公共建筑供暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計

張 健

(黑龍江省林業(yè)設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

公共建筑的節(jié)能降耗對于我國建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會具有重要意義。因此相關(guān)工作人員要加強對公共建筑節(jié)能的重視力度，具體而言可以從供暖、通風以及空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能等多個方面出發(fā)。但在現(xiàn)實生活中節(jié)能降耗的發(fā)展卻很不樂觀，這就需要工作人員不斷進行全面的優(yōu)化設(shè)計指導，在工作過程中合理利用現(xiàn)有的資源，充分提供資源利用率，從而更好地促進我國公共建筑領(lǐng)域的大幅度進步。

1 節(jié)約能源概述

在公用建筑的能源總耗能中，約有50%～60%是由暖通空調(diào)所消耗。所以，在設(shè)計采暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)時必須優(yōu)先考慮節(jié)能設(shè)計。在某些嚴寒地區(qū)，城市建筑能耗占全國能源消耗總量的50%，而我國地源廣袤，北方寒冷，南部酷熱，供暖建筑不斷向南推移，而空調(diào)建筑則不斷向北推移。因此，可以預見我國的建筑能耗將會有很大的增長，占到總能耗的比重也會上升，因此不能只依靠能源產(chǎn)量的增長，而要通過節(jié)約能源來實現(xiàn)。相關(guān)管理條例中規(guī)定，節(jié)能是指通過采取技術(shù)上可行的、經(jīng)濟合理的、環(huán)境和社會能夠承受的措施來降低能源的損耗和浪費，使能源得到更加有效、合理地利用。節(jié)約能源也應(yīng)該包含發(fā)展和使用新的可再生能源。在評估能源使用方面，歐洲經(jīng)濟理事會提出了一個新的能源系統(tǒng)綜合效能概念，該概念由3個方面組成：開采效率、中間環(huán)節(jié)效率以及最終使用效率。也就是由使用者產(chǎn)生的有效能量與能耗處理的輸入能量的比率。所以，能源系統(tǒng)的節(jié)能本質(zhì)上就是要通過技術(shù)和管理來提升3個方面的效能。建筑節(jié)能應(yīng)該被理解為建筑的日常運行能耗的節(jié)省，它的主要部分是采暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，以及降低建筑物的制冷、熱量的損失以及可再生的能源和新的能源使用。建筑節(jié)能應(yīng)該包含能量系統(tǒng)的后兩個部分，也就是兩個部分的效率。暖通空調(diào)系統(tǒng)大多采用了經(jīng)過處理的能源，比如，電力，其關(guān)鍵問題是如何提高終端的能效。但是一些系統(tǒng)還可以直接使用一次能源，比如，煤炭、天然氣等。所以要注意在處理成熱和制冷時，提高能量的利用率。建筑節(jié)能是一項系統(tǒng)工程，從規(guī)劃、設(shè)計到運行，都要把節(jié)能理念貫徹到建筑的每一個環(huán)節(jié)，這樣才能達到節(jié)能的目的。

2 公共建筑供暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 設(shè)備選型不恰當

在對公共建筑中各類系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的研究中，設(shè)備的選型不當已經(jīng)逐漸成為普遍存在的共性問題，這主要是由于在選擇設(shè)備時對系統(tǒng)的負載和設(shè)施功能未進行系統(tǒng)性的考慮。根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果表明，在室外溫度過熱時，大多數(shù)公共建筑物的制冷器和空氣機組均存在著閑置現(xiàn)象，再加上這些公共建筑物都沒能夠達到完全滿足高溫的要求。此外，設(shè)計師們在進行公共建筑中節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計時沒有對其進行全面的研究和分析，往往會需要借助于設(shè)計手冊中現(xiàn)有的設(shè)計方案或者是熱負荷控制指標等因素來幫助確定系統(tǒng)的冷熱負荷，無法保證最終的設(shè)計指標的精確度能否滿足公共建筑的供暖、通風需求。因此，在這種情況下，很可能會導致公用建筑的采暖系統(tǒng)在運行過程中產(chǎn)生超負荷，從而導致其裝機容量、水泵配置、管道直徑以及終端設(shè)備的增加，從而導致公用建筑采暖系統(tǒng)的能耗增加，從而影響供熱系統(tǒng)的壽命。

2.2 冷熱源選擇較單一

在目前的情況下，社會運行過程中能夠提供的能量是有限的，只能依靠電能和天然氣。然而，由于目前我國能源和天然氣資源之間存在著不均衡的矛盾，使得夏季的城市供電面臨著巨大的壓力，而天然氣資源又不能滿足居民的需求。而在冬天，天然氣的供給還在繼續(xù)增長，但對電力能源的需求并沒有太大的增長。

2.3 水系統(tǒng)不平衡

在供暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中，對于水系統(tǒng)的選擇有嚴格的要求，通常情況下使用定水量系統(tǒng)。因為在對水系統(tǒng)的水流進行設(shè)計時，是嚴格遵循最大負荷與供回水溫差的相互平衡。但是在實際工作過程中會出現(xiàn)最大負荷的情況比較少或者幾乎接近沒有，通常都不會在最大負荷下運行。所以就會導致大負荷小溫差的情況出現(xiàn)，嚴重破壞了水系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。

3 公共建筑供暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施

3.1 合理選擇供暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)

對于節(jié)能系統(tǒng)的選擇要謹慎，因為并不是所有的節(jié)能系統(tǒng)都可以應(yīng)用到各種場合。比如，會議廳、電影院等場所就不應(yīng)該使用VAV系統(tǒng)，因為這些場所對于各個小區(qū)域沒有不同溫度調(diào)節(jié)的需求，只需要調(diào)節(jié)空間整體溫度即可。如果使用VAV系統(tǒng)就會導致區(qū)域內(nèi)的溫度不均衡，從而提高了設(shè)備使用費用。所以在節(jié)能系統(tǒng)選擇時相關(guān)工作人員要根據(jù)不同場所的特點進行不同節(jié)能系統(tǒng)的選擇，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)與場所環(huán)境的完美結(jié)合，達到良好環(huán)境要求的同時又降低經(jīng)濟費用，因此要合理、謹慎的選擇采暖、通風與空調(diào)系統(tǒng)[1]。

3.2 公共建筑供暖節(jié)能的優(yōu)化設(shè)計

3.2.1 合理綠化輔助系統(tǒng)

公共建筑周圍的綠化工程具有防塵、隔音等作用，不僅能夠美化環(huán)境而且還能夠有效節(jié)約資源和降耗。這主要是因為建筑周圍的樹木能夠通過其葉子的蒸發(fā)作用來降低室內(nèi)空氣的溫度，再加上龐大的樹木能夠完全遮擋整個建筑物，從而能夠使得建筑物避免太陽光的直接照射，有效地減少了在地面上的輻射和熱量。再加上在地面能夠?qū)μ栞椛溥M行有效的反射，在帶動地面溫度升高的同時還能給人們帶來一種新的熱源。尤其是在炎熱的夏季，由于太陽的直射，室內(nèi)的溫度通常要高于室外的實際溫度，而在冬季，溫度的情況則與之相反。所以，為了優(yōu)化公共建筑的供暖系統(tǒng)，必須要對建筑物周圍進行合理的綠化。

3.2.2 采用熱泵技術(shù)

熱泵可以對熱能進行合理的轉(zhuǎn)化，從而達到節(jié)約資源的作用。熱泵技術(shù)能夠有效地將熱量從低位熱源推向高位熱源，所以熱泵技術(shù)是促進能源節(jié)約的有效途徑，當前熱泵技術(shù)在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣[2]。

3.2.3 變流量技術(shù)

供熱系統(tǒng)與制冷系統(tǒng)的設(shè)計都需要嚴格依據(jù)氣象條件來進行，通常情況下，實際的負荷相對于設(shè)計的負荷要較小，雖然每天都要經(jīng)過多次變化。空氣和水是溫度變化的載體，負荷的變化往往會影響流量的變化。要想有效控制系統(tǒng)流量的同時又能夠滿足負荷的不斷變化，這就需要相關(guān)工作人員合理調(diào)節(jié)供暖通風系統(tǒng)的流量，比較常見的調(diào)節(jié)方法就是改變系統(tǒng)的阻力。只有這樣才能夠滿足冷熱的均衡[3-5]。

3.3 公共建筑通風節(jié)能設(shè)計方法

3.3.1 營造外部環(huán)境

風壓通風與建筑外部的風景和環(huán)境相互作用影響，最顯著的表現(xiàn)方式之一便是“風影效應(yīng)”。當風吹向一個建筑物時，在其建筑背后就可能會形成一個渦旋區(qū)，同時建筑在地面上的投影被人們叫做“風影區(qū)”。通常情況下風影區(qū)的外部氣動風力比較薄弱，其風向也比較不穩(wěn)定，這就可能會大大減弱外部氣流相互作用的強度，同時也對室內(nèi)外正常的氣流相互交換產(chǎn)生影響。為了有效地避免對風影帶來的破壞，應(yīng)該合理設(shè)計房屋和風影帶之間的間距。然而，對于被大型高層建筑所圍繞的各種大型公共建筑來說，這一舉措難以被應(yīng)用。所以，為了改善這一狀況就需要采取錯列式的平面布局，并且建筑物的風口位置也要合理避開風影區(qū)[6-7]。

3.3.2 內(nèi)部空間的形態(tài)優(yōu)化

對于綜合類的大型公共建筑，通常情況下空氣流動阻力比較大，同時建筑物與外面直接接觸的面積也相對有限。所以為了改變這一狀況，可以通過風井、水平式的風道和中庭進行優(yōu)化，從而改變其內(nèi)部的空間和形態(tài)，通過空間內(nèi)部的形態(tài)優(yōu)化來有效緩解資源緊張的情況，從而促進資源的高效利用。

3.3.3 平面布局控制與分化

現(xiàn)階段，建筑平面布局的有效控制與分化，能夠更好地將室內(nèi)控件與周圍的環(huán)境進行緊密的聯(lián)系，從而更好地為建筑提供自然、有效的通風條件。20世紀初，西方某國家的建筑設(shè)計人員在進行高層建筑的設(shè)計中通過充分運用平面和凹凸的布局與分化，為建筑提供了良好的自然通風效果。由此可見，對建筑的平面布置進行適當?shù)膭澐郑材苁故覂?nèi)的自然通風得到最大程度地發(fā)揮。

3.4 公共建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計

3.4.1 合理控制新風量

在安裝空調(diào)的公共建筑物內(nèi)必須要保證每個人都能夠得到一定的風量，在此標準下會增加空調(diào)的耗能。因此要在室內(nèi)衛(wèi)生達標的情況下，合理利用手段對風量進行有效控制。比如，減少房間換氣的頻率，同時在建設(shè)時選擇封閉性良好的門窗。此外，也可以在新風入口處增設(shè)旁通，設(shè)置兩臺風扇，在回風處安裝CO2探測器，根據(jù)空氣中的氣體濃度，自動調(diào)節(jié)新風的開度，并根據(jù)室內(nèi)人員的變化確定新風閥門的控制模式，從而實現(xiàn)良好的通風模式[8-10]。

3.4.2 設(shè)計圍護結(jié)構(gòu)

在公共建筑物的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，圍護結(jié)構(gòu)傳遞熱量的耗能將近50%，所以為了達到空調(diào)節(jié)能的良好效果，就必須設(shè)計科學、合理的圍護結(jié)構(gòu)，從而來降低熱傳遞過程中的能量損耗。具體可以從以下幾方面著手：①采用先進的保溫技術(shù)，比如，選用新型的節(jié)能保溫材料，并且需要根據(jù)實際情況選擇內(nèi)外保溫相結(jié)合的方法；②在室外設(shè)置遮陽器和防風罩、在室內(nèi)設(shè)置遮陽窗簾，從而有效地避免了陽光直射所給人們帶來的危害；③可以考慮選擇一個淺色系列作為外部墻體的顏色；④在一個建筑物的頂部設(shè)置一個隔熱層，這樣既能夠起到防水和隔熱作用又能夠做到保溫。

3.4.3 對公共建筑空調(diào)冷熱負荷的調(diào)整

在公用建筑中，空調(diào)系統(tǒng)的冷熱負荷主要由制冷設(shè)備、鍋爐、水泵、風機盤管和空調(diào)箱等組成?？照{(diào)系統(tǒng)的熱、冷負荷是由建筑結(jié)構(gòu)的熱負荷、通過玻璃窗的陽光輻射產(chǎn)生的熱負荷、室內(nèi)熱源的熱輻射、新風的處理等組成，這些熱量的消耗約為40%，而新風的處理約為30%～40%。如果不按規(guī)范進行，就會產(chǎn)生較大的冷熱負荷，造成裝機容量、水泵和管道外徑等問題，從而加大項目前期投資，加大運營費用和能源消耗[11-12]。

3.4.4 傳輸階段的節(jié)能

輸油過程中的能量消耗主要來源于輸水系統(tǒng)和輸氣管道。在輸送過程中，因阻力的影響，造成了一部分冷量的損耗。因此，在輸油管線上應(yīng)采取保溫措施，以提高能源利用率。同時，要對其內(nèi)部的輸送阻力進行科學的計算，并據(jù)此確定合適的水泵和風機。嚴格選擇流量或全壓裝置。此外，通過更大的溫差，可以解決輸送過程中的能量消耗問題。也就是說，在冷卻水、送風溫差較大時，可以降低冷卻水的循環(huán)流量和送風量，從而達到節(jié)能的目的[13-14]。

實際上，對于公共建筑的供暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的方法有很多，但要特別注意的是在具體實行過程中一定要根據(jù)具體情況而定。

4 結(jié)論

對于公共建筑供暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的優(yōu)化設(shè)計對于我國經(jīng)濟社會的發(fā)展意義重大。因此，相關(guān)工作人員要根據(jù)當前建筑領(lǐng)域發(fā)展的技術(shù)，并綜合先進的節(jié)能理念和方法，對公共建筑供暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能方法進行創(chuàng)新和探索，從而更進一步推動我國公共建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。