關(guān)于暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的相關(guān)思考

俞慧

摘要：建筑節(jié)能和環(huán)保是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。從可持續(xù)發(fā)展理論出發(fā)，建筑節(jié)能的關(guān)鍵又在于提高能量效率，因此無(wú)論制訂建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)還是從事具體工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，都應(yīng)把提高能量效率作為建筑節(jié)能的著眼點(diǎn)。暖通空調(diào)技術(shù)的發(fā)展對(duì)建筑節(jié)能有著至關(guān)重要的作用，在能源危機(jī)的大背景下，節(jié)能建筑成為未來(lái)建筑發(fā)展的方向，隨著人們對(duì)住宅舒適性及衛(wèi)生的要求越來(lái)越高，綠色建筑也應(yīng)運(yùn)而生。

關(guān)鍵詞：節(jié)能技術(shù)；設(shè)計(jì)；空調(diào)；能耗；措施

前言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，空調(diào)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前暖通空調(diào)能耗占到建筑總能耗的25%～45%，且每年以較大速度遞增。可見空調(diào)能耗在當(dāng)前社會(huì)能耗中占了比較大的份額，由于各方面原因造成空調(diào)能耗浪費(fèi)比較大，因此對(duì)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的研究顯得迫切及重要。在空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施中，主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）建筑及空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)能；（2）提高空調(diào)工程質(zhì)量節(jié)能；（3）空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理節(jié)能。對(duì)于一個(gè)建筑物而言，各個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以說從開始就決定了該建筑物在將來(lái)投入使用時(shí)是否節(jié)能。作為設(shè)計(jì)人員，筆者從設(shè)計(jì)角度淺談一下空調(diào)系統(tǒng)在建筑中的節(jié)能設(shè)計(jì)措施。

1暖通空調(diào)分析

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展以及對(duì)節(jié)能和環(huán)保要求的不斷提高，暖通空調(diào)領(lǐng)域中新的設(shè)計(jì)方案大量涌現(xiàn)，針對(duì)同一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，往往可以有幾種、十幾種甚至幾十種不同的設(shè)計(jì)方案可以選擇，設(shè)計(jì)人員不得不進(jìn)行大量的方案比較和優(yōu)選的工作，設(shè)計(jì)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較正在成為影響暖通空調(diào)設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率的一項(xiàng)重要工作。暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)因素很多，一些因素很難定量表述，許多因素又不具可比性，每種設(shè)計(jì)方案往往都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，面對(duì)眾多的設(shè)計(jì)方案，由于考慮問題的角度不同在各方的看法往往各不相同，甚至大相徑庭。目前在設(shè)計(jì)方案比較中存在的一些混亂狀況使設(shè)計(jì)人員無(wú)所適從。如何對(duì)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行科學(xué)的比較和優(yōu)選，是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中經(jīng)常遇到的一個(gè)重要技術(shù)難題，根據(jù)暖通空調(diào)的系統(tǒng)構(gòu)成和運(yùn)行方式，通過分析HVAC系統(tǒng)可知，需要用于管理、計(jì)量和優(yōu)化控制的變量很多，并且由于系統(tǒng)的多變量動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間和要求的不同，而且還要完成系統(tǒng)的優(yōu)化算法和控制器參數(shù)自整定的任務(wù)，使得軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，智能建筑節(jié)能是世界性的大潮流和大趨勢(shì)，同時(shí)也是中國(guó)改革和發(fā)展的迫切要求，是21世紀(jì)中國(guó)建筑事業(yè)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)，節(jié)能和環(huán)保是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。從可持續(xù)發(fā)展理論出發(fā)，建筑節(jié)能的關(guān)鍵又在于提高能量效率，因此無(wú)論制訂建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)還是從事具體工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，都應(yīng)把提高能量效率作為建筑節(jié)能的著眼點(diǎn)。智能建筑也不例外，業(yè)主建設(shè)智能化大樓直接動(dòng)因就是在高度現(xiàn)代化、高度舒適的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)能源消耗大幅度降低，以達(dá)到節(jié)省大樓營(yíng)運(yùn)成本的目的。

2空調(diào)冷熱源的節(jié)能措施

2.1準(zhǔn)確計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷

在現(xiàn)行的《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》中，明確要求“采暖、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的施工圖設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)每一采暖空調(diào)房間或空調(diào)區(qū)域進(jìn)行熱負(fù)荷和逐項(xiàng)逐時(shí)的冷負(fù)荷計(jì)算?！痹趯?shí)際建筑暖通設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員對(duì)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算不夠準(zhǔn)確往往根據(jù)估算的方式進(jìn)行。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行負(fù)荷估算時(shí)，出于設(shè)備安全的考慮指標(biāo)都取得過大，如此一來(lái)就造成空調(diào)系統(tǒng)相應(yīng)設(shè)備的偏大，不利于建材節(jié)能。

2.2冷熱源節(jié)能

冷熱源設(shè)備能耗、末端設(shè)備能耗和輔助設(shè)備能耗是空調(diào)系統(tǒng)能耗的三個(gè)部分?？照{(diào)系統(tǒng)能耗的三個(gè)部分中，占據(jù)空調(diào)系統(tǒng)消耗能量絕大部分的是冷熱源設(shè)備能耗。由此可見，冷熱源設(shè)備的選擇是空調(diào)節(jié)能的關(guān)鍵所在。熱泵、水冷冷水機(jī)組結(jié)合鍋爐、溴化鋰吸收式結(jié)合鍋爐以及冰蓄冷機(jī)組是我國(guó)現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的常見方式。

熱泵型機(jī)組在空氣濕度不大、溫度不會(huì)太低的地區(qū)應(yīng)用比較普遍，也是空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的常見方式中比較節(jié)能的一種方式?？照{(diào)系統(tǒng)中的中央空調(diào)多使用風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組?？照{(diào)系統(tǒng)中的中央空調(diào)多使用風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組。此類機(jī)組即可供冷又可供熱，省卻了鍋爐房和冷卻水系統(tǒng)，安裝靈活方便。但是熱泵機(jī)組沒有冷卻水系統(tǒng)，能效相對(duì)較低，且它的使用受環(huán)境溫濕度的影響比較大，因而在空氣濕度大、溫度低的地區(qū)其使用效果大大降低。

水冷冷水機(jī)組一般用在夏季制冷方面，鍋爐則用在冬季供熱方面。制冷需要消耗大量的電能，一般根據(jù)對(duì)制冷的要求不同采取不同的壓縮機(jī)。根據(jù)制冷量的由低到高空調(diào)壓縮機(jī)依次可采用活塞式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)以及離心式壓縮機(jī)。鍋爐供熱方面根據(jù)環(huán)境的要求目前采用較多的是燃油及燃?xì)忸愬仩t。

溴化鋰機(jī)組是一種節(jié)電而非節(jié)能的機(jī)組，主要包括外燃式和直接式兩種。外燃式機(jī)組適用于有余熱、廢熱的地方，不僅充分利用了資源而且達(dá)到了制冷的效果。對(duì)于無(wú)余熱、廢熱的地方則比較適用于直燃式機(jī)組。

冰蓄冷空調(diào)技術(shù)是隨著政府推行用電實(shí)行峰谷用電分別計(jì)價(jià)而采用的，采用該技術(shù)的意義在于為用戶降低電費(fèi)的同時(shí)達(dá)到電網(wǎng)移峰填谷的目的。在夜間用電低谷時(shí)段開啟制冷主機(jī)將建筑物空調(diào)所需冷量制備好，并以冰的形式儲(chǔ)存起來(lái)。在白天用電高峰時(shí)段關(guān)閉或者與制冷主機(jī)串連進(jìn)行融冰制冷，達(dá)到同樣降溫的效果。推行峰谷電價(jià)是優(yōu)化資源配置保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要措施，符合我國(guó)的能源政策，提倡“多建冷站，少建電站”是節(jié)能環(huán)保的一項(xiàng)重要舉措。

冷熱源設(shè)備能耗在空調(diào)三部分能耗中約占50%～60%，因而選擇合理的冷熱源系統(tǒng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能至關(guān)重要。冷熱源的合理選擇要從冷熱源設(shè)備性能是否符合要求以及配置機(jī)組的數(shù)量、容量是否合理兩個(gè)方面著手。首先，選擇性能符合要求的冷熱源設(shè)備。實(shí)際工作中，建筑結(jié)構(gòu)中空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷不是穩(wěn)定不變的，冷熱水機(jī)組在部分負(fù)荷下工作的效率一般要小于滿負(fù)荷運(yùn)行（冷熱源所需提供的冷熱量一般不超過最大負(fù)荷的80%）；其次，配置機(jī)組的數(shù)量、容量應(yīng)該合理配備，它的合理配備取決于建筑結(jié)構(gòu)負(fù)荷的變化情況。只有配置機(jī)組的數(shù)量、容量都合理時(shí)，配置機(jī)組可根據(jù)建筑所需負(fù)荷進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，既可以不造成資源浪費(fèi)又可以保證設(shè)備盡可能滿負(fù)荷高效運(yùn)轉(zhuǎn)。滿足正常需要的情況下，加大冷熱源機(jī)組的調(diào)節(jié)范圍，是節(jié)能降耗的基本手段。

3空調(diào)冷熱水系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)空調(diào)的冷熱水系統(tǒng)時(shí)，可通過以下幾種措施降低能耗：（1）閉式循環(huán)的模式是優(yōu)選考慮的方法，這種方法不僅可以降低靜水力所需要的輸送能耗，而且管道及設(shè)備的腐蝕也有所減少，延長(zhǎng)了空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命；（2）整個(gè)建筑物中可能有些空調(diào)區(qū)全年都要供應(yīng)冷水，而有些區(qū)域則是冷熱水交替供應(yīng)，這種情況下可以采用兩管分區(qū)制水系統(tǒng)，如果空調(diào)運(yùn)行區(qū)域全年冷熱工況的交替比較頻繁，或者需要同時(shí)使用，最好采用四管制水系統(tǒng)模式，且兩管制空調(diào)水系統(tǒng)的冷凍水與熱水循環(huán)泵最好也分開設(shè)置；（3）在能夠滿足空氣調(diào)節(jié)的前提下，冷凍水的供水溫度越搞好，制冷機(jī)的蒸發(fā)溫度越高，其單位制冷能耗量就越低；（4）最好適當(dāng)?shù)募哟罄鋬鏊┗厮臏囟炔?，可以降低循環(huán)水泵在運(yùn)行過程中的流量，進(jìn)一步降低輸送過程中的能量消耗；（5）如果冷凍水系統(tǒng)的靜壓力小于1MPa時(shí)，最好不要豎向分區(qū)，可以采用一泵到頂?shù)姆椒?，這樣不僅在設(shè)備運(yùn)行維護(hù)過程中更加方便，而且因?yàn)榉謪^(qū)而增加的土建設(shè)工程成本也有所降低，并且設(shè)備的電能消耗也會(huì)相應(yīng)的減小；（6）如果空調(diào)水系統(tǒng)中包括兩臺(tái)以上的冷水機(jī)組及循環(huán)泵，最好采用變流量系統(tǒng)。如果工程的規(guī)模不大，或者各環(huán)路的負(fù)荷特性、壓力損失的差距相對(duì)較小，則采用一次泵變流量系統(tǒng)即可，而且總供回水管間要設(shè)置旁通管及旁通電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥要注意有壓差控制。如果系統(tǒng)的規(guī)模較大、阻力強(qiáng)、環(huán)路負(fù)荷特性、壓力損失的差距達(dá)到50MPa以上，最好采用二次泵變流量系統(tǒng)，并且是變頻調(diào)速泵，這樣可以降低能量的消耗；（7）一次泵變流量系統(tǒng)中，其風(fēng)機(jī)盤管的回水管上、二次泵變流量系統(tǒng)中、新風(fēng)機(jī)組以及組合式空調(diào)的回水管等位置最好設(shè)置電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥。

4空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能

4.1采用變風(fēng)量系統(tǒng)

變風(fēng)量系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷變化或室內(nèi)要求參數(shù)的變化，保持恒定送風(fēng)溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量，從而使室內(nèi)參數(shù)達(dá)到要求的全空氣空調(diào)系統(tǒng)。由于空調(diào)系統(tǒng)大部分時(shí)間在部分負(fù)荷下運(yùn)行，所以風(fēng)量的減少帶來(lái)了風(fēng)機(jī)能耗的降低。

4.2提高送風(fēng)溫差及合理調(diào)節(jié)新風(fēng)比

所謂送風(fēng)溫差就是送風(fēng)的溫度與建筑室內(nèi)溫度的差值。由于人體對(duì)舒適溫度的要求范圍比較寬。在不影響空調(diào)精度的前提下，提高送風(fēng)溫差可以適當(dāng)減小送風(fēng)量而不影響人體舒適度。送風(fēng)量小了，能耗自然就降低了。新風(fēng)量占送風(fēng)量的比值稱為新風(fēng)比，新風(fēng)負(fù)荷在空調(diào)負(fù)荷中所占比例不容忽視。新風(fēng)比要根據(jù)季節(jié)合理調(diào)節(jié)，這樣既保證空氣質(zhì)量又降低能耗。

4.3采用熱回收與熱交換裝置

空調(diào)設(shè)計(jì)中，保證建筑物足夠的新風(fēng)量以滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求是必須的。然而，新風(fēng)負(fù)荷在整個(gè)空調(diào)負(fù)荷中卻占較大的比率。在一些普通的高層建筑空調(diào)中，夏季新風(fēng)負(fù)荷就占空調(diào)總負(fù)荷的30%以上。而對(duì)有些特殊的場(chǎng)合，如醫(yī)院、商場(chǎng)、劇院、體育館等人員密集的地方，新風(fēng)的需求量則更大，有的甚至要求全新風(fēng)。相應(yīng)的，在這些場(chǎng)合新風(fēng)負(fù)荷占空調(diào)總負(fù)荷的比率也很大。新風(fēng)的引入必然要求排出一部分污濁空氣?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》也對(duì)排風(fēng)熱回收的設(shè)置進(jìn)行了相關(guān)要求。全熱交換器在夏天可以將新風(fēng)預(yù)冷及除濕，在冬季可以將新風(fēng)預(yù)熱并加濕，其效率可達(dá)70%以上，因此降低了空調(diào)運(yùn)行中冷，熱負(fù)荷和耗電量。

5結(jié)論

通過以上分析，空調(diào)領(lǐng)域作為建筑的用能大戶，節(jié)能意義十分巨大。從可持續(xù)發(fā)展理論出發(fā)，空調(diào)系統(tǒng)如何適應(yīng)在低負(fù)荷下高效節(jié)能運(yùn)行及在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能選配就成為空調(diào)節(jié)能的關(guān)鍵，這對(duì)于節(jié)約能源、降低運(yùn)行費(fèi)用、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。作為一個(gè)暖通專業(yè)的設(shè)計(jì)工作者，應(yīng)在空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，針對(duì)不同建筑合理選擇最合理的空調(diào)系統(tǒng)，為日后的運(yùn)行管理打下良好的基礎(chǔ)。相信通過暖通空調(diào)專業(yè)人士的不懈努力，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗終會(huì)為社會(huì)做出有益的貢獻(xiàn)。