统，再由专业的机械承包商来安装。

暖通空调系统是一个国际性的产业，其相关工作包括系统的运行、保养、设计及架构、设备制造商及业务、研究以及教育推广。暖通空调产业以往是由暖通空调设备的制造商所管理，现在有许多国际性管理及标准化组织关注此领域，包括国际暖通空调分销商管理办法委员会（英语：HARDI）、美国采暖、制冷和空调工程师协会（英语：ASHRAE）、美国金属片与空调承包商协会（英语：SMACNA）、美国空调承包商协会（英语：Air Conditioning Contractors of America）、统一机械规范（Uniform Mechanical Code）、国际建筑法规（英语：International Building Code）于提供暖通空调产业相关服务并提升其水平。

暖通空调（Heating, Ventilation and Air Conditioning，简称HVAC）是指室内或车内负责暖气、通风及空气调节的系统或相关设备。暖通空调系统的设计应用到热力学、流体

力学及流体机械，是机械工程领域中的重要分支学科。

有时也在缩写HVAC中加入R，代表冷冻（Refrigeration），缩写就变成HVAC&R或HVACR，或是缩写中加入R，减去代表通风的V，缩写就变成HACR。

暖通空调系统可以控制空气的温度及湿度，提高室内的舒适度，是中大型工业建筑或办公建筑（如摩天楼）中重要的一环。

暖通空调是分户的中央空调，中央空调它最大特点,是能够创造一种舒适的室内环境。而家居一般的分体的空调，它只能解决冷暖问题，而解决不了空气处理过程。现在，有了暖通空调就不一样了。

其空气处理过程有以下步骤：首先是空气进来以后，除了引进新风以外，可以把空气进行冷却处理，然后就进行过滤处理，过滤处理以后，增加了几大特点：第一就增加电子除尘器.，它主要可以捕捉非常小的颗粒的灰尘，一般来讲它可以捕捉一个微米的灰尘，而这个灰尘的范围内大部分都是细菌、病毒、烟尘，或者是异味这样就都可以过滤掉；另外就是会增加一种加湿设备，这个加湿器可以创造我们房间的加湿达到40%左右的相对湿度，这样人会感到很舒适。

暖通空调的节能技术：

1热源系统的优化选择

在暖通空调系统的节能设计过程中，应根据工程建筑的实际情况，合理选择热源系统。一般情况下，我国市场常见的热源种类主要为：热泵、热电站、区域锅炉房、小型锅炉、直燃型溴化锂吸收式热水机组等。以能源的利用效率来看，一般热电站的运行效率最高，热泵技术位居其次。热泵主要应用自然中蕴含的大量可再生、低品位能源作为热源，如地表水、太阳能、大气、地热等，通过压缩机的运行，在热源中吸取热能，提高温度之后传输到高温热源中。根据热泵的能源不同，可以分为两大部分空气源（风冷）热泵。主要为商用单元式热泵空调机组、家用热泵空调器、热泵冷热水机组等多种类型地源热泵，以土壤型为代表，可以实现至少30%以上的节能目标：直燃型溴化锂吸收式机组，其供热效率与燃气锅炉基本类似，但是对于锅炉房来说，大型区域锅炉房的蓄冷系统应用效果比小型锅炉更佳。

2.推广使用变频技术

在现代化暖通空调系统中，变频技术的应用具有较强的必然性。通过变频技术，既可弥补空调系统的工艺问题，也可减少能源消耗，降低运行成本。一般情况下，空调系统仅按照事先设计的额定功率运行，在负荷较低的情况下，如果设备仍以额定功率实行全负荷运行，那么必然产生能源浪费。通过在暖通空调系统中应用变频技术，就可实现空调设备的输出功率随着负荷的变化情况而有所调节，发挥节能减排效果。结合空调的实际负荷状况，适当改变风流量或者水流量，实现节能目标。一方面，变风量系统，利用空调系统的末端装置实现室内负荷的补偿机制，优化调整送风量，以保持合适的室内温度；与定风量系统相比较，变风量系统可节能约5O%；另一方面，变水量系统，主要通过控制数量来调节温度，比定流量系统更加省电。随着我国工业变频器的推广与使用，通过优化调节风量、水量及主机等，可实现与空调负荷的匹配运行，发挥良好的节能效益。

3.降低热媒介的能耗

在暖通空调系统中，节能工程设计应该注重各个环节的能源消耗。以具体设计及实际运行状况为出发点，形成整体性的空调节能体系。其中热媒介质传输系统作为暖通空调的重要组成部分，其热能输送方式、材料选择等，均对节能问题产生影响。在热媒介质传输系统中，选择保温材料，如直埋管等，可实现热水的预制保温；进而降低热能传输过程中可能出现的损失。另外，还可应用计算机系统全面测试空调系统的供暖状况，应用智能管网、平衡阀等，优化配置管网流量，加强管理对策，以此提高运行效率，实现节能目标。有关空调系统的节

能设计，还可应用动力传输系统，进而优化动力系统的设计与施工，提高空调系统的节能效率。动力系统应选择负荷性质良好、运行效率高、温差大、流变速度的供应管道，运用合理、有效的动力设备，提高传输效率，构建良好的空调运行系统。

4.合理确定空调方式

随着人们生活水平的提高，新型节能、舒适、健康的空调运行方式逐渐被推崇。对于暖通空调系统来说，其应用的舒适程度主要取决于风速、湿度、空气湿度、环境平均辐射温度以及人们对环境的感觉等综合因素。因此，选择各种不同的组合型环境参数，产生的热舒适效果有所区别：例如，热湿环境的不同，空调系统产生的能耗也有所区别。在冬季时期，如果选择传统的空调方式提高室内温度，热湿交换通过空气在人体和环境中进行，所需要的空气湿度较高，这种情况下，加热新风的热损失及维护结构的热损失相对较大；如果能应用全新热湿环境应用成果，优化选择空调运行方式，提高辐射热度，就可显著降低空气湿度，一般以12℃～24℃为宜，而传统的空调运行方式则需要在18℃～20℃，显然新型空调运行方式的节能效果更加客观。同理，在夏季使用空调系统时，新型空调运行方式更加适用。通过应用这种健康、舒适、节能的新型空调运行方式，既可满足高水平的生活需求，同时也实现节能减排目标，与低碳经济发展相一致。

5.冷热能回收的优化

当前，有关暖通空调系统的冷热能回收问题正在进一步研究，以推动空调系统的冷热能回收效率，在保障能源利用效率的前提下，实现节能目标。通过对排风余热的回收，可更好地应用排风能量，对新风进行预冷或者预热，减少负荷量，实现空调系统节能；排风余热的回收可以分为全热回收及显热回收两大部分，回收设备一般为板翘式全热交换器、转轮式全热交换器、板式显热交换器[3]。

现状与发展趋势：

伴随着不断出台的节能政策，中国的建筑节能市场一定会迎来一个更为快速发展的时期，而作为房产配套设施中必不可少的空调系统显然也将受到根本性的冲击。这个质变给传统的空调设备制造企业提出了一个新的课题。在政策的刺激下，中国节能市场的大门已经开启，空调系统节能领域的大发展正在到来，所以、这是一个难得的良机。在设备制造产业已经趋于同质化的今天，谁能在空调系统节能产业市场中抓住发展的契机，获得市场的认可，就一定可以在未来市场的竞争中赢得先机；我国经济是一个高速发展的时代，如今暖通空调代替了传统的空调，由于暖通空调的主要功能包括：采暖、通风和空气调节这三个方面的内容，暖通空调系统作为办公楼、住宅的耗能大户，对整个建筑物的能耗有着直接的影响，因此，暖通空调的发展受到多方关注；目前暖通空调产品设计更加注重用户的舒适体验，通过优化产品，来改善居家生活环境。实现温度、湿度、风向的可控。带给消费者更加自然家居气候环境。

在空调系统方面寻找可持续发展的节能新技术，如热泵技术、免费供冷技术、以及可再生能源的利用技术等等已成为人们关注的焦点；在过渡季节和冬季，室外温度和相对湿度都较低，对于在这些季节仍需提供空调制冷的建筑物来说空调系统的冷却水的免费供冷（也称为冷却塔供冷）和新风免费供冷；在大中型建筑物中的办公楼、商场，照明、室内大功率设备散热以及室内人员的散热（湿）产生的热量可抵消围护物的热耗，所以有些建筑的内区需要长年供冷，才能满足空调要求。因此，在空调系统中，冷水机组的能耗占有极高的比例，用冷却塔供冷技术可少开或不开冷水机组，可减少冷冻机运行时间，大大减少了供冷费用，其节能效果是显著的；还防止了当冷冻机长期在远离设备设计工况的情况下工作时，冷却水温度过低无法启动的情况，通过对BA控制系统（主要是暖通空调系统）的传感器、执行器、控制器、网络等若干环节的探讨，力图使BA系统更好地服务于受控的空调通风系统，最大

限度地节约建筑物能源。

我对该产品创新的思路：

（1）设计者在进行暖通空调的设计时，要有整体性的观念。即建筑节能减排是和提高建筑维护结构的保温性和减少建筑的热负荷紧紧联系在一起的。这就需要在设计时，将建筑物和环境结合起来考虑，将它们作为一个整体，在设计时，尽量让建筑适应周围环境的要求，因地制宜。另外，在设计时，还要注意到自己的设计应该有利于推动国家能源节约和环境保护。可以吸收和借鉴外国先进的设计思想和设计方法。

（2）空调在使用中常常会产生大量的能耗，并对空气和环境带来一定伤害，这是业界的共识。因此，改进空调的耗能系统，提高空调的节能系统是技术人员的不懈追求。随着可再生资源的广泛应用和低品位能源的开发，一批绿色能源技术得到不断的研发。作为设计者，应该时刻关注这些技术的发展，在进行通暖空调的设计时，要尽量采用先进的技术和工艺，采用绿色能源技术。比如，在地热资源丰富的地区，要大力使用地源热泵空调。另外，设计者还可以认真研究如何充分利用太阳能资源。

参考文献

[1].郑远非暖通空调 [TU]中国建筑工业出版社1991.

[2].顾浩暖通空调设计与计算方法 [TU] 化学工业出版社 2007

[3]. 潘志信刘曙光暖通空调设计方法与系统分析[TU]华中科技大学出版社2010.

[4].杨昌志、刘光大暖通空调工程设计方法与系统分析 [TU]中国建筑工业出版社 2005.

[5].刘宝林暖通空调设计图集2[TU]中国建筑工业出版社2004.

作者简介：卢坤，男，1992年出生

E-mail:1018548432@https://www.sodocs.net/doc/034149431.html,

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