對建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)幾項(xiàng)節(jié)能設(shè)計(jì)措施的分析

張　艷

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原　030013)

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對建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)幾項(xiàng)節(jié)能設(shè)計(jì)措施的分析

張艷

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原030013)

以建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，介紹了室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)、冷熱負(fù)荷及冷熱源的選擇計(jì)算原則，并闡述了采暖系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)與風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

暖通空調(diào)系統(tǒng)，冷熱源，采暖系統(tǒng)，節(jié)能

在進(jìn)行暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作過程中,通過采取相應(yīng)的節(jié)能措施來降低能耗,避免對環(huán)境造成較大的干擾,這不僅有利于節(jié)能降耗,也是保護(hù)環(huán)境的必然要求。

1　室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的合理選擇

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能情況不僅受到建筑物所在地區(qū)的氣候等室外設(shè)計(jì)參數(shù)的影響，還受制于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度、濕度和新風(fēng)量的選擇。對空調(diào)系統(tǒng)而言，其室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)主要考慮溫度和濕度，這兩者也是衡量空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性能的重要指標(biāo)，因此，這需要對室內(nèi)的溫度和濕度做一番統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，以確定一個(gè)合理的區(qū)間，使之滿足夏季溫度和濕度不得過低而冬季不得過高的要求。在新風(fēng)量確定時(shí)，首先要滿足衛(wèi)生和生產(chǎn)的要求，在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)使之滿足節(jié)能降耗的要求。

2　冷熱負(fù)荷計(jì)算

冷熱負(fù)荷會(huì)對暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)造成較大的影響，具體主要表現(xiàn)在冷熱源容量設(shè)計(jì)、水泵配置設(shè)計(jì)、冷熱輸送配管的尺寸設(shè)計(jì)、末端設(shè)備的選型設(shè)計(jì)等方面。因此，為保證良好的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果，應(yīng)首先將冷熱負(fù)荷計(jì)算工作做好，以為各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗目的。在方案設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)階段由于缺乏詳細(xì)具體的工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，因此進(jìn)行冷熱負(fù)荷計(jì)算時(shí)應(yīng)選擇合理的計(jì)算方式，要有一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)作為參考，最后，結(jié)合建筑工程面積冷熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)值，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析回歸計(jì)算，從而將計(jì)算結(jié)果作為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考值。

3　冷熱源的合理選擇

在選擇冷熱源的問題上，宜優(yōu)先采用集中設(shè)置冷水機(jī)組或者集中設(shè)置供熱、換熱設(shè)備的方法。在選擇機(jī)組設(shè)備過程中，必須綜合考慮以下幾方面建筑因素：一是具體規(guī)模；二是功能特征；三是建筑物所在地的能源結(jié)構(gòu)價(jià)格政策；四是相關(guān)的環(huán)保規(guī)定。同時(shí)，在具體的機(jī)組確定過程中，要結(jié)合建筑物所在地的具體實(shí)際，主要有以下幾種確定原則：

1)若建筑物周圍存在熱力發(fā)電廠，則可優(yōu)先采取熱電廠余熱供熱的措施，若供冷條件充分，亦可對其進(jìn)行適當(dāng)利用。

2)若建筑物周圍區(qū)域存在區(qū)域供熱情況，則可優(yōu)先將之作為建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的熱源。

3)若建筑物周圍存在較充足的天然氣供應(yīng)，為實(shí)現(xiàn)冷熱源的穩(wěn)定性，提高能源的利用率，則宜采用分布式燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)。

4)若建筑物周圍水資源和地?zé)豳Y源豐富，則可通過水源熱泵來達(dá)到供冷、供熱的目的。

冷水或熱泵機(jī)組兩項(xiàng)重要的指標(biāo)就是單臺(tái)容量和機(jī)組數(shù)量，這兩個(gè)指標(biāo)的確定主要考慮的因素是全年空調(diào)負(fù)荷的變化情況，這樣可同時(shí)滿足滿負(fù)荷運(yùn)行情況下和平時(shí)部分負(fù)荷運(yùn)行情況下的要求。對于設(shè)計(jì)冷負(fù)荷大于528 kW以上的公共建筑，機(jī)組設(shè)置不宜少于2臺(tái)，可達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。若建筑物內(nèi)區(qū)在冬季或過渡季節(jié)仍存在供冷需求，首先應(yīng)對其進(jìn)行技術(shù)分析，并綜合考慮其經(jīng)濟(jì)合理性，當(dāng)技術(shù)可行且經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，則可通過冷卻塔來提供空調(diào)冷水；若建筑物全年均有空氣調(diào)節(jié)的要求，且房間與周圍環(huán)境存在較大的負(fù)荷差異，供熱和供冷情況同時(shí)存在，且持續(xù)時(shí)間較長，則應(yīng)在確定技術(shù)可行和經(jīng)濟(jì)性合理的基礎(chǔ)上，通過水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)供冷和供熱。

4　采暖系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)

采暖系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)主要考慮以下三點(diǎn)：

1)保證各個(gè)房間的室內(nèi)溫度能獨(dú)立調(diào)控；

2)便于實(shí)現(xiàn)分戶熱量分?jǐn)偟墓δ埽?/p>

3)管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)盡可能簡單使管材消耗量盡量少，這樣不僅可實(shí)現(xiàn)操作上的便利，還能進(jìn)一步節(jié)省暖通空調(diào)系統(tǒng)的初投資。

建筑暖通空調(diào)采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式多種多樣，各方式的應(yīng)用應(yīng)結(jié)合建筑物的實(shí)際情況來確定。對于散熱器系統(tǒng)：雙管系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)變流量，利于節(jié)能，因此推薦采用；采用單管系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)在每組散熱器的進(jìn)出水支管之間設(shè)置跨越管，實(shí)現(xiàn)室溫調(diào)控功能。公共建筑經(jīng)常分區(qū)銷售或出租給不同單位使用，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮實(shí)現(xiàn)分區(qū)熱量計(jì)量的可能性。

5　空調(diào)水系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)

5.1空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)

空調(diào)冷凍水的設(shè)計(jì)要以建筑工程具體的實(shí)際要求和一定的節(jié)能降耗標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。在設(shè)計(jì)空調(diào)的冷凍水系統(tǒng)時(shí),可通過以下幾種措施來降低能耗:

1)優(yōu)先考慮閉式循環(huán)系統(tǒng)，不僅可以降低靜水力所需要的輸送能耗,還能減少管道及設(shè)備的腐蝕,從而延長空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命。

2)整個(gè)建筑物中有些區(qū)域需要全年供應(yīng)冷水,而有些區(qū)域需要交替供應(yīng)冷熱水,此時(shí)可以采用分區(qū)兩管制水系統(tǒng)；如果全年冷熱工況的交替比較頻繁,或者需要同時(shí)供冷供熱,此時(shí)最好采用四管制水系統(tǒng)。

3)在滿足室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的前提下, 適當(dāng)提高冷凍水的供水溫度,可以提高制冷機(jī)的蒸發(fā)溫度,從而降低其單位制冷能耗量。

4)適當(dāng)加大冷凍水供回水的溫度差,可以降低循環(huán)水泵的運(yùn)行流量,從而降低輸送能耗。

5)若工程規(guī)模不大,或者各環(huán)路負(fù)荷特性及壓力損失的差異較小,宜采用冷源側(cè)和負(fù)荷側(cè)均變流量的一次泵變流量系統(tǒng)(一次泵應(yīng)采用變頻調(diào)速泵),且應(yīng)在總供回水管之間設(shè)旁通管及由壓差控制的旁通電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。若系統(tǒng)規(guī)模較大，水流阻力較高，且各環(huán)路負(fù)荷特性或阻力特性相差懸殊(差額大于50 kPa)時(shí)宜采用二次泵變流量系統(tǒng)(二次泵應(yīng)采用變頻調(diào)速泵),這樣可以降低能耗。變流量系統(tǒng)中末端設(shè)備的回水管上應(yīng)設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

6)空調(diào)冷(熱)水系統(tǒng)的耗電輸冷(熱)比應(yīng)滿足相關(guān)節(jié)能規(guī)范中的要求。

5.2空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)

空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要考慮冷卻塔這個(gè)重要環(huán)節(jié)，主要考慮以下三點(diǎn)：1)冷卻塔對布置環(huán)境有一定的要求，一般以布置在環(huán)境清潔、通風(fēng)良好、無高溫源之處為宜，這樣才能盡可能保證達(dá)到其冷卻效率。2)如果在建筑物中使用多個(gè)冷卻塔，每一冷卻塔之間的連接應(yīng)保證連通，冷卻塔之間的連接可以通過連接管道或共用一個(gè)連通水槽實(shí)現(xiàn)連通，這樣可保證各冷卻塔補(bǔ)水和溢水的均勻性，從而減少了冷卻水的浪費(fèi)。在連通管的選擇上，一般比總回水管的管徑大一號(hào)為宜，同時(shí)還應(yīng)采用管頂平接來實(shí)現(xiàn)連通管與各塔出水管之間的連接。3)由于冷水機(jī)組對冷卻水具有重要的低溫保護(hù)作用，因此，應(yīng)確定合理的冷卻水混合溫度，為實(shí)現(xiàn)這一目的，具體措施為：通過在冷卻塔總供水管和總回水管之間設(shè)置旁通管，并采用電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥或三通調(diào)節(jié)閥對冷卻水進(jìn)行控制。在出水中設(shè)置溫度傳感器，以控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)約電能。

6　風(fēng)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)

通風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量大于10 000 m3/h時(shí)，風(fēng)道系統(tǒng)單位風(fēng)量耗功率應(yīng)滿足相關(guān)節(jié)能規(guī)范中的要求。

6.1通風(fēng)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)

1)若建筑物中有人員長期停留且不設(shè)置集中新風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)房間(如設(shè)置分體式或多聯(lián)機(jī)空調(diào)的房間)，宜采取安裝帶熱回收功能的雙向換氣裝置(如新風(fēng)換氣機(jī))的措施，可以從排風(fēng)中回收50%以上的冷熱量，達(dá)到節(jié)能的目的。

2)空調(diào)系統(tǒng)中處理新風(fēng)所需的能耗占建筑空調(diào)系統(tǒng)總能耗的比例很大，為了節(jié)約能耗，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理后，宜設(shè)空氣熱回收裝置回收空調(diào)排風(fēng)中的冷熱量，用來預(yù)熱和預(yù)冷新風(fēng)。在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較時(shí)，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)厥彝鈿庀髼l件、系統(tǒng)使用時(shí)間等多種因素，若系統(tǒng)回收期太長，則不宜采用空氣熱回收裝置。

6.2空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)

1)空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量的大小會(huì)受到以下因素的影響：一是能耗；二是初期投資；三是運(yùn)行費(fèi)用；四是人員健康。此外，在人口密度較大的房間,應(yīng)當(dāng)根據(jù)房間內(nèi)二氧化碳濃度的檢測值對新風(fēng)需求進(jìn)行控制，使二氧化碳含量符合相關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2)若建筑空間高度在10 m以上且體積超過10 000 m3，則宜采用分層空調(diào)系統(tǒng)。這樣在夏季可產(chǎn)生良好的節(jié)能效果，也能減少初期投資。

一些高大空間的民用建筑中,地面以上2 m～3 m左右為舒適區(qū)域，采用分層空調(diào)可有效控制這一區(qū)域內(nèi)的空氣參數(shù)，使之處于正常的范圍內(nèi)，3 m以上的空間則無法保證。

采用分層空調(diào)應(yīng)注意這樣一個(gè)問題，在冬季，由于熱空氣不斷上浮，建筑物頂部溫度較高，有時(shí)甚至?xí)鹊讓拥臏囟雀?，這種情況下節(jié)能效果非常差。因此，為解決這一問題，在冬季常見的措施主要有以下兩種：第一，設(shè)置室內(nèi)機(jī)械循環(huán)系統(tǒng), 將上部過熱的空氣送至下部以達(dá)到頂部空氣向下流動(dòng)的目的；第二，采用地板輻射或地板送風(fēng)供暖系統(tǒng)。

3)在同一空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)中，各空調(diào)區(qū)的冷熱負(fù)荷存在較大的差異同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較大的變化；部分負(fù)荷會(huì)持續(xù)較長的運(yùn)行時(shí)間；各空調(diào)區(qū)對溫度的需求不一致且需要分別進(jìn)行控制；或建筑物內(nèi)區(qū)需要全年供冷風(fēng)的情況下，最好通過變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)上述目的。變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)是以調(diào)節(jié)各房間空調(diào)送風(fēng)量為基礎(chǔ)的，風(fēng)量的調(diào)節(jié)是以建筑物內(nèi)的負(fù)荷變化規(guī)律為依據(jù)的，此外，這種空調(diào)系統(tǒng)在確定系統(tǒng)總風(fēng)量時(shí)還可以考慮相應(yīng)的同時(shí)使用系數(shù)，因此，可以大大減少風(fēng)機(jī)的容量及運(yùn)行能耗，節(jié)能效果較好。

7　結(jié)語

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面的節(jié)能措施還有很多，應(yīng)結(jié)合建筑物的實(shí)際情況和周圍環(huán)境等進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，才能實(shí)現(xiàn)較好的節(jié)能效果。每一位暖通空調(diào)設(shè)計(jì)人員應(yīng)充滿社會(huì)責(zé)任感，做好以節(jié)能為核心的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)，為國家節(jié)約能源貢獻(xiàn)自己的力量。

[1]沈彥輝,王磊,陳謙.公共建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)措施淺談[J].科技資訊,2010(19):86-87.

[2]李曉云,張偉.淺談暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能問題[J].山西建筑,2007，33(36):241-242.

Analysis on energy-saving design measures of building HVAC system

Zhang Yan

(ShanxiAcademyofBuildingDesign,Taiyuan030013,China)

Taking the energy saving design of building HVAC system as the starting point, the paper introduces the selecting and calculating principles of indoor design parameters, cooling-heating load and cooling-heating source, and describes the design methods of heating system, air-conditioning water system and wind system, so as to achieve the goal of saving energy and reducing consumption.

HVAC system, cooling-heating source, heating system, energy saving

1009-6825(2016)19-0183-02

2016-04-25

張艷(1982- )，女，工程師

TU201.5

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