關(guān)于民用建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)策略的分析與思考

劉國(guó)成

［華藍(lán)設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司，廣西 南寧 530011］

0 引言

人們的生活離不開衣食住行，而與衣食住行相關(guān)的百貨大樓、飲食店、住宅樓和車站等都屬于民用建筑。在地球環(huán)境日益惡化的今天，民用建筑也需要注重節(jié)能設(shè)計(jì)。暖通空調(diào)系統(tǒng)作為室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的重要系統(tǒng)，是民用建筑設(shè)計(jì)中非常重要的一部分，且一年四季都要保持運(yùn)行狀態(tài)。在民用建筑暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)中，遵循暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)原則及其所使用的能源選擇均非常重要。

1 民用建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的意義

民用建筑按照使用功能的差異可以分為居住建筑和公共建筑，其中公共建筑分支眾多，常見于人們的日常生活中，人們生活中接觸到的絕大多數(shù)建筑物都屬于民用建筑?，F(xiàn)代建筑本身的特點(diǎn)決定了絕大多數(shù)民用建筑需要暖通空調(diào)系統(tǒng)提供采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)的功能。結(jié)合人們對(duì)環(huán)境舒適度的要求，暖通空調(diào)系統(tǒng)一般在安裝之后就需要不間斷地持續(xù)運(yùn)行，并且其運(yùn)行過程中會(huì)消耗大量的能源?！蛾P(guān)于可持續(xù)發(fā)展的聯(lián)合聲明》中指出，可持續(xù)發(fā)展是既能滿足當(dāng)前需求又不會(huì)削弱后代需求的發(fā)展。在國(guó)家提倡低碳環(huán)保生活方式的大環(huán)境下，暖通空調(diào)行業(yè)作為當(dāng)前耗能較大的行業(yè)之一，也需要做到節(jié)能環(huán)保，基于此，控制民用建筑暖通空調(diào)的耗能，加強(qiáng)其節(jié)能設(shè)計(jì)非常重要。

2 民用建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的原則

2.1 遵循節(jié)能減排原則

節(jié)能減排措施于“十一五”期間提出，目標(biāo)是降低我國(guó)能源損耗和污染物排放。根據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)布的《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》，節(jié)能減排的原則是結(jié)合能源開發(fā)和能源節(jié)約，優(yōu)先能源節(jié)約，促進(jìn)節(jié)能減排與社會(huì)發(fā)展相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與社會(huì)發(fā)展的雙贏。根據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)布的《民用建筑節(jié)能條例》，在暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用中必須遵循國(guó)家節(jié)能減排的原則，使用環(huán)保材料，利用清潔能源，降低能源消耗[1]。

2.2 保證用戶的舒適健康

暖通空調(diào)本身的功能即為用戶提供舒適的室內(nèi)環(huán)境溫度和適宜的室內(nèi)空氣品質(zhì)。由于我國(guó)南北氣候條件的不同，冬季取暖和夏季防暑對(duì)人們的工作生活都有很大的影響，使用不符合標(biāo)準(zhǔn)的暖氣和冷氣供應(yīng)會(huì)導(dǎo)致人們患上感冒或“空調(diào)病”。因此，暖通空調(diào)系統(tǒng)在其設(shè)計(jì)中必須保證用戶的舒適健康。

2.3 利用可再生自然資源

《關(guān)于可持續(xù)發(fā)展的聯(lián)合聲明》中提到，可持續(xù)發(fā)展需要維護(hù)、合理使用自然資源。自然資源是自然界中人類可以獲取用于生產(chǎn)和生活的物質(zhì)，包括不可再生資源、可更新自然資源和可再生資源。其中可再生資源可以反復(fù)利用，如太陽(yáng)能、風(fēng)力、地?zé)帷⑺Φ?。在暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)中，合理利用可再生能源的再生性，結(jié)合其再生周期短且環(huán)保的特點(diǎn)，降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗[2]。

3 民用建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)耗能分析

3.1 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

在暖通空調(diào)行業(yè)發(fā)展的過程中，由于科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，暖通空調(diào)的性能指標(biāo)相較于以往也有所提升，因而設(shè)計(jì)和制造暖通空調(diào)的企業(yè)也越來越多。與此同時(shí)，不同的企業(yè)所設(shè)計(jì)出的暖通空調(diào)由于設(shè)計(jì)方案不同，也存在諸多差異。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是當(dāng)前暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。對(duì)于民用建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)，統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)能保證不同企業(yè)制造的暖通空調(diào)都能夠符合民用建筑暖通空調(diào)的節(jié)能要求和性能要求。

3.2 暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)不完善

暖通空調(diào)在我國(guó)的使用和發(fā)展較晚，在性能和參數(shù)方面的設(shè)計(jì)和把控上仍有很大的進(jìn)步空間。設(shè)計(jì)人員更多地把精力投入提升暖通空調(diào)用戶使用感上，并且很多設(shè)計(jì)人員缺乏節(jié)能意識(shí)，這也會(huì)導(dǎo)致其忽略暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)。綜上，目前企業(yè)在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，考慮更多的是對(duì)暖通空調(diào)工作性能方面的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，而缺少對(duì)暖通空調(diào)節(jié)能方面的設(shè)計(jì)[3]。

3.3 暖通空調(diào)用戶使用情況

暖通空調(diào)的主要功能是調(diào)節(jié)室溫使其適應(yīng)人們的生活需求，目前民用建筑中使用到的暖通空調(diào)大多可以根據(jù)室內(nèi)的溫度和濕度情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)至合適的溫度?？照{(diào)房最適宜人體的舒適溫度是26 ℃，但是在人們的使用過程中，不同的人對(duì)于相同溫度的體感也不同。當(dāng)使用者對(duì)當(dāng)前的室內(nèi)溫度感到不適時(shí)，通常會(huì)對(duì)當(dāng)前室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖1 為某地區(qū)夏季和冬季室內(nèi)空調(diào)溫度區(qū)間調(diào)查數(shù)據(jù)，可以看出大多數(shù)人在使用暖通空調(diào)時(shí)會(huì)過度調(diào)節(jié)空調(diào)的溫度，從而產(chǎn)生較高的能源消耗。

圖1 某地區(qū)夏季和冬季室內(nèi)空調(diào)溫度區(qū)間調(diào)查數(shù)據(jù)

4 民用建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)措施

4.1 優(yōu)化暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，如果缺少統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)原則，那么就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的實(shí)際質(zhì)量不符合其使用標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了更好地實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)的節(jié)能效果，需要對(duì)民用建筑暖通空調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行進(jìn)一步完善和優(yōu)化。一方面保證暖通空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)用性和使用舒適度；另一方面確保民用建筑暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)符合節(jié)能減排的原則。民用建筑暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)具體可以通過制定節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)條例或制度來實(shí)現(xiàn)[4]。

4.2 使用暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

4.2.1 熱回收技術(shù)

熱回收是指通過回收建筑物內(nèi)外多余或廢棄的冷熱資源，將其作為供熱或供冷的能源。在暖通空調(diào)系統(tǒng)的工作過程中，機(jī)器運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生熱量，熱回收技術(shù)能夠?qū)⑴照{(diào)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行回收利用，防止資源的流失和浪費(fèi)。熱回收技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、無污染，并且可以有效地減少能源的使用，解決能源的大量消耗問題。

4.2.2 冷熱電三聯(lián)供技術(shù)

冷熱電三聯(lián)供技術(shù)（combined cooling,heating and power, CCHP）是一種使用天然氣作為主要燃料帶動(dòng)燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備運(yùn)行，通過余熱回收利用設(shè)備回收系統(tǒng)發(fā)電產(chǎn)生的余熱，并以此向用戶供熱、供冷的技術(shù)。冷熱電三聯(lián)供技術(shù)不僅可以完成用戶的電力供應(yīng)需求，也可以通過暖通空調(diào)進(jìn)行供冷、供熱，整個(gè)技術(shù)流程極大地提高了能源的利用率，同時(shí)降低了暖通空調(diào)的耗能。

4.2.3 蓄能空調(diào)技術(shù)

蓄能空調(diào)技術(shù)是一種間接實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的技術(shù)，其在使用過程中能夠有效地減少能源的使用量，工作原理是通過提高一次性能源的使用效率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用蓄能空調(diào)技術(shù)，一方面能在一定程度上優(yōu)化民用建筑用戶用電問題；另一方面也能優(yōu)先實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果。

4.2.4 合理選用變頻設(shè)備

在民用建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中，系統(tǒng)所使用的電機(jī)等設(shè)備所產(chǎn)生的能耗占暖通空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生總能耗的20%左右。由此可見，降低暖通系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的能耗可以在一定程度上降低能耗，達(dá)到節(jié)能的目的。暖通空調(diào)設(shè)計(jì)人員可以通過選擇具有變頻功能的暖通空調(diào)設(shè)備，結(jié)合民用建筑和暖通空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)暖通空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行頻率等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以此達(dá)到暖通空調(diào)節(jié)能的目的。

4.2.5 合理布局暖通系統(tǒng)

暖通空調(diào)的功能除了提供適宜的室內(nèi)溫度以外，還包括通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)等功能。暖通空調(diào)的通風(fēng)系統(tǒng)一般是將送風(fēng)管道安置在空調(diào)的外部，將回風(fēng)管道設(shè)置在空調(diào)的內(nèi)部，將排風(fēng)管道和排煙管道設(shè)置在空調(diào)系統(tǒng)的窗口區(qū)。但在實(shí)際的使用過程中，有可能發(fā)生排風(fēng)管道和排煙管道被堵塞的情況，尤其在火災(zāi)等特殊條件下，這樣的設(shè)置不利于排煙和通風(fēng)。因此，暖通空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)民用建筑本身的建筑情況，合理布局暖通系統(tǒng)。

4.3 推廣清潔能源空調(diào)

4.3.1 應(yīng)用熱泵技術(shù)

熱泵技術(shù)是一種利用低品位熱能的高效節(jié)能裝置，在暖通空調(diào)中有著大量的應(yīng)用案例，其工作原理是通過逆循環(huán)將熱量從低溫物體流向高溫物體。熱泵技術(shù)主要使用自然界中的水、地?zé)岬茸鳛槟茉?，這類能源的使用要比使用其他能源耗能更少，并且熱泵技術(shù)能在一定程度上有效地限制二氧化碳的排放，相對(duì)來說可以減少傳統(tǒng)空調(diào)有害氣體排放對(duì)自然界造成的污染。使用熱泵技術(shù)可以有效地實(shí)現(xiàn)民用建筑中暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4.3.2 利用新能源技術(shù)

太陽(yáng)能是可再生能源的重要組成，并且廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。太陽(yáng)能技術(shù)作為近年來備受推崇的新能源技術(shù)之一，在暖通空調(diào)中的應(yīng)用可以有效地降低能源的消耗。民用建筑可以在建筑樓頂或其他采光充足的位置布置太陽(yáng)能收集設(shè)施，并通過這些太陽(yáng)能收集器將所收集到的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，結(jié)合冷熱電三聯(lián)技術(shù)對(duì)民用建筑提供電力和供熱、供冷，或者直接轉(zhuǎn)換成熱能進(jìn)行供熱。

4.3.3 利用自然資源

風(fēng)能是空氣流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能，是太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)化形式，通過風(fēng)力機(jī)可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、電能、熱能等。將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能可以結(jié)合冷熱電三聯(lián)供技術(shù)，一方面實(shí)現(xiàn)電力的供應(yīng)；另一方面實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)的供冷、供熱。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，一般是采取自然通風(fēng)以及機(jī)械通風(fēng)的方式，通過向建筑物內(nèi)注入新鮮空氣加快室內(nèi)熱量的散發(fā)，以此達(dá)到制冷的目的。但這種技術(shù)的缺點(diǎn)是不穩(wěn)定，對(duì)建筑物周圍的風(fēng)力等條件有一定的要求[5]。

4.4 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫

在民用建筑中，如果建筑本身的保暖性較好，一般在用戶使用暖通空調(diào)的過程中就不會(huì)過度調(diào)節(jié)空調(diào)溫度，導(dǎo)致能源的大量消耗。因此，可以從民用建筑本身入手，提高建筑自身的保溫性能，從而間接達(dá)到民用建筑暖通空調(diào)的節(jié)能效果。具體措施是增強(qiáng)民用建筑外墻、外窗和屋面的保溫節(jié)能功能，如可以在外墻使用聚氨酯泡面等保溫材料設(shè)置保溫層。

5 結(jié)語(yǔ)

暖通空調(diào)系統(tǒng)是民用建筑中重要的建筑設(shè)計(jì)之一。為響應(yīng)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，需要加強(qiáng)暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)和應(yīng)用。結(jié)合當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)主要可以從3 個(gè)方面入手：①優(yōu)化暖通空調(diào)本身的節(jié)能設(shè)計(jì)。②使用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)和清潔能源。③通過民用建筑的設(shè)計(jì)間接做到暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)。綜上所述，暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)在民用建筑中有著非常重要的地位。在暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)、使用和推廣中，也要注重與節(jié)能環(huán)保的融合。