暖通空调系统的创新及可行性探讨

暖通空调系统的出现为人们生产生活提供了更舒适的环境，随着人们对生活质量的重视，也对暖通空调系统提出了更高的要求，不仅能改善室内空气质量，更重要的是能够在节能方面有所突破，未来暖通空调系统的发展趋势如何？能从哪些方面进行创新从而实现绿色节能？建筑设计与创新技术的碰撞融合将带给我们什么样的生活体验？本期诚邀业内专家、学者及企业高层为我们解读——暖通空调系统的创新及可行性探讨。
王勇
重庆大学建筑环境与能源应用工程系教授
建筑节能的发展方向与暖通空调系统创新
根据国家新型城镇化建设中的总体要求，到2020年，绿色建筑在新建建筑中的比例要达到50%。同时，要获得建筑节能量的提升，建筑围护结构及暖通空调系统的创新起着关键性作用。
建筑围护结构的节能与创新
多年来，行业在建筑围护结构的节能指标以及体系进行了多年的研究与实践，不管是科研还是行业生产领域，均做出了较大的成就。从围护结构的材料看，目前的研究方向不仅仅是如何提高材料的性能，如何利用经济可行的生物质作为填充材料来保证围护结构的节能性已经开始在建筑中应用。从建筑全寿命周期的角度分析，仅仅是材料的选择就已经实现了节能，同时也实现了生态的良性循环。相变材料的研发也在不断进步，将逐步解决墙体蓄热延迟导致的气候条件与室内负荷的矛盾，实现围护结构传热性能的“内外翻转”。实际上，整体的围护结构节能，除考虑各围护结构的性能外，被动式建筑节能设计是建筑围护结构节能的实现者。最终目标是不采用主动式调节方式，利用被动式的建筑设计实现建筑的零能耗。
暖通空调系统的节能与创新
在目前被动式建筑设计还不能完全保证室内舒适度和质量的前提下，暖通空调系统承担了主动式的调节行为。为大幅提高暖通空调的能效，行业在热点领域做了大量的研究和实践。①可再生能源与区域能源的结合。由于建筑负荷的互补性与差异性，区域能源可以显著降低区域建筑的总体能源消耗，相比独立的建筑能源系统更具优势。目前的区域能源利用，将可再生能源作为建筑能源供应的低位冷热源，不仅体现了环境效益，同时提升了能源的利用效率。冷热电三联产的建筑能源利用方式与可再生能源以及建筑或工业废热利用相结合，在区域建筑能源供应将起到显著地节能作用。②蓄能技术的应用与发展。从节能的角度出发，蓄能技术能最大限度将多余和有条件的冷热量通过蓄能设备或装置进行储存，可以实现能源使用的时空转换，从而降低能源消耗。目前，相变蓄能材料替代暖通空调系统中的传统流体介质，提高换热效率以及冷热释放的经济性，将逐渐实现工业化的应用。③系统的创新。系统的创新不仅是现有冷热设备或传统暖通空调系统的组合达到节能的创新。目前，低温制冷的超流态制冷循环系统、固体制冷、激光制冷等新技术，若能在建筑中得到应用，可能会带来暖通空调系统的革命。④制冷工质的创新与发展。环保、高效的新型制冷剂已经成为国际研究热点，其中 CO₂ 作为地球与生物的产物，若良好的在暖通制冷设备中应用，不仅能实现减碳的目标，同时还能保证节能效益。以多工质复叠制冷循环系统的研发和高效应用，也将推动暖通空调设备的创新发展。
建筑节能的终极目标
建筑节能的终极目标是建筑本身就是一个自给自足的能源系统。通过被动式的建筑设计包括建筑内部的冷热流向优化调剂，从“源”上降低建筑的能源需求。通过建筑本体的可再生能源发电系统（太能能光伏、风力发电等），给较小的能源需求达到建筑室内的环控要求，从而真正实现建筑的零能耗。在某些条件下，甚至出现建筑的“负能耗”，即建筑本身产出有效的能源，从而实现为其他建筑提供所需的能源。这不仅仅是暖通空调工作者的发展方向，更是多专业合作的共同目标。