摘要：介紹暖通空調技術(shù)發(fā)展概況，結合設計，重點(diǎn)對CFD應用、水源熱泵技術(shù)、蓄冰技術(shù)和冷、熱源選擇的多元化進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：

　　關(guān)鍵字：HVAC CFD應用；水源熱泵；蓄冰技術(shù)；能源多元化

　　一、暖通空調（HVAC）技術(shù)發(fā)展概況

　　隨著(zhù)國民經(jīng)濟的快速持續發(fā)展，作為支柱產(chǎn)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(chǎn)品、新技術(shù)、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(lái)就是：節能、環(huán)保、可持續發(fā)展，保證建筑環(huán)境的衛生與安全，適應國家的能源結構調整戰略，貫徹熱、冷計量政策，創(chuàng )造不同地域特點(diǎn)的暖通空調發(fā)展技術(shù)。

　　具體的可概括為以下十二個(gè)方面

　　1.供暖技術(shù)

　　分戶(hù)熱計量的實(shí)施（收費辦法探討及實(shí)施）；供暖系統改造；低溫地板輻射供暖；新型散熱器應用、開(kāi)發(fā)；區域供熱供冷、冷熱電聯(lián)供技術(shù)；分布式冷熱電聯(lián)供技術(shù)。

　　2.通風(fēng)技術(shù)

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

　　3.室內環(huán)境質(zhì)量

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

　　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(shù)

　　冰蓄冷空調；低溫送風(fēng)技術(shù)；水蓄冷技術(shù)；蓄熱供暖（蓄熱電鍋爐等）。

　　6.公共建筑HVAC

　　體育館、劇院、商場(chǎng)、商用辦公綜合樓等的供暖空調通風(fēng)技術(shù)；建筑防排煙設計。

　　7.可持續發(fā)展能源技術(shù)與暖通空調

　　可再生能源利用（太陽(yáng)能、自然通風(fēng)、夜間通風(fēng)冷卻等，光伏技術(shù)等）；熱回收技術(shù)與設備；建筑本體節能（包括保溫隔熱措施、相變材料墻體、節能窗技術(shù)等）；被動(dòng)式建筑。

　　8.節能環(huán)保設備的開(kāi)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(fēng)機水泵、末端設備、控制裝置）

　　9.空調通風(fēng)系統和設計進(jìn)展

　　分散式個(gè)別空調；變風(fēng)量、變水量系統；置換通風(fēng)及相關(guān)系統研究和應用；住宅空調方式；新風(fēng)利用（如獨立新風(fēng)系統、新風(fēng)空調機等）、蒸發(fā)冷卻技術(shù)應用。

　　10.模擬與分析技術(shù)、智能控制

　　暖通空調能耗模擬、能量分析（氣象參數統計分析、軟件應用開(kāi)發(fā)等）；CFD應用；建筑自動(dòng)化技術(shù)；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(shù)；交工調試；運行節能；空調通風(fēng)系統清洗、過(guò)濾、滅菌等。

　　12.制冷技術(shù)

　　空調相關(guān)制冷技術(shù)研究應用進(jìn)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(gè)問(wèn)題

　　由于暖通空調技術(shù)的發(fā)展和變化，特別是建筑市場(chǎng)競爭激烈，業(yè)主需求日益現代化、多樣化、重視國外技術(shù)的移植與引進(jìn)，而節能、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越來(lái)越嚴峻。因此，如何結合設計的需要，重視相關(guān)技術(shù)，并有選擇而合理的應用在我們的設計中，滿(mǎn)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(gè)主要方面，供大家探討。

　　1.重視CFD技術(shù)的應用

　　CFD是英文Computational Fluid Dynamics（計算流體動(dòng)力學(xué)）的簡(jiǎn)稱(chēng)。它是伴隨著(zhù)計算機技術(shù)、數值化計算技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。CFD相當于“虛擬”地在計算機上做實(shí)驗，用以模擬實(shí)際的流體流動(dòng)與傳熱情況。而其基本原理則是數值求解控制流體流動(dòng)和傳熱的微分方程，得出流體流場(chǎng)在連續區域上的離散分布，從而近似地模擬流動(dòng)情況。

　　因此，CFD是一種模擬仿真技術(shù)。在暖通空調領(lǐng)域，近年來(lái)，經(jīng)過(guò)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(zhì)流體的流動(dòng)情況的應用方面，越來(lái)越多。CFD可以對一些高大空間、公共建筑（體育場(chǎng)館、大型音樂(lè )廳堂）、地鐵等通風(fēng)空調空間的氣流組織設計，以可視化的方式將速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)，用動(dòng)態(tài)或靜態(tài)予以展示；對一些建筑小區或建筑群（如：CBD地區）的二次風(fēng)、熱環(huán)境等進(jìn)行模擬分析，以求能設計出合理的建筑風(fēng)環(huán)境；暖通設備的質(zhì)量的提高、性能的改進(jìn)，也可以借助CFD得以實(shí)現。

　　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(diǎn)，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(guān)工程中，應用了CFD分析，并配以彩色的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)圖示，得到業(yè)主好評。清華大學(xué)開(kāi)發(fā)了通用三維流動(dòng)與傳熱的數值模擬程序STACH-3，同濟大學(xué)、湖南大學(xué)及北京工業(yè)大學(xué)在CFD方面也都作了不少開(kāi)拓性工作。北京市建筑設計院，專(zhuān)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(dòng)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(shù)，對我院設計的融科資訊中心的C座大廳，進(jìn)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(lái)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(jīng)過(guò)CFD分析，表明設計可以滿(mǎn)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象。為此提出在類(lèi)似工程設計時(shí)的改進(jìn)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(chē)間，都涉及到了高大空間的氣流組織問(wèn)題。特別是后一個(gè)項目，是工業(yè)項目，空調要滿(mǎn)足工藝要求。該廠(chǎng)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(chē)間，都涉及到了高大空間的氣流組織問(wèn)題。特別是后一個(gè)項目，是工業(yè)項目，空調要滿(mǎn)足工藝要求。該廠(chǎng)房，有4個(gè)24m跨，2個(gè)30m跨，最高處屋架下弦約25m.總建筑面積約3萬(wàn)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℃�？照{設計在5m、10m處分別采用風(fēng)機盤(pán)管（約800余臺）沿外墻和柱間跨相對送風(fēng)，在屋架下弦采用噴口（200～400）送風(fēng)。為了滿(mǎn)足廠(chǎng)房要求，弄清氣流組織效果。院委托清華大學(xué)進(jìn)行了CFD分析。這是我院施工圖項目應用CFD的第一個(gè)。相信將對最終落實(shí)空調設計方案，是十分有益的。并將為CFD技術(shù)在我院應用，起到促進(jìn)作用。如果CBD的財富中心區的熱環(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(shù)的應用

　　近幾年，隨著(zhù)空調節能和環(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，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(chǎn)品開(kāi)發(fā)和工程項目的應用上，都取得了可喜的成果。

　　據2003年統計，僅在北京推廣熱泵技術(shù)的廠(chǎng)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。承擔熱泵系統設計的單位越來(lái)越多。北京已有187個(gè)單位使用了水源熱泵系統，供暖面積達294萬(wàn)m2，新開(kāi)發(fā)的建設項目也都提出進(jìn)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，并在合理條件下，選擇并應用，是設計人員適應建筑市場(chǎng)需求的必備能力。

　　水源熱泵分為兩大類(lèi)，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(diǎn)是利用淺層低溫地能（熱），一般溫度相對恒定（＜25℃），經(jīng)過(guò)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(shí)，將熱量排入地下；冬季供暖時(shí)，在地下取熱，同時(shí)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(guò)打井抽灌淺層地下水來(lái)實(shí)現的。

　　我國地下水四季不同地區，一般為6～24℃，基本恒溫。采集地下低品位水時(shí)，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(zhì)良好，供水穩定，易于回灌。且要加以監控，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(zhì)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(shù)為北京恒有源公司開(kāi)發(fā)，并申請了專(zhuān)利。在北京，已在11個(gè)單位應用，供暖面積達154萬(wàn)m2.其中，包括近9萬(wàn)m²的海淀區政府和3萬(wàn)m2的海淀區公安局的辦公樓，以及學(xué)校、銀行、檔案館、高層住宅等建筑。我院設計的中關(guān)村軟件園信息中心，建筑面積約2萬(wàn)m²，也采用了“單井抽灌”的水源熱泵空調系統。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(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟比較，水源熱泵方案初投資570萬(wàn)元，單位空調造價(jià)285元/m²；溴化鋰直燃機方案，初投資為750萬(wàn)元，單位空調造價(jià)375元/m²；燃氣鍋爐加冷水機組方案，初投資為700萬(wàn)元，單位空調造價(jià)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(shí)，水源熱泵機房面積小，無(wú)輔助建筑，運行中無(wú)污染物排放，無(wú)冷卻塔系統。因此，“單井抽灌”的水源熱泵的優(yōu)勢明顯。

　　“異井抽灌”系統，在北京以北京警察學(xué)院為代表。該院占地約80公頃，建筑面積約15萬(wàn)m²，采暖熱負荷為15153kW，空調冷負荷為16081kW.全院共設計兩個(gè)水源熱泵系統，總水量為1170m³/h.共打井20口，其中供水井與回灌井各8個(gè)，沉砂井和溢流井各2個(gè)。供水井間距為200～300m，井深300m，每口井設計流量為150m³/h.回灌井布置在院區中部較大范圍內，以使回灌水灌至上游。

　　上述系統于2001年8月進(jìn)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(shí)踐，對水源熱泵推廣有借鑒作用。

　　從目前情況來(lái)看，在城市密集區，采用“單井回灌”技術(shù)，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(shí)，井深多為100m左右，有利打井。系統中無(wú)單獨的回灌井、沉砂井和溢流井，管理、維護、調試相應簡(jiǎn)單。

　　3.關(guān)注蓄冰空調與低溫送風(fēng)

　　近年來(lái)，由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國電力供應在部份省市出現緊張、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(wàn)kW增加到950萬(wàn)kW，其中，家用空調約為300萬(wàn)kW，大型公用建筑的空調峰值用電達100萬(wàn)kW，空調用電已占全市用電負荷的40%.因此，空調用電的節省對緩解北京夏季用電緊張，十分重要。特別是電力系統采取了分時(shí)電價(jià)，鼓勵合理用電，以解決電力負荷的峰谷差現象。而蓄冰空調技術(shù)是重要方法之一。

　　蓄冰技術(shù)是采用制冷機和蓄冰裝置，在電網(wǎng)低谷時(shí)的廉價(jià)電費計時(shí)區域，進(jìn)行蓄冰作業(yè)；而在空調高峰負荷時(shí)，將所蓄冰冷量釋放的成套技術(shù)。蓄冰技術(shù)要合理選擇蓄冰介質(zhì)、蓄冰裝置與設計系統組合，利用優(yōu)化的傳熱手段，通過(guò)自動(dòng)化控制，周期性地實(shí)現高密度的介質(zhì)蓄冰與合理的冷量釋放。

　　凡執行分時(shí)電價(jià)，且峰谷電價(jià)差較大的地區，同時(shí)自身空調用電負荷又不均衡的用戶(hù)，如辦公樓、商店、賓館、影劇院、體育館等，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟比較，都可以采用。

　　蓄冰方式可分為：動(dòng)態(tài)型，即將制冰與蓄冰分開(kāi)，如：冰漿式、冰晶式和冰片滑落式；靜態(tài)型，有盤(pán)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(wàn)m²），國家電力調度中心低溫送風(fēng)空調系統，均是成功實(shí)例。我院在海淀新技術(shù)大廈工程中，也采用了蓄冰空調。大廈建筑面積約5.7萬(wàn)m²，冰球蓄冷。利用環(huán)形車(chē)道內心作為蓄冷罐（3個(gè)4300×8900mm）的存放地，較好地解決了占地問(wèn)題。該系統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(lái)，效果良好。

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

　　近幾年，由于國內大型科技園區、大學(xué)城、CBD等的興起，以冰蓄冷為冷源的區域供冷系統，開(kāi)始出現，并引起空調業(yè)界的關(guān)注。

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

　　中關(guān)村西區占地約51公頃，規劃地上建筑100萬(wàn)m²，地下建筑50萬(wàn)m².用地主體的功能為金融、科貿、行政辦公、會(huì )展等，配有商業(yè)、酒店、康體娛樂(lè )。一級開(kāi)發(fā)商在區內建設了兩個(gè)冰蓄區域供冷系統，為二級開(kāi)發(fā)商提供空調用冷水，以節省其自建制冷站費用�，F一期制冷站已建成，提供約8000RT冷量，1.1℃空調冷凍水。這為空調系統使用大溫差低溫送風(fēng)，實(shí)現空調節能，提供了可能。我院設計的中關(guān)村影視城，即向該冷站購冷（2.47元/RT.H），并作了低溫送風(fēng)系統，這是我院第一個(gè)這樣的系統，進(jìn)行了有益的探索。

　　廣州大學(xué)城有500萬(wàn)m²的建筑物，采用了外融冰——冰蓄冷區域供冷站，共設4個(gè)制冷量3萬(wàn)RT的制冷站。采用美國B(niǎo)AC技術(shù)，采用的是內置翅片換熱器外融冰金屬盤(pán)管。提供2℃空調冷凍水。整個(gè)系統投資14億元，是國內最大區域供冷站�，F正在進(jìn)行建設中，將為區域供冷探索和積累經(jīng)驗。

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

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

　　由于空氣調節的作用，既要滿(mǎn)足人民生活質(zhì)量提高需求，又要滿(mǎn)足工業(yè)，特別是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的保障需求，因此空調與室內空氣品質(zhì)、人居環(huán)境的健康，與工作和生產(chǎn)效率、高新技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量，甚至與城市經(jīng)濟運轉和環(huán)境的安全等方面，關(guān)系愈加密切。

　　空調使用的季節性、間歇性和不穩定性，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，而其消費又呈現季節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(wàn)kW，冬季峰值不足580萬(wàn)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(yíng)”。這是一個(gè)值得認真對待的課題。

　　燃氣空調的特點(diǎn)是：

　�、� 可幫助削去夏季電力負荷高峰，而同時(shí)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。

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

　�、� 相對于傳統的集中式供電方式而言，分布式供電將發(fā)電系統以小規模（數千千瓦至50MW的小型模塊式）、分散的方式布置在用戶(hù)附近，獨立地輸出電、熱和冷量，可以提高供電可靠性。

　�、� 燃氣空調和熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)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(guān)鍵在于天然氣的價(jià)格，目前天然氣價(jià)格偏高，如果實(shí)行季節天然氣價(jià)差，將促進(jìn)天然氣空調的發(fā)展。經(jīng)測算，若天然氣為1.40元/m³.h時(shí)，直燃機使用成本基本可以與電力驅動(dòng)的離心制冷機持平；若天然氣為1.80元/m³.h時(shí)，直燃機的使用成本基本與電力驅動(dòng)風(fēng)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(chǎng)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(gè)基本方案，經(jīng)過(guò)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(shí)現了電力與燃氣的“雙贏(yíng)”方案。

　　院新近簽約的北京大鐘寺現代商城，也經(jīng)過(guò)了類(lèi)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(lè )、餐飲等，總建筑面積約為30萬(wàn)m².針對其功能和空調負荷特點(diǎn)，考慮到技術(shù)、經(jīng)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(guān)價(jià)格，關(guān)注各種技術(shù)和設備的成熟度，認真作好技術(shù)經(jīng)濟比較，作好調研，實(shí)事求是地結合項目的特點(diǎn)和情況，作出一個(gè)好的冷、熱源供應設計，將是暖通專(zhuān)業(yè)為主并與技經(jīng)、動(dòng)力和自控專(zhuān)業(yè)協(xié)作的共同結果。