淺析建筑節(jié)能在暖通空調(diào)工程中的應(yīng)用

李曉偉

摘 要：隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)及能源需求越來(lái)越高，人們對(duì)環(huán)保技術(shù)及其產(chǎn)品在新世紀(jì)營(yíng)造自己居住環(huán)境過(guò)程中對(duì)建筑的設(shè)計(jì)與建造提出了更高要求，綠色建筑即指建筑設(shè)計(jì)建造及使用過(guò)程中充分考慮環(huán)境保護(hù)及能源要求，在滿足建筑的各種功能同時(shí)有效的節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境，即利用綠色建筑的設(shè)計(jì)來(lái)體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展需求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)能源利用的集約化，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境來(lái)減少各種資源和材料的消耗，并充分考慮如何有利于建筑通風(fēng)而不濫用空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)；建筑節(jié)能；系統(tǒng)優(yōu)化

1 前言

節(jié)能對(duì)于我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)來(lái)說(shuō)，具有重大的意義。因此節(jié)能降耗成為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文就暖通空調(diào)系統(tǒng)中的建筑節(jié)能做了簡(jiǎn)要的分析。

2 暖通空調(diào)建筑節(jié)能的原則

2.1 節(jié)省

節(jié)省原則即節(jié)省能源和節(jié)約材料。其包括在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)涉及的制冷機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)以及控制系統(tǒng)等方面的初投資過(guò)程中對(duì)原材料以及能源涉及材料的運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省，其應(yīng)涉及整個(gè)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)，而不是其中某個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于新型的綠色建筑來(lái)說(shuō)其暖通空調(diào)系統(tǒng)還應(yīng)充分與建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)、室內(nèi)照明等與暖通空調(diào)系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。

2.2 保持良好的自然環(huán)境

對(duì)自然資源的利用程度在很大程度上體現(xiàn)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，對(duì)于綠色建筑而言，能否使建筑物周圍保持良好的外部環(huán)境直接影響到建筑物內(nèi)暖通空調(diào)系統(tǒng)的效能能否充分發(fā)揮出來(lái)，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分保持建筑外圍潔凈的空氣、水源以及土壤，實(shí)現(xiàn)建筑物不受到不良自然環(huán)境的危害及侵襲，由于樹木及水可以為建筑防風(fēng)、遮陰、蓄水，因此水和植物被廣泛的引入建筑內(nèi)部空間。

2.3 采用新型節(jié)能舒適健康的空調(diào)及采暖方式

當(dāng)前，我們應(yīng)采用新型節(jié)能舒適健康的空調(diào)方式。空調(diào)系統(tǒng)特別是舒適性空調(diào)系統(tǒng)對(duì)人體的作用是通過(guò)空氣溫度、濕度、風(fēng)速、環(huán)境平均輻射溫度進(jìn)行的，人體對(duì)環(huán)境的冷熱感覺(jué)是這些環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果。影響人體熱舒適性的環(huán)境參數(shù)眾多，不同的環(huán)境參數(shù)組合可以得到相同的熱舒適性效果，但對(duì)于不同熱濕參數(shù)組合的環(huán)境其空調(diào)系統(tǒng)的能耗是不相同的。

3 暖通空調(diào)中建筑節(jié)能的措施

3.1 建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)

合理選擇建筑的地址、采取合理的外部環(huán)境設(shè)計(jì)；合理設(shè)計(jì)建筑形體，以改善既有的微氣候；合理的建筑形體設(shè)計(jì)是充分利用建筑室外微環(huán)境來(lái)改善建筑室內(nèi)微環(huán)境的關(guān)鍵部分，主要通過(guò)建筑各部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)和建筑內(nèi)部空間的合理分隔設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，可借助相關(guān)軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)組成部件的設(shè)計(jì)對(duì)建筑能耗、環(huán)境性能、室內(nèi)空氣質(zhì)量與用戶所處的視覺(jué)和熱舒適環(huán)境有分本的影響。一般增大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的費(fèi)用僅為總投資的3%～6%，而節(jié)能卻可達(dá)20%～40%。通過(guò)改善建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，在夏季可減少建筑冷、熱消耗。首先，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成部件的熱工性能，一般通過(guò)改善其組成材料的熱工性能實(shí)現(xiàn)，然后，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颉⒔ㄖ牡乩砦恢煤统?，選擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。最后，評(píng)估圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部件與組合的技術(shù)可能性，以確定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

3.3 提高總的能源利用效率

節(jié)能建筑與綠色建筑是密不可分的，綠色建筑的含義為在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材） ，保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康，適用和高效的使用空間，與和諧共生的建筑。

3.4 采用太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)

太陽(yáng)輔射的年平均有效功率很低，在我國(guó)北部的平原地區(qū)達(dá)0.1kw/m2，難以直接利用。太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)就是利用品質(zhì)較低的太陽(yáng)直射輻射能或大氣散射輻射能為建筑環(huán)境供熱的新型能源系統(tǒng)。太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的主要組成部分是太陽(yáng)能集熱器。通過(guò)對(duì)幾種型式的太陽(yáng)能集熱器的測(cè)試表明：在我國(guó)北部的地理氣候條件下，最適宜用于房間供暖的集熱器是平板式集熱器，工作溫度在300C～900C范圍內(nèi)，其主要優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè)：（1）不僅能利用的太陽(yáng)的直射輻射且能充分利用大氣的散射輻射；（2）便于安裝，節(jié)省費(fèi)用?？稍谠薪ㄖ镂蓓?shù)倪m當(dāng)方向安裝上平板式集熱器。太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)需配置季節(jié)性蓄熱裝置，將夏季日照充足時(shí)的太陽(yáng)能蓄存起來(lái)，在需要時(shí)為建筑環(huán)境供熱。因此，太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)方面的工業(yè)，同大型蓄熱裝置的研究、發(fā)展與試驗(yàn)性建筑工業(yè)緊密相關(guān)。太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性是十分顯著的，其全部費(fèi)用基本由投資費(fèi)用決定，運(yùn)行費(fèi)用僅限于循環(huán)泵所耗能和維持正常的管理和檢查的費(fèi)用。

4 建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化方法

4.1 控制策略的優(yōu)化

空氣處理機(jī)的DDC（Direct Digital Control，直接數(shù)字控制）通常采用PID（比例-積分-微分）控制，選擇合適的PID參數(shù)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是非常關(guān)鍵的。PID系數(shù)高，空調(diào)對(duì)室內(nèi)溫度波動(dòng)的反應(yīng)特性曲線陡，達(dá)到設(shè)定溫度的過(guò)渡過(guò)程較短；相反PID系數(shù)低，達(dá)到設(shè)定溫度的過(guò)渡過(guò)程較長(zhǎng)。但并不是PID系數(shù)越高越好，否則易引起DDC控制系統(tǒng)失穩(wěn)，表現(xiàn)為室內(nèi)溫度的振蕩和水側(cè)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥周期性的來(lái)回運(yùn)動(dòng)無(wú)法在固定開(kāi)度上運(yùn)行。

4.2 控制權(quán)的優(yōu)化

通常BA遵從的是中央控制站集中管理的原則。有時(shí)也有其不便的一面。在某些場(chǎng)合（如會(huì)議室）將空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)的參數(shù)的設(shè)定功能放置在現(xiàn)場(chǎng)可能更符合使用者的需要。DDC本身并不提供這樣的功能，需要專門部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這類功能接近VRV（Variable Refrigerant Volume）控制面板的設(shè)定器給房間的使用者帶來(lái)極大的便利和舒適性，必要時(shí)應(yīng)積極采用。

4.3 直接數(shù)字控制器（DDC）的優(yōu)化

主流BA系統(tǒng)供貨商都能提供大中小不同處理能力的DDC，冷凍機(jī)房、熱力站監(jiān)控點(diǎn)是密集場(chǎng)合應(yīng)優(yōu)先采用大型控制器，以減少故障率和控制器間的通訊。對(duì)空氣處理機(jī)、新風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)一般采用中型或小型的控制器即可。近年來(lái)，可編程邏輯控制器件（PLC，可編程邏輯控制器，Programmable LogicController）進(jìn)步很快，其應(yīng)用不再局限于工業(yè)場(chǎng)合，在空調(diào)通風(fēng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制工程中不應(yīng)將其排斥在外。

4.4 控制網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

在滿足擴(kuò)展性和靈活性的前提下，控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化、清晰，無(wú)論基于RS485總線（RS-485總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達(dá)到128個(gè)或者256個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到400個(gè)節(jié)點(diǎn)）或基于LonTalk（智能節(jié)點(diǎn)中固化有網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議）總線的控制網(wǎng)絡(luò)都是如此。分支、分級(jí)多的網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜、可靠性低。LonTalk總線在理論上可以組成任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，這種布線設(shè)計(jì)的隨意性如果運(yùn)用不當(dāng)，在工程實(shí)踐中仍然是有技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的，并可能增加系統(tǒng)的投資。小型工程盡可能運(yùn)用基于Rs485總線的控制網(wǎng)絡(luò)，采用“手拉手”的布線方式，大型工程可以考慮樓層網(wǎng)絡(luò)分級(jí)。

5 結(jié)束語(yǔ)

暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能在整個(gè)建筑節(jié)能中占有很重要的位置，應(yīng)該引起設(shè)計(jì)人員足夠的重視。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)從設(shè)計(jì)的高角度出發(fā)全面考慮，嚴(yán)格遵守節(jié)能規(guī)范，將節(jié)能的思想貫穿于建筑領(lǐng)域的各個(gè)方面。節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)及可再生能源的循環(huán)利用，應(yīng)當(dāng)?shù)玫秸扔嘘P(guān)部門的支持，并大力推廣。

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