摘要：介紹暖通空調技術發(fā)展概況，結合設計，重點對CFD應用、水源熱泵技術、蓄冰技術和冷、熱源選擇的多元化進行了探討。關鍵詞：

　　關鍵字：HVAC CFD應用；水源熱泵；蓄冰技術；能源多元化

　　一、暖通空調（HVAC）技術發(fā)展概況

　　隨著國民經濟的快速持續(xù)發(fā)展，作為支柱產業(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業(yè)，其新產品、新技術、新材料更是層出不窮。暖通空調業(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，適應國家的能源結構調整戰(zhàn)略，貫徹熱、冷計量政策，創(chuàng)造不同地域特點的暖通空調發(fā)展技術。

　　具體的可概括為以下十二個方面

　　1.供暖技術

　　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；新型散熱器應用、開發(fā)；區(qū)域供熱供冷、冷熱電聯(lián)供技術；分布式冷熱電聯(lián)供技術。

　　2.通風技術

　　夏熱冬冷地區(qū)住宅通風；傳染病醫(yī)院病房通風；手術室等生物潔凈空間的空調潔凈技術；商場、地鐵等公共空間的通風；工業(yè)通風。

　　3.室內環(huán)境質量

　　熱舒適環(huán)境（尤其是適合中國人群特點的研究及應用）；室內空氣品質（室內建筑裝飾材料、設備散發(fā)污染物規(guī)律研究，評價方法等）；通風空調氣流組織與室內空氣品質。

　　4.燃氣空調

　　燃氣熱泵；使用燃氣的冷熱電三聯(lián)供；燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)。

　　5.蓄能技術

　　冰蓄冷空調；低溫送風技術；水蓄冷技術；蓄熱供暖（蓄熱電鍋爐等）。

　　6.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通風技術；建筑防排煙設計。

　　7.可持續(xù)發(fā)展能源技術與暖通空調

　　可再生能源利用（太陽能、自然通風、夜間通風冷卻等，光伏技術等）；熱回收技術與設備；建筑本體節(jié)能（包括保溫隔熱措施、相變材料墻體、節(jié)能窗技術等）；被動式建筑。

　　8.節(jié)能環(huán)保設備的開發(fā)

　　利用低位熱能和水源、土壤熱源的熱泵；高能效設備（冷熱源、風機水泵、末端設備、控制裝置）

　　9.空調通風系統(tǒng)和設計進展

　　分散式個別空調；變風量、變水量系統(tǒng)；置換通風及相關系統(tǒng)研究和應用；住宅空調方式；新風利用（如獨立新風系統(tǒng)、新風空調機等）、蒸發(fā)冷卻技術應用。

　　10.模擬與分析技術、智能控制

　　暖通空調能耗模擬、能量分析（氣象參數(shù)統(tǒng)計分析、軟件應用開發(fā)等）；CFD應用；建筑自動化技術；暖通空調與智能建筑。

　　11.施工安裝和運行管理

　　施工安裝技術；交工調試；運行節(jié)能；空調通風系統(tǒng)清洗、過濾、滅菌等。

　　12.制冷技術

　　空調相關制冷技術研究應用進展；新型制冷型、天然制冷劑、含氯氟烴制冷劑替代物；新型制冷循環(huán)（CO2跨臨界循環(huán)等）。

　　二、結合設計，需要重視和探討的幾個問題

　　由于暖通空調技術的發(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、重視國外技術的移植與引進，而節(jié)能、環(huán)保、綠色等概念的影響及我國能源結構的調整，對暖通空調設計的挑戰(zhàn)越來越嚴峻。因此，如何結合設計的需要，重視相關技術，并有選擇而合理的應用在我們的設計中，滿足業(yè)主要求，提高設計水平，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。

　　1.重視CFD技術的應用

　　CFD是英文Computational Fluid Dynamics（計算流體動力學）的簡稱。它是伴隨著計算機技術、數(shù)值化計算技術的發(fā)展而發(fā)展起來的。CFD相當于“虛擬”地在計算機上做實驗，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)域上的離散分布，從而近似地模擬流動情況。

　　因此，CFD是一種模擬仿真技術。在暖通空調領域，近年來，經過高等院校、科研和設計單位的共同努力，在模擬予測室內外或設備內的空氣或其它工質流體的流動情況的應用方面，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）、地鐵等通風空調空間的氣流組織設計，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、熱環(huán)境等進行模擬分析，以求能設計出合理的建筑風環(huán)境；暖通設備的質量的提高、性能的改進，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，成為分析和競標工程項目的有力工具。許多設計院都在奧運及相關工程中，應用了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，同濟大學、湖南大學及北京工業(yè)大學在CFD方面也都作了不少開拓性工作。北京市建筑設計院，專用設置了CFD應用機構，用以解決重大項目投標和設計上的難題，推動了設計水平的提高。

　　值得一提的是，北京建筑設計院為了設計工作需要，利用CFD技術，對我院設計的融科資訊中心的C座大廳，進行了室內熱環(huán)境的予測分析，以供設計借鑒和指導。高大空間采用玻璃幕墻，為室內熱循環(huán)的控制與設計帶來了新課題。而融科資訊中心大廳，面積約為900m²，高9m，屋頂及圍護結構均為玻璃幕墻，大廳內的熱環(huán)境具有一定的典型性和普遍性。北京院經過CFD分析，表明設計可以滿足冬季及夏季空調采暖要求。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計時的改進建議。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，也提出了應用CFD的要求。如：中京藝苑的京劇院部分、北京一機床的重型裝配車間，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，空調要滿足工藝要求。該廠房，有4CFD的要求。如：中京藝苑的京劇院部分、北京一機床的重型裝配車間，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.總建筑面積約3萬m².工藝要

　　要求：30m跨10.0m高度范圍內，24m跨5.0m高度范圍內，夏季溫度30℃±2℃，冬季18℃±2℃。水平方向30m內，溫度要求為±2℃。空調設計在5m、10m處分別采用風機盤管（約800余臺）沿外墻和柱間跨相對送風，在屋架下弦采用噴口（200～400）送風。為了滿足廠房要求，弄清氣流組織效果。院委托清華大學進行了CFD分析。這是我院施工圖項目應用CFD的第一個。相信將對最終落實空調設計方案，是十分有益的。并將為CFD技術在我院應用，起到促進作用。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。

　　2.重視水源熱泵技術的應用

　　近幾年，隨著空調節(jié)能和環(huán)保要求的日益迫切和嚴格，在北美和北歐等國相當普遍與成熟的水源熱泵空調系統(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、產品開發(fā)和工程項目的應用上，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的廠家包括：北京恒有源科技發(fā)展有限公司、山東富爾達公司、法國CIAT公司、清華同方等9家。承擔熱泵系統(tǒng)設計的單位越來越多。北京已有187個單位使用了水源熱泵系統(tǒng)，供暖面積達294萬m2，新開發(fā)的建設項目也都提出進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，選擇并應用，是設計人員適應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（＜25℃），經過熱泵提升至建筑物采暖需要的溫度（50～60℃）。熱泵能效比高（一般COP可達3～5）。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6～24℃，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。

　　地下水源應當保證水量充足，水溫適當，水質良好，供水穩(wěn)定，易于回灌。且要加以監(jiān)控，嚴防污染和浪費。地下取水深度多在100m左右，含水層厚度一般應大于5m；冬季地下水溫不應低于10℃；地下水含砂量應為1/200000；回灌水基本與抽水水質相同。

　　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個單位應用，供暖面積達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，以及學校、銀行、檔案館、高層住宅等建筑。我院設計的中關村軟件園信息中心，建筑面積約2萬m²，也采用了“單井抽灌”的水源熱泵空調系統(tǒng)。其空調冷負荷為1410kW，空調熱負荷為1400kW.設計中采用了三套水源熱泵機組，主機型號為HT760，以R-22為冷媒。夏季提供7/12℃冷凍水，冬季提供55℃/50℃熱水。

　　其綜合能效比COP值，夏季為4，冬季為3.經過技術經濟比較，水源熱泵方案初投資570萬元，單位空調造價285元/m²；溴化鋰直燃機方案，初投資為750萬元，單位空調造價375元/m²；燃氣鍋爐加冷水機組方案，初投資為700萬元，單位空調造價350元/m².全年運行費用：水源熱泵25.36元/m².年；直燃機46.92元/m².年；燃氣鍋爐加冷水機組為41.32/m².年。

　　同時，水源熱泵機房面積小，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院為代表。該院占地約80公頃，建筑面積約15萬m²，采暖熱負荷為15153kW，空調冷負荷為16081kW.全院共設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200～300m，井深300m，每口井設計流量為150m³/h.回灌井布置在院區(qū)中部較大范圍內，以使回灌水灌至上游。

　　上述系統(tǒng)于2001年8月進行設計，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，有較明顯優(yōu)勢。這是因為井距小，約10m左右，管路敷設距離短。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、調試相應簡單。

　　3.關注蓄冰空調與低溫送風

　　近年來，由于經濟的快速發(fā)展，我國電力供應在部份省市出現(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荷從去年的846萬kW增加到950萬kW，其中，家用空調約為300萬kW，大型公用建筑的空調峰值用電達100萬kW，空調用電已占全市用電負荷的40%.因此，空調用電的節(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，以解決電力負荷的峰谷差現(xiàn)象。而蓄冰空調技術是重要方法之一。

　　蓄冰技術是采用制冷機和蓄冰裝置，在電網低谷時的廉價電費計時區(qū)域，進行蓄冰作業(yè)；而在空調高峰負荷時，將所蓄冰冷量釋放的成套技術。蓄冰技術要合理選擇蓄冰介質、蓄冰裝置與設計系統(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)，同時自身空調用電負荷又不均衡的用戶，如辦公樓、商店、賓館、影劇院、體育館等，經過技術經濟比較，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、冰晶式和冰片滑落式；靜態(tài)型，有盤管外結冰式（包括內融冰式和外融冰式）和封裝式（冰球、冰板和芯心冰球式）。

　　迄今止，我國建成和在建的蓄冰空調工程已達200多項。北京建成的最大靜態(tài)蓄冰工程——國貿二期（約10萬m²），國家電力調度中心低溫送風空調系統(tǒng)，均是成功實例。我院在海淀新技術大廈工程中，也采用了蓄冰空調。大廈建筑面積約5.7萬m²，冰球蓄冷。利用環(huán)形車道內心作為蓄冷罐（3個4300×8900mm）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（510RT），蓄冷量為總冷負荷的28.7%.自2001年安裝運行以來，效果良好。

　　但蓄冰技術的推廣，存在著造價較高、管理復雜、運行成本高、占地面積大、取冰較難掌握等問題，這需要設計、設備制造商及運行管理部門，不斷實踐，提高水平，予以完善。同時，很重要一個方面，是電力部門要進一步給予優(yōu)惠政策，使蓄冰系統(tǒng)回收年限縮短（一般應為5年或特殊情況不大于7年為限）。使業(yè)主在經濟上得到實惠，以支持電網削峰填谷。

　　近幾年，由于國內大型科技園區(qū)、大學城、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)，并引起空調業(yè)界的關注。

　　而區(qū)域供冷系統(tǒng)，是始于90年代初，在美國等發(fā)達國家，由于市場的需求因素和市場供應的因素，而得以迅速發(fā)展的。

　　中關村西區(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、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)內建設了兩個冰蓄區(qū)域供冷系統(tǒng)，為二級開發(fā)商提供空調用冷水，以節(jié)省其自建制冷站費用�，F(xiàn)一期制冷站已建成，提供約8000RT冷量，1.1℃空調冷凍水。這為空調系統(tǒng)使用大溫差低溫送風，實現(xiàn)空調節(jié)能，提供了可能。我院設計的中關村影視城，即向該冷站購冷（2.47元/RT.H），并作了低溫送風系統(tǒng)，這是我院第一個這樣的系統(tǒng)，進行了有益的探索。

　　廣州大學城有500萬m²的建筑物，采用了外融冰——冰蓄冷區(qū)域供冷站，共設4個制冷量3萬RT的制冷站。采用美國BAC技術，采用的是內置翅片換熱器外融冰金屬盤管。提供2℃空調冷凍水。整個系統(tǒng)投資14億元，是國內最大區(qū)域供冷站�，F(xiàn)正在進行建設中，將為區(qū)域供冷探索和積累經驗。

　　因此，為解決電力緊張，以及夏季電力系統(tǒng)削峰填谷的需要，不少地方和業(yè)主，將對蓄冰技術的應用提出要求，我們應當進一步作好技術、經濟的準備和研究，適應蓄冰技術的發(fā)展。

　　4.重視大規(guī)模建筑群的能源多元化和多路能源的供應，實現(xiàn)電力和燃氣的互補

　　由于空氣調節(jié)的作用，既要滿足人民生活質量提高需求，又要滿足工業(yè)，特別是高新技術產業(yè)的保障需求，因此空調與室內空氣品質、人居環(huán)境的健康，與工作和生產效率、高新技術產品質量，甚至與城市經濟運轉和環(huán)境的安全等方面，關系愈加密切。

　　空調使用的季節(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年將達到5億m²，空調對能源的需求和環(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7～10倍，這主要是采暖需要造成的。電力負荷除一天內的峰谷差外，冬夏之差也在擴大。2002年夏季峰值用電達824萬kW，冬季峰值不足580萬kW，冬夏季差值主要是空調用電造成的。

　　因此，在有電力與天然氣供應的大型建筑群，應考慮合理匹配冷、熱源，使電力和天然氣的使用上，能達到“雙贏”。這是一個值得認真對待的課題。

　　燃氣空調的特點是：

　�、� 可幫助削去夏季電力負荷高峰，而同時又填平燃氣負荷的低谷，從而有效地提高發(fā)電設備和燃氣設備的利用率，提高投資效益。

　�、� 如果將一部份不穩(wěn)定空調負荷轉給燃氣，將大大提高電網供電質量和安全。

　�、� 相對于傳統(tǒng)的集中式供電方式而言，分布式供電將發(fā)電系統(tǒng)以小規(guī)模（數(shù)千千瓦至50MW的小型模塊式）、分散的方式布置在用戶附近，獨立地輸出電、熱和冷量，可以提高供電可靠性。

　　⑷ 燃氣空調和熱電冷聯(lián)產技術以天然氣為燃料，可以大大減少燃煤發(fā)電的污染物和溫室氣體的排放。

　　而發(fā)展天然氣空調的關鍵在于天然氣的價格，目前天然氣價格偏高，如果實行季節(jié)天然氣價差，將促進天然氣空調的發(fā)展。經測算，若天然氣為1.40元/m³.h時，直燃機使用成本基本可以與電力驅動的離心制冷機持平；若天然氣為1.80元/m³.h時，直燃機的使用成本基本與電力驅動風冷冷水機組持平。

　　目前，有不少項目的前期，業(yè)主都提出了熱、冷源多元化方案的要求。如：首都機場擴建工程設計方案，遵循以制冷為主輔以供熱的原則，確定以最大日負荷30000Rt為基準，針對電制冷+冰蓄冷、電制冷+冰蓄冷+直燃機、電制冷+直燃機和電制冷四個基本方案，經過對運行費用和初投資的綜合比較，最終確定了電制冷+直燃機的方案。實現(xiàn)了電力與燃氣的“雙贏”方案。

　　院新近簽約的北京大鐘寺現(xiàn)代商城，也經過了類似的冷、熱源方案論證。該項目以商業(yè)為主，配套有酒店、辦公娛樂、餐飲等，總建筑面積約為30萬m².針對其功能和空調負荷特點，考慮到技術、經濟綜合因素，舍棄了利用天然氣的熱、電、冷“三聯(lián)供”方案，電制冷加冰蓄冷方案以及全部用直燃機方案，最終也是采用了電制冷加直燃機，后者更多用于不穩(wěn)定性負荷以及考慮夏季用電的安全性。

　　因此，積累工程項目資料，搜集能源政策及相關價格，關注各種技術和設備的成熟度，認真作好技術經濟比較，作好調研，實事求是地結合項目的特點和情況，作出一個好的冷、熱源供應設計，將是暖通專業(yè)為主并與技經、動力和自控專業(yè)協(xié)作的共同結果。