暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)分析與設(shè)計(jì)方法探究實(shí)踐

王若宇，王 雪，張 煜

（山東華宇工學(xué)院，山東德州 253071）

0 引言

暖通空調(diào)是當(dāng)今建筑的重要設(shè)施，在生活中被廣泛使用，但其系統(tǒng)卻伴有極高的能耗，違背了節(jié)能減排的要求。因此，該系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用有利于環(huán)境友好型建筑的發(fā)展，空調(diào)節(jié)能技術(shù)的不斷研發(fā)對(duì)整個(gè)行業(yè)的未來(lái)發(fā)展具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的必要性及要求

隨著建筑的數(shù)量及規(guī)模與日俱增，能耗的幅度也在不斷上升。發(fā)達(dá)國(guó)家中，能耗占比達(dá)40%，其中用于空調(diào)系統(tǒng)的能耗占比高達(dá)45%，該數(shù)值依然呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。建筑面積的不斷擴(kuò)增，使空調(diào)的運(yùn)用越發(fā)頻繁。大量的能源消耗，不僅加深了供給層的矛盾，還使得環(huán)境被嚴(yán)重污染。高效的能源使用，如將節(jié)能技術(shù)融入到空調(diào)設(shè)備中，是對(duì)環(huán)境友好的明智選擇。

空調(diào)系統(tǒng)使用的是化石燃料，現(xiàn)今由于能源的缺乏以及環(huán)保政策的要求，利用不可再生能源的系統(tǒng)已與當(dāng)前的發(fā)展要求不符。然而新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需滿足3 個(gè)條件。首先，該系統(tǒng)應(yīng)在各個(gè)房間當(dāng)中安裝獨(dú)立調(diào)控溫度的設(shè)備，樓梯間可排除在外；其次，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員應(yīng)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，把管材損耗降到最低，不斷使系統(tǒng)得到優(yōu)化并升級(jí)；最后，該種設(shè)計(jì)要求對(duì)能源的損耗和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的散熱格外重視，設(shè)計(jì)人員應(yīng)提升該系統(tǒng)的保溫性，加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱效果。

2 空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)分析

2.1 系統(tǒng)負(fù)荷能力

精準(zhǔn)計(jì)算空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷，使該系統(tǒng)的負(fù)荷達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平。當(dāng)該空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷值偏低時(shí)，難以滿足實(shí)際運(yùn)行的需求；當(dāng)該系統(tǒng)的負(fù)荷值過(guò)大時(shí)，將會(huì)使空調(diào)運(yùn)行的費(fèi)用大大增加，給建筑業(yè)帶來(lái)了更多的生產(chǎn)成本損失。因此對(duì)暖通空調(diào)的系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)行精確的計(jì)算，不僅消除了能源損耗，而且也節(jié)省了建筑成本。

2.2 系統(tǒng)控制水平

空調(diào)系統(tǒng)的各項(xiàng)調(diào)節(jié)參數(shù)是決定舒適程度的評(píng)價(jià)指數(shù)，選擇適當(dāng)且有效的參數(shù)進(jìn)行控制，可不斷提升舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)的節(jié)省能源的效果。

2.3 圍護(hù)構(gòu)造的保溫隔熱性質(zhì)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要作用是降低空調(diào)系統(tǒng)在使用時(shí)所產(chǎn)生的熱量損失。在空調(diào)的外圍增加此構(gòu)造，不僅能使整個(gè)系統(tǒng)有著極佳的保溫隔熱效果，而且還有效降低了能源的損耗，節(jié)約建筑運(yùn)行成本。在其節(jié)能的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)是不可缺少的一部分，提升其材料等級(jí)可不斷增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)作用。采用新型的保溫材料，具有良好的保溫性、節(jié)約能源等優(yōu)勢(shì)。

2.4 周圍綠化方面

現(xiàn)階段，建筑工程的精心設(shè)計(jì)都會(huì)遵循綠化的原則，繁茂的綠色植物不僅能夠美化建筑物，同時(shí)也能夠遮擋陽(yáng)光的照射。在建筑設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間被陽(yáng)光照射時(shí)，房間外會(huì)因太陽(yáng)的輻射產(chǎn)生過(guò)多的熱量，從而使空調(diào)能源急劇消耗，此時(shí)的綠色植物隨光照的增強(qiáng)，其光合作用也增強(qiáng)，將水分消耗，對(duì)該系統(tǒng)能源的節(jié)約具有重要的意義。因此，增設(shè)系統(tǒng)周圍的綠化設(shè)計(jì)可降低房間外表面的溫度，增強(qiáng)設(shè)備的節(jié)能效果。

2.5 變流量調(diào)節(jié)

在使用暖通空調(diào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大數(shù)額的流量，而流量對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響，在實(shí)際的運(yùn)行中，流量負(fù)荷往往遠(yuǎn)高于預(yù)先設(shè)置的負(fù)荷能力，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的流量負(fù)荷發(fā)生異常。若改變動(dòng)力變流量的相關(guān)技術(shù)，可使系統(tǒng)流量得到有效控制，滿足負(fù)荷能力的高要求。這種技術(shù)不僅消除了超負(fù)荷對(duì)空調(diào)的影響，也有利于降低建設(shè)成本。

2.6 排風(fēng)余熱回收作用

夏季較為炎熱，空調(diào)多用來(lái)排風(fēng)，這樣會(huì)使室內(nèi)空氣的濕度和溫度均顯著低于室外的溫度及濕度；在冬季時(shí)，天氣比較寒冷，空調(diào)設(shè)備所起的作用與夏天相反，會(huì)使室內(nèi)的空氣濕度及溫度明顯高于室外。而排風(fēng)余熱回收技術(shù)靈活應(yīng)用了這一季節(jié)規(guī)律，將要排出的風(fēng)和新進(jìn)的風(fēng)實(shí)現(xiàn)了有效交換，大大提高了對(duì)新風(fēng)濕度及溫度的提高或降低的效率。它的主要原理是將熱交換器安裝在排風(fēng)口，開(kāi)始時(shí)排風(fēng)和新風(fēng)各自發(fā)生熱交換，然后借助排風(fēng)預(yù)熱與新風(fēng)進(jìn)行交匯，實(shí)現(xiàn)排風(fēng)余熱的回收。這樣不僅促進(jìn)了房間內(nèi)部空氣的流通，也增強(qiáng)了節(jié)能效果，同時(shí)還具備既安全可靠又容易安裝的性質(zhì)，在日常生活中的供暖等行業(yè)被廣泛應(yīng)用。

2.7 地源熱泵作用

地緣熱泵常被運(yùn)用到采暖以及制冷的設(shè)備。其原理主要是通過(guò)熱泵裝置將低溫?zé)嵩粗械臒崃恳苿?dòng)到高溫?zé)嵩粗校瑥亩鸬浇禍氐男Ч?。地源熱泵可通過(guò)電源來(lái)進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移，包括低溫?zé)嵩吹礁邷責(zé)嵩匆约案邷責(zé)嵩吹降蜏責(zé)嵩吹膬蓚€(gè)方向上的轉(zhuǎn)移。熱泵可對(duì)工業(yè)和自然中的低溫?zé)嵩催M(jìn)行儲(chǔ)藏及回收，并把回收的熱源轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷責(zé)嵩础５卦礋岜眉夹g(shù)不僅節(jié)能，也給生活及生產(chǎn)提供了極大的便利。

2.8 輸送力及能耗關(guān)系

暖通空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備需滿足兩個(gè)條件，即性能好且輸送效率高。這樣可使大量的能源被節(jié)約，同時(shí)也極大的符合了人們?nèi)粘?duì)空調(diào)系統(tǒng)控制的精確度，并滿足了人體舒適度的要求。

3 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的設(shè)計(jì)方式

空調(diào)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，應(yīng)以環(huán)保為首要理念，之后將施工和設(shè)計(jì)相互結(jié)合，才能保證設(shè)計(jì)在實(shí)際中的科學(xué)合理性，使施工具有安全可靠以及易操作的特點(diǎn)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須是專業(yè)知識(shí)過(guò)硬，并具備很強(qiáng)的節(jié)能意識(shí)的人才，在施工前后都能體現(xiàn)良好的節(jié)能效果。

3.1 冷凍水系統(tǒng)的優(yōu)化

設(shè)計(jì)暖通空調(diào)的冷凍水系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)考慮的是該系統(tǒng)的節(jié)能效率。由于大多數(shù)的空調(diào)采用兩管或三管進(jìn)行制水，這兩種系統(tǒng)都是自動(dòng)運(yùn)行，不存在明顯的超負(fù)荷，因而也就降低了能源的消耗。不同的是，兩管制不需要系統(tǒng)供應(yīng)冷熱，僅隨季節(jié)的交替就可進(jìn)行自然轉(zhuǎn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)冷熱的供應(yīng)。除此特點(diǎn)之外，二者也有一定的不足。如兩管制水系統(tǒng)經(jīng)常被用于實(shí)驗(yàn)室，持續(xù)供給冷水即可實(shí)現(xiàn)制冷。如今絕大多數(shù)的空調(diào)系統(tǒng)都采用冷熱交替的機(jī)制，在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)制冷或制熱系統(tǒng)進(jìn)行切換，這樣空調(diào)的系統(tǒng)可在任何時(shí)間對(duì)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)冷與熱的供應(yīng)，從而達(dá)到了人們對(duì)室內(nèi)舒適溫度的需求[1]。四管制水的應(yīng)用，可對(duì)空調(diào)的相關(guān)溫度參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立控制，對(duì)供熱還是供冷的模式可自由選擇，使用時(shí)各系統(tǒng)間并不會(huì)產(chǎn)生干擾，各自獨(dú)立完成供給任務(wù)。此種優(yōu)化設(shè)計(jì)既可降低能源消耗，又能滿足對(duì)舒適溫度的需求。

3.2 建筑熱工性能的優(yōu)化

空調(diào)在設(shè)計(jì)方面的建筑工程，需按照空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)和整體的負(fù)荷能力，科學(xué)合理的選擇圍護(hù)構(gòu)造?？照{(diào)的外部結(jié)構(gòu)和所處的環(huán)境是不同的，空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)吹雨打會(huì)使熱工性能降低，散熱量的大幅度增加會(huì)導(dǎo)致大量能源被損耗。為節(jié)省能源以及降低熱的損失，空調(diào)外圍應(yīng)采取節(jié)能設(shè)計(jì)，使該系統(tǒng)的熱工性能得到改善。因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料要遵從國(guó)家對(duì)有關(guān)熱阻材料的規(guī)定，使傳熱系數(shù)變小，進(jìn)而把能源的消耗降到最低[2]。另外，對(duì)這方面進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，要以日照時(shí)間為基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)出窗墻比例和形體方面的系數(shù)，避免使用透明玻璃的材料，否則經(jīng)太陽(yáng)輻射過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的空調(diào)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的熱損失。需要注意的是，對(duì)建筑物進(jìn)行該方面的優(yōu)化時(shí)，首先應(yīng)將熱損失的問(wèn)題納入考慮的范圍，對(duì)于墻外的各種優(yōu)化，可種植綠植，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化節(jié)能的目標(biāo)，達(dá)到空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

暖通空調(diào)的通風(fēng)系統(tǒng)的基本構(gòu)造原理是：將送風(fēng)的管道安置在空調(diào)的外部，進(jìn)而經(jīng)過(guò)該管道實(shí)現(xiàn)安全送風(fēng)的目標(biāo)。而在空調(diào)的中央是一種回風(fēng)管道，被用于排煙。排風(fēng)和排煙的管道均設(shè)置在空調(diào)系統(tǒng)的窗口區(qū)。當(dāng)該區(qū)域被堵塞或者在特殊緊急情況下，如發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可采用機(jī)械方式將煙氣排出，并順利通風(fēng)，將災(zāi)難有效遏制，對(duì)生命財(cái)產(chǎn)安全有一定的保障作用。若是在比較狹窄的空間中，通風(fēng)設(shè)備也可按照要求完成通風(fēng)的功能，即空氣經(jīng)過(guò)空調(diào)的內(nèi)部系統(tǒng)處理，達(dá)到室內(nèi)所需溫度及濕度的要求。以變風(fēng)量為依據(jù)，對(duì)傳送到室內(nèi)的風(fēng)量隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。這樣的優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，不僅降低了整個(gè)空調(diào)設(shè)備的總送風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)優(yōu)化，而且為節(jié)約能源做出了貢獻(xiàn)[3]。

3.4 空調(diào)噪聲的控制

空調(diào)的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生一些噪聲，如在氣流、水以及風(fēng)機(jī)管之間的相互作用就會(huì)有各種噪聲發(fā)出。要高效解決這樣的噪聲的問(wèn)題，需從產(chǎn)生的噪聲的源頭出發(fā)，才能有效消除，達(dá)到噪聲控制的優(yōu)化目的。有3 種方式可進(jìn)行控制：①對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的線圈加工質(zhì)量要嚴(yán)格要求[4]。在線圈生產(chǎn)時(shí)，就要提高其精準(zhǔn)度，對(duì)風(fēng)扇中的小葉輪的總重量要減輕，這樣可大幅度消除各個(gè)葉輪與電機(jī)間振動(dòng)導(dǎo)致的噪聲；②是利用配置相對(duì)較低的設(shè)備。安裝風(fēng)機(jī)管時(shí)，將其送風(fēng)口安置在室內(nèi)的上部，較低配置的噪聲設(shè)備，能使室內(nèi)和室外有效隔離，從而減弱噪聲音量，降低對(duì)日常生活及工作的不良影響；③對(duì)空調(diào)設(shè)備采取消聲措施。不同種類的暖通空調(diào)均會(huì)有噪聲，但在系統(tǒng)內(nèi)的噪聲產(chǎn)生之后，經(jīng)過(guò)一定的消聲裝置，便會(huì)把噪聲降低。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)具有綜合性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，要使空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果顯著提高，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員需立足當(dāng)前該系統(tǒng)高耗能的實(shí)際情況，嚴(yán)格遵從節(jié)能的設(shè)計(jì)理念，對(duì)其進(jìn)行全方位的優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在節(jié)約能源，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染，為經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展做出貢獻(xiàn)。