做好大空間建筑暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)及節(jié)能的探討

巫曉東

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，越來越多的大型建筑聳立而起，內(nèi)部的大空間暖通空調(diào)的耗能也非常驚人，現(xiàn)今能源危機(jī)、氣候變暖日益嚴(yán)重的情況下，現(xiàn)代大空間建筑暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)也越來越被重視，本文從暖通空調(diào)系統(tǒng)工作原理及分類開始，深入對(duì)大空間建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，希望能為相關(guān)人員帶來一些借鑒及參考。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào) 設(shè)計(jì) 節(jié)能 大空間建筑 負(fù)荷

中圖分類號(hào)：TU995 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（b）-0050-02

因?yàn)殡S著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的不斷發(fā)展，建筑能耗在逐年大幅度上升，特別是隨著大空間建筑的增加，建筑能耗占社會(huì)總能耗的比例也在逐年增加。隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，建筑耗能已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，在總能耗中建筑耗能所占的比例越來越大，在發(fā)達(dá)國(guó)家中建筑耗能所占的比例可以達(dá)到40%～50%，而在建筑耗能中，一般情況下，建造能耗與日常使用能耗之比約為1∶9～2∶8，所以建筑能耗的重點(diǎn)是日常使用能耗，特別是以暖通空調(diào)能耗為主，可以達(dá)到總能耗的30%～50%，從這一角度上來說，無(wú)論是從節(jié)約能源的重要性還是從環(huán)保的緊迫性上來看，大空間建筑的節(jié)能都是一項(xiàng)重要的任務(wù)。恰當(dāng)?shù)靥岣呖照{(diào)系統(tǒng)的能源利用效率，是實(shí)現(xiàn)公共建筑節(jié)能的關(guān)鍵所在。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑能耗的有效降低的目的，針對(duì)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。

1 大空間建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)

大空間建筑暖通空調(diào)方式與氣流組織對(duì)室內(nèi)環(huán)境與空調(diào)負(fù)荷有極大的影響。因此，大空間建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)思路是確?？照{(diào)效果，減少空調(diào)區(qū)高度，從而降低了空調(diào)送風(fēng)量，最大的限度的達(dá)到節(jié)能的效果。另外，風(fēng)柱的設(shè)置要與建筑布局協(xié)調(diào)統(tǒng)一。冬季選用低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)供熱，解決大空間冬季溫度場(chǎng)垂直方向上不均勻的問題，也是個(gè)很理想的節(jié)能目的。除此之外，此設(shè)計(jì)要與建筑專業(yè)在外門處設(shè)置了門斗，或者安裝熱風(fēng)幕機(jī)，減少冷風(fēng)滲透，有效地保證大空間建筑通空調(diào)設(shè)計(jì)效果。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)分類

暖通空調(diào)系統(tǒng)按對(duì)建筑環(huán)境控制功能可以分為兩大類：熱濕環(huán)境為主要控制對(duì)象的系統(tǒng)，主要控制建筑物室內(nèi)的溫度和濕度，有空調(diào)系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)；以污染物為主要控制對(duì)象的系統(tǒng)，主要控制室內(nèi)空氣品質(zhì)，有通風(fēng)系統(tǒng)、建筑防煙系統(tǒng)和建筑排煙系統(tǒng)等等。上述兩大類的控制對(duì)象和功能又有相互融合的地方。

按承擔(dān)熱負(fù)荷，冷負(fù)荷和濕負(fù)荷的介質(zhì)可以分為五大類：全水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、全空氣系統(tǒng)、空氣-水系統(tǒng)和冷劑系統(tǒng)。

按空氣處理設(shè)備的集中程度可以分為三類：集中式系統(tǒng)、半集中式系統(tǒng)以及分散式系統(tǒng)。除此之外還可以按照用途分為舒適性系統(tǒng)和工藝性系統(tǒng)。

3 暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)措施

暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的真正目標(biāo)是以節(jié)能為原則，用熱舒適指標(biāo)指導(dǎo)系統(tǒng)中的節(jié)能設(shè)計(jì)，尋找溫度、濕度、平均輻射溫度、風(fēng)速和勞動(dòng)強(qiáng)度這六種影響熱舒適指標(biāo)的因素的合適比例，達(dá)到人們熱舒適指標(biāo)與節(jié)能降耗的穩(wěn)定協(xié)調(diào)。暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)于減小建筑能耗具有重要意義，暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)工程的具體情況，對(duì)空調(diào)運(yùn)行季節(jié)進(jìn)行全工況、全過程的分析，從而確定出一個(gè)合理的設(shè)計(jì)方案，使暖通空調(diào)系統(tǒng)能在不同的室內(nèi)情況及不同的室外氣象參數(shù)下都能經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行。

3.1 設(shè)計(jì)負(fù)荷大小的精確計(jì)算

通過選取合理的暖通設(shè)計(jì)參數(shù)，從溫度和濕度來確保室內(nèi)舒適的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，節(jié)能是負(fù)荷大小的重點(diǎn)因素。確定室內(nèi)空氣溫濕度參數(shù)和精準(zhǔn)計(jì)算所需要的設(shè)計(jì)負(fù)荷是建筑節(jié)能的首要因素。這里的設(shè)計(jì)負(fù)荷主要包括熱負(fù)荷、冷負(fù)荷與濕負(fù)荷計(jì)算。冷負(fù)荷是指為保證房間或物體低于周圍環(huán)境溫度所需供應(yīng)的冷量；熱負(fù)荷是指為保證房間或物體高于周圍環(huán)境溫度所需供應(yīng)的熱量；濕負(fù)荷是指為了維持房間溫度恒定需從房間除去濕量。負(fù)荷計(jì)算是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的依據(jù)，關(guān)系到環(huán)境指標(biāo)保證設(shè)備畜量大小、方案確定，系統(tǒng)管道大小等。冷、熱、濕負(fù)荷計(jì)算應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)室外氣象參數(shù)和室內(nèi)需求保持的參數(shù)。

3.1.1 空氣計(jì)算參數(shù)

室外空氣計(jì)算參數(shù)是指在負(fù)荷計(jì)算中所采用的室外空氣參數(shù)。我國(guó)確定室外空氣計(jì)算參數(shù)的基本原則是：按不保證天數(shù)法即全年允許有少數(shù)時(shí)間不保證室內(nèi)溫濕度標(biāo)準(zhǔn)，若必須全年保證時(shí)，參數(shù)就需要另行確定?？照{(diào)因圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱負(fù)荷計(jì)算原理：按不穩(wěn)定傳熱過程計(jì)算，因此，須知夏季空調(diào)室外計(jì)算日平均溫度和逐時(shí)溫度。逐時(shí)溫度的計(jì)算按照公式：

其中，是逐時(shí)溫度，單位℃；是夏季空調(diào)室外計(jì)算日平均溫度，規(guī)范規(guī)定取歷年平均不保證5天的日平均溫度；是室外空氣溫度逐時(shí)變化系數(shù)；是夏季空調(diào)室外計(jì)算平均日較差，單位℃。

冬季空調(diào)室外空氣計(jì)算溫度的確定原則按照規(guī)定歷年平均不保證1天的日平均溫度作為冬季空調(diào)室外空氣計(jì)算溫度。采用歷年一月份平均相對(duì)濕度的平均值作為冬季空調(diào)室外空氣計(jì)算相對(duì)濕度。

室內(nèi)需空氣計(jì)算參數(shù)選擇考慮以下因素：房間使用功能對(duì)舒適性的要求。主要因素是空氣溫度、濕度和氣流速度，其次為衣著，空氣新鮮程度，室內(nèi)各表面的溫度，人員活動(dòng)情況等。以及地區(qū)、冷熱濕情況、經(jīng)濟(jì)條件和節(jié)能要求等因素。

3.1.2 熱負(fù)荷

在冬季熱負(fù)荷計(jì)算中，首先圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量，包含圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫差傳熱量、縫隙滲入冷空氣、外門開啟侵入和太陽(yáng)輻射。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量按下式計(jì)算：

其中，Q是部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量，單位W；A是部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本傳熱面積；K是部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本傳熱系數(shù)，單位W/m2·℃；t為冬季室內(nèi)計(jì)算溫度；α是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差修正系數(shù)。

此外，還要考慮因風(fēng)壓與熱質(zhì)作用室外空氣經(jīng)門窗縫隙進(jìn)入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量。

而夏季冷負(fù)荷的計(jì)算則按照冷負(fù)荷系數(shù)法，基礎(chǔ)是傳遞函數(shù)法將圍護(hù)結(jié)構(gòu)或者空調(diào)房間連同空氣視為熱力系數(shù)將外擾或室內(nèi)的熱量作為系統(tǒng)的輸入，當(dāng)計(jì)算某建筑物空調(diào)轉(zhuǎn)換為冷負(fù)荷時(shí)，按條件查出相應(yīng)的冷負(fù)荷溫度與冷負(fù)荷系數(shù)，用穩(wěn)定傳熱的方法，以便于手算。要充分考慮到圍護(hù)結(jié)構(gòu)瞬變傳熱形成冷負(fù)荷、通過玻璃窗的日射得熱引起冷負(fù)荷、室內(nèi)熱源散熱引起的冷負(fù)荷、人體散熱形成的冷負(fù)荷等。

3.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化

暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的水平要提高自動(dòng)控制，這樣不僅能夠保證暖通空調(diào)房屋的溫度和濕度控制的要求，并且可以節(jié)約熱力，更大程度的降低空調(diào)的能耗。利用暖通空調(diào)系統(tǒng)控制技術(shù)在軟件和硬件方面的發(fā)展，采用軟件體系控制暖通空調(diào)中央監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)分析，以保證暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。

3.2.1 空調(diào)房間溫濕度控制

空調(diào)房間溫濕度的干擾因素呈現(xiàn)出多樣性，由于氣候變化的多工況性以及房間存在的較大的熱慣性等因素，使得僅僅利用單回路直接控制房間溫濕度的方法難以達(dá)到滿意的調(diào)節(jié)效果。因此，應(yīng)該另外選擇一種行之有效的方法。針對(duì)空調(diào)房間的熱特性，采用串級(jí)調(diào)節(jié)比較適宜。

3.2.2 變水量自動(dòng)控制系統(tǒng)

在現(xiàn)代化的暖通空調(diào)系統(tǒng)中，變頻技術(shù)將逐漸成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。通過使用變頻技術(shù)，不僅可以解決傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的工藝問題，而且還可以節(jié)省能源的消耗量，減少?gòu)U氣的排放量，在一定程度上減少運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合空調(diào)的實(shí)際負(fù)荷狀況，如果將風(fēng)流量或者水流量進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖兊脑?，就可以?shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。如果將變頻技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)水系統(tǒng)的話，就可能形成變水量系統(tǒng)。在空調(diào)系統(tǒng)的水系統(tǒng)中，它的工作原理是通過控制水量，從而來調(diào)節(jié)溫度。隨著我國(guó)工業(yè)化的進(jìn)程和變頻器的推廣與使用，通過優(yōu)化調(diào)節(jié)風(fēng)量、水量及主機(jī)等，就可以實(shí)現(xiàn)與空調(diào)負(fù)荷的匹配運(yùn)行，進(jìn)而發(fā)揮良好的節(jié)能效益。采用變頻技術(shù)的原因還有：一個(gè)是設(shè)計(jì)者在選擇設(shè)備時(shí)，通常留有一定的設(shè)計(jì)余量，實(shí)際上設(shè)備也極少會(huì)在全負(fù)荷工況下運(yùn)行，甚至從來沒有在全負(fù)荷情況下運(yùn)行過。另一個(gè)就是建筑物的實(shí)際負(fù)荷會(huì)隨著室外氣候的變化而呈現(xiàn)出有一定的波動(dòng)。

3.2.3 變風(fēng)量系統(tǒng)的監(jiān)控

同樣，若將變頻技術(shù)應(yīng)用在空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的話，就會(huì)形成變風(fēng)量系統(tǒng)。利用空調(diào)系統(tǒng)的末端裝置來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)負(fù)荷的補(bǔ)償機(jī)制，從而對(duì)送風(fēng)量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最終保持室內(nèi)合適的濕度；與定風(fēng)量系統(tǒng)相比較而言，變風(fēng)量系統(tǒng)的節(jié)能效率則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于它，大約是它的兩倍。送風(fēng)量的調(diào)節(jié)可以最大限度的減少風(fēng)機(jī)的動(dòng)力，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約運(yùn)行能耗的功效。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)今全球環(huán)境不斷惡化、自然資源不斷減少的形式下，暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)也就顯得尤為重要。對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能減排的設(shè)計(jì)，不但可以減少對(duì)不可再生能源的消耗，緩解電力緊張的問題，而且還可以保護(hù)環(huán)境。建筑節(jié)能不但是21世紀(jì)中國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，更是中國(guó)改革發(fā)展的迫切要求。中國(guó)要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保是重中之重。建筑節(jié)能主要在于提高能量的利用率，而暖通空調(diào)技術(shù)的發(fā)展將會(huì)對(duì)建筑節(jié)能產(chǎn)生積極的影響。在未來的社會(huì)化發(fā)展中，建筑節(jié)能將有一片廣闊的發(fā)展前景，并成為引領(lǐng)建筑行業(yè)發(fā)展的啟明燈。

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