暖通的现状与发展前景

94 制冷与空调 2006年第3期

暖通技术的现状与发展前景

刘向龙1∗ 金 煦2 娄小铁1

（1 湖南工程学院 411101 2上海 约克空调）

【摘 要】 采暖制冷用能在建筑用能中占有相当大的比重，以及现代建筑物内的人们表现出越来越严重的病态

反应，环保节能与提高室内空气品质是暖通技术发展的方向。为此，本文介绍了几种节能环保暖

通系统，以及提高室内空气品质的方法。

【关键词】 环保；节能；空气品质

The Status and Prospect of HVAC Technology

Liu Xianglong1 Jin Xu2 Lou Xiaotie1

（1Hunan Institute of Engineering Construction Engineering Department 411101, 2 Shanghai York）

【Abstract】 Because of the energy conservation of HVAC being a great part of the construction energy conservation and the

people living in modem construction showing more and more serious morbidity, environmental protection, energy consumption and

the IAQ are the orientation of HVAC technology. This paper introduces several systems about energy conversation and

environmental protection, and methods of elevating IAQ.

【Key words】 environmental protection; energy conversation; IAQ

∗刘向龙, 男,1978.5出生，讲师，湖南工程学院建工系建环教研室（北院）主任 1 引言

上世纪20年代，随着压缩式制冷机的加速发

展，暖通空调技术开始大量应用于以保证室内环境

舒适为目的的公共建筑、商用建筑的环境控制中。

在国内外，越来越多的民用建筑以及工业建筑都使

用了中央空调，它的使用标志着一个地区的经济、

技术发展水平和文明程度，同时也提高了企业管理

水平和保证了产品的质量。家用空调以及供暖开始

普及。随着空调大规模的使用，一系列的问题也随

之产生。

就我国而言，改革开放以来能源建设有了长足

的发展，但是能源的供给满足不了社会经济保持可

持续发展的需要。建筑耗能在社会总耗能中占的比

例相当大，发达国家的建筑用能一般占到全国总耗

能的30%～40%，而采暖制冷用能在建筑用能中占

有30% 左右。高能耗带来严重的环境问题，造成

大气污染、水污染、固体废弃物污染等。近年来，

中国的大气污染已经跨出国界，影响到周边的国家

和地区。

在过去20多年来，长期生活和工作在现代建筑无内的人们表现出越来越严重的病态反应，这一

问题引起了专家学者的广泛重视，并提出了病态建

筑和病态建筑综合症（SBS）概念。随着SARS病毒

的爆发，空调房间内空气品质要求越来越高。因此，

环保节能和室内空气品质是暖通技术今后研究的

重点。

2 环保节能

能源为经济发展提供了动力，但是由于各种原

因，能源的发展往往滞后于经济的发展。尽几年，

中国的国民生产总值的增长率维持在约10%，但能

源的增长率只有3%～4%。在我国的能源利用率只

有30%左右。有资料表明，我国每1美元的GDP能

耗是世界平均水平的3倍，是所以发展中国家平均

水平的2倍。这样的形势要求我们必须节能。建筑

节能是建筑发展的基本趋势，也是当代建筑科学技

术的一个新的增长点。

当然我们所说的建筑节能不是说不用空调或

采暖系统，而是尽可能的设计和制造绿色空调以及节能的空调采暖系统。 2006年第3期 制冷与空调 95

土壤源热泵空调系统、太阳能空调系统、低温

地板辐射冷暖系统、蓄冷空调系统都是节能和环保

的有效手段。

2.1 地源热泵空调

地源热泵空调系统是一种使用可再生能源、高效

节能、环保的空调系统。在冬季吸收土壤、地下水、

地表水等天然资源的能量向建筑物供热；夏季向天

然资源释放热量，给建筑物供冷。地源热泵系统按

天然资源形式可分为土壤源热泵系统、地下水热泵

系统和地表水热泵系统。

土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热换热

器。土壤源热泵是以大地为热源对建筑进行空调的

技术，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建

筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵

将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同

时蓄存热量。土壤源热原系统因节能、节水而普遍

受到美国、加拿大、欧洲各国等的关注。至1983

年，瑞典就有6000多个水平埋管热泵系统，美国

有1万多个此类系统在运行之中，主要用于居民住

宅、别墅、学校、商业建筑[1]。我国至今还未有应

用实例，但已经有一些研究人员注意该系统。我国

长江以南及东南沿海大部分经济较发达地区希望

冬季供暖，因此，在我国开发、研究土壤源热泵技

术有很大的发展前景和较高的经济效益。

地下水热泵系统分为开式、闭式两种。开式

是将地下水直接供到热泵机组，再将井水回灌到地

下；闭式是将地下水输送到板式换热器，需要二次

换热。地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用

潜在水下关联的塑料管组成的地下水换热器代替

土壤换热器。湖南的凌天科技的空调系统就采用水

源热泵与地源热泵，其共性是以水(或者其他液态

媒质)作传媒，水源热泵是其目前应用比较广泛的

形式，地源热泵是目前正处于积极开发的机型。其

制冷或制热工作性能系数均可达到3.5～4.4，与

空气源热泵(空气－空气或空气－水热泵)相比，要

高40%左右。

虽然采用地下水、地表水的热泵系统的换热

性能好、能耗低、性能系数高于土壤源热泵，但由

于地下水、地表水并非到处可得，且水质也不一定

能满足要求，所以使用范围受到一定的限制，且水

源的探测开采技术须进一步提高和降低开采费用。

2.2 太阳能空调 太阳能空调所需的能源部分或全部来自太阳

能。太阳能空调是利用太阳光辐射为能源进行制冷

工作的空调系统。通过使用太阳能空调，不仅可以

弥补供电缺口，还可以为创建环保模范城市做出贡

献。推广使用太阳能空调，既没有使用电空调所带

来的城市热岛效应，也由于不使用氟里昂等有害物

质而不会破坏大气环境。所以说太阳能空调是名副

其实的绿色节能空调。目前太阳能空调的主要型式

有：太阳能电制冷空调、太阳能热制冷空调、太阳

能热泵、太阳能液体除湿空调等。太阳能制冷空调

主要包括：太阳能蒸汽压缩式制冷空调、太阳能吸

收式制冷空调、太阳能喷射式制冷空调。

上海交大机械与动力工程学院燃烧与环境技

术研究中心于2002年研制出同时制冷和制热的太

阳能冷管，的这项成果日前通过了江苏省科技厅的

鉴定。 该太阳能冷管利用吸附热泵原理，用沸石

分子筛作为主体吸附剂，采用整体成形新工艺使吸

附性能比传统的颗粒床提高55％，传热性能提高

100％以上；用水来作制冷工质，避免了化学药物

（如氟利昂）一旦泄漏对环境造成的污染。同时，

其造价比同类设备降低了一半。 目前，这种“太

阳能冷管空调”有望解决如别墅、活动房的全天冷

气、热水供应的需要。如果应用在警察岗亭，可以

大大改善警察的工作环境，而无需为电能供应而烦

恼。

我国首台太阳能空调是浙江海宁斯泰德于

2004年9月研制成功。该太阳能空调是以太阳能

无穷的光热原理，采用化学能强化多级接收方法，

收集和储存大量的能量，再由太阳能吸附器、热助

器和冷助器，根据制冷、制热需要随时满足阴雨雪

夜使用。实现了昼夜全优化高效运行，特点是热值

高，升温、降温快，使用时无明火、无烟尘、无污

染。通过光能高效产氧制冷、制热，比传统空调节

约电能达60%左右。另外，在遇连续阴天和梅雨季

节，该机会自动采用光电转换系统，以达到连续运

行功能。从外观上看，该机与传统压缩机相差不大，

目前制造成本和销售价格略高于一般家庭空调。

2.3 低温地板辐射采暖系统

低温地板辐射采暖就是在地板中直接埋设热

水管来加热地板，再由地面辐射热来加热室内空气

的采暖形式。这种采暖方式辐射体表面温度不大于

45℃，采暖介质常用热水，其辐射体一般是其中埋96 制冷与空调 2006年第3期

设了加热管的建筑物构件，如墙壁、顶棚或地板，

其中以地面辐射采暖应用居多。

由于地板层结构中有多孔介质，具有储热能

力，因此该系统可以考虑采用间歇供暖方式，即通

过降低日间温度来减小房间负荷，从而减小建筑物

的能耗。）低温地板辐射采暖是在地板上均匀布置

散热盘管，热量以辐射对流的方式向上传递，室内

温度下暖上凉，给人以“脚暖头凉”的良好感觉，

热舒适性比较好，根据范格方程计算，在比正常室

内温度低的情况下，同样可以达到其他供暖正常室

内温度的热舒适感[2]。地板供热具有舒适性好、减

少扬程、节省空间、私密性好、易于计量改造、可

利用低位热源和节省维修费用等特点。但是低温地

板辐射采暖也有一定的局限性，造价高，维修度大，

热媒适应性差给这种系统的普及带来了局限。

2.4 蓄冷空调

蓄冷空调的介质主要有冰和水两种。冰冷空调

是指在夜间电价较低廉时，开启一部分制冷机组制

冰，并将总能量储存起来；在白天用电高峰、电价

较贵时，采用融冰提供的低温水，将储存的能量释

放出来，从而满足用电高峰时空调的负荷，降低用

电成本。冰蓄冷是七八十年代发展起来的一种新的

蓄冷技术，其蓄冷密度为335KJ/kg，占用空间只有

水蓄冷的25%～30%，可以提供较低温度的空调供

水，有利于提高空调的供回水温差，以减小水泵容

量和配管尺寸。因此，冰蓄冷应用更加广泛[3]。但

蓄冷机组在蓄冷时工作在制冰工况,其效率较低，

而且蓄冷和释冷都必须用不冻液循环，其技术较复

杂，投资及运行费用比水蓄冷高。此外，还有利用

变温相变材料（如共晶盐）作为蓄冷介质的，但因

技术尚待完善且成本高，任在开发研究之中。

水蓄冷技术十利用3℃～5℃的低温水蓄存冷

量，发展于五六十年代。其优点是投资省，技术要

求低，维修费用少，有事可以利用原有的消防水池

兼作蓄冷水池，对于有些大型的蓄冷工程其投资比

常规空调还低。同时水蓄冷系统在冬季还可以蓄热

供暖，我国葛洲坝水电站的水蓄冷式中央空调，可

兼顾夏季供冷和冬季供热使用。但水蓄冷只能利用

8℃～11℃的温差，蓄冷密度低，仅有334～

460KJ/kg，且水蓄冷占地面积大，保温性能差，冷

损耗大。

还有一些环保节能的暖通系统例如说集中供热系统，楼宇自动化系统等，这里就不一一介绍了。

3 空气品质

根据世界卫生组织1983年定义，病态建筑综

合症是因建筑物中央空调的使用而产生的症状，它

包括眼睛发红、流鼻涕、困倦、头痛、恶心等。近

年来，有些专家建议将人们对室内气味产生的不满

也纳入病态建筑综合症中。大量分析表明，人们超

过80%的时间在室内度过，在这种情况下，SBS的

问题主要是由于室内空气品质（IAQ-indoor air

quality）不佳引起的。

由于室内空气品质的原因，人们的身心健康

和工作效率受到很大的影响，一些现代化密闭写字

楼的工作人员受到的影响尤其明显。与此同时，由

室内空气品质简介引起的社会工作效率降低和病