關(guān)于建筑工程暖通空調(diào)設(shè)計的探討

文／李騰飛 北京中環(huán)世紀(jì)工程設(shè)計有限責(zé)任公司 北京 100000

暖通空調(diào)設(shè)計始終是建筑工程設(shè)計體系的重難點內(nèi)容，與常規(guī)設(shè)計工作不同，暖通空調(diào)設(shè)計所面臨的影響因素眾多，且設(shè)計內(nèi)容涵蓋面較廣。在具體規(guī)劃設(shè)計期間，除了需要考慮暖通空調(diào)設(shè)計可行性之外，還應(yīng)該將節(jié)能環(huán)保理念融入到暖通空調(diào)設(shè)計當(dāng)中。究其原因，主要是因為暖通空調(diào)系統(tǒng)運行期間所涉及到的能耗問題相對嚴(yán)重。如果不加以及時優(yōu)化調(diào)整，就很容易引發(fā)能源浪費以及環(huán)境污染問題。近些年來，隨著綠色建筑設(shè)計理念的貫徹落實，建筑工程暖通空調(diào)設(shè)計工作更加側(cè)重于強調(diào)綠色建筑設(shè)計理念。在設(shè)計過程中，主動將可持續(xù)發(fā)展理念以及節(jié)能環(huán)保理念貫徹到系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計過程當(dāng)中，以期可以從根本上改善傳統(tǒng)暖通空調(diào)系統(tǒng)運行模式存在的短板問題。

1、建筑工程暖通空調(diào)功能及設(shè)計現(xiàn)狀

暖通空調(diào)系統(tǒng)可以簡稱為HVAC 系統(tǒng)，在功能應(yīng)用上主要表現(xiàn)為實現(xiàn)對建筑工程暖氣、通風(fēng)以及空氣問題進行優(yōu)化調(diào)節(jié)與合理控制的系統(tǒng)設(shè)備。結(jié)合近些年的發(fā)展情況來看，隨著我國建設(shè)事業(yè)的繁榮發(fā)展，建筑工程建設(shè)規(guī)模以及數(shù)量逐年擴增。在這樣的發(fā)展態(tài)勢下，建筑設(shè)計行業(yè)內(nèi)部針對暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計問題予以了高度重視。再加上各項分支技術(shù)深入研究力度的不斷增強，暖通空調(diào)系統(tǒng)在拓展應(yīng)用以及優(yōu)化設(shè)計方面取得了良好成就。其中，傳統(tǒng)以水力電流系統(tǒng)為主的運行模式以及難以適用于新時期暖通空調(diào)系統(tǒng)運行模式當(dāng)中。

目前暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計更加側(cè)重于結(jié)合智能化控制技術(shù)實現(xiàn)對住宅環(huán)境溫度、通風(fēng)問題的優(yōu)化控制。在具體應(yīng)用過程中，主要通過應(yīng)用傳感器以及控制器等元器件，促使智能暖通空調(diào)系統(tǒng)得以構(gòu)建完全，并以分布式控制方式保障整個暖通空調(diào)系統(tǒng)可以實現(xiàn)高質(zhì)量運行目標(biāo)。以集中空調(diào)暖通系統(tǒng)為例，具體運行原理參照圖1。然而需要注意建筑工程暖通空調(diào)在運行過程中所涉及到的能耗問題比較明顯。如暖通空調(diào)系統(tǒng)中所應(yīng)用的制冷劑及其他材料如氯氟烴所表現(xiàn)出的污染性較強，容易對空氣環(huán)境造成污染影響。如何實現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計已然成為當(dāng)前建筑工程設(shè)計體系予以重點強調(diào)與貫徹落實的問題。

圖1 暖通空調(diào)系統(tǒng)原理圖—以集中空調(diào)系統(tǒng)為例

2、建筑工程暖通空調(diào)常規(guī)設(shè)計要求分析

2.1 滿足冷熱負(fù)荷要求

部分建筑工程項目尤其是高層建筑工程項目在暖通工程建設(shè)體量方面表現(xiàn)較大，且施工設(shè)計所表現(xiàn)出的復(fù)雜性特點明顯。為避免暖通空調(diào)系統(tǒng)運行過程中耗費大量電力能源，建議在前期規(guī)劃設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)該對最大冷熱負(fù)荷以及電力能源負(fù)荷進行合理確定。并按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計要求，對最大冷熱負(fù)荷以及電力能源負(fù)荷值的區(qū)間范圍進行合理界定。確保暖通空調(diào)設(shè)備可以在最大化利用的前提條件下，實現(xiàn)高效穩(wěn)定運作過程，杜絕出現(xiàn)負(fù)荷超載問題。

2.2 立足于整體進行規(guī)劃設(shè)計

建筑工程暖通空調(diào)設(shè)計需要立足于建筑工程項目整體需求進行合理規(guī)劃與設(shè)計。在設(shè)計過程中，除了需要按照業(yè)主要求進行合理規(guī)劃設(shè)計之外，還應(yīng)該結(jié)合建筑工程樓層數(shù)量、居住者實際需求進行合理規(guī)劃設(shè)計。并且在設(shè)計過程中，應(yīng)該主動依托于建筑工程暖通空調(diào)設(shè)計規(guī)范以及相關(guān)技術(shù)規(guī)程，對重難點問題進行有效處理。需要注意在設(shè)計規(guī)劃過程中，利用新興技術(shù)如BIM 技術(shù)提前構(gòu)建建筑工程暖通空調(diào)系統(tǒng)三維模型，對暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計重難點問題進行提前掌握。并采取科學(xué)合理的措施，規(guī)避專業(yè)矛盾問題。

2.3 注重節(jié)能減排設(shè)計問題

近些年來，綠色建筑發(fā)展理念已經(jīng)深入人心。其中，建筑行業(yè)更是將綠色建筑發(fā)展理念作為工程項目建設(shè)首要貫徹落實的重要理念。因此對于建筑工程暖通空調(diào)設(shè)計而言，也應(yīng)該將綠色發(fā)展理念中的可持續(xù)發(fā)展理念、節(jié)能環(huán)保理念應(yīng)用于建筑工程暖通空調(diào)設(shè)計工作當(dāng)中。也就是說，在具體設(shè)計過程中，設(shè)計人員最好可以將節(jié)能降耗以及新能源技術(shù)等內(nèi)容應(yīng)用于暖通空調(diào)設(shè)計體系當(dāng)中，保障建筑工程節(jié)能降耗水平得以全面增強。

3、新時期建筑工程暖通空調(diào)設(shè)計方向及具體要求

暖通空調(diào)作為實現(xiàn)建筑采暖、通風(fēng)以及調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量的重要系統(tǒng)設(shè)備，該系統(tǒng)設(shè)計是否合理往往會對建筑宜居性以及舒適性產(chǎn)生重要影響。然而結(jié)合實際情況來看，建筑工程暖通空調(diào)系統(tǒng)在運行過程中所涉及到的能耗問題比較明顯，一般多可占據(jù)建筑能耗的一半及以上。近些年來，為全面實現(xiàn)綠色建筑以及可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，建筑設(shè)計人員主動將綠色建筑理念以及可持續(xù)發(fā)展理念應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計工作當(dāng)中。通過嚴(yán)格按照綠色建筑建設(shè)要求對暖通空調(diào)系統(tǒng)體系運作流程以及技術(shù)關(guān)鍵點進行全新梳理與創(chuàng)新優(yōu)化，以期可以從根本上實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能降耗的發(fā)展目標(biāo)。其中，對于新時期建筑工程暖通空調(diào)設(shè)計工作而言，必須滿足下述要求：

3.1 綠色環(huán)保

綠色環(huán)保始終是綠色建筑予以重點貫徹落實的目標(biāo)內(nèi)容，同時也是新時期建筑暖通空調(diào)設(shè)計工作予以重點追尋的目標(biāo)方向。在具體實現(xiàn)過程中，設(shè)計人員應(yīng)該主動從材料選擇、系統(tǒng)運行以及技術(shù)應(yīng)用3 個方面實現(xiàn)綠色環(huán)保目標(biāo)。如可通過減少氯氟烴等制冷劑的應(yīng)用滿足節(jié)能降耗要求，或者也可以通過合理配置靜壓箱以及引進新能源等方式手段，進一步增強暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運行效果。除此之外，為更好地實現(xiàn)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)綠色運行目標(biāo)，在前期設(shè)計過程中，還應(yīng)該對暖通空調(diào)系統(tǒng)運行期間所存在的噪聲污染問題進行有效處理。

3.2 節(jié)能降耗

暖通空調(diào)系統(tǒng)在執(zhí)行采暖以及降溫通風(fēng)等操作時常常會伴隨著大量能耗問題產(chǎn)生。長此以往，容易對我國能源開發(fā)利用以及保護工作產(chǎn)生不利影響。針對于此，建議設(shè)計人員應(yīng)該重點考慮暖通空調(diào)系統(tǒng)存在的能耗問題。并在前期設(shè)計過程中，注重對可再生能源技術(shù)的開發(fā)與利用。如比較常見的太陽能以及地?zé)崮艿?，進一步緩解暖通空調(diào)系統(tǒng)運行能耗問題。除此之外，設(shè)計人員也可以通過應(yīng)用變頻技術(shù)完成對暖通空調(diào)運行參數(shù)的智能調(diào)節(jié)，保障暖通空調(diào)系統(tǒng)始終處于高質(zhì)量運行狀態(tài)。

3.3 循環(huán)利用

對于新時期暖通空調(diào)系統(tǒng)而言，為保障各子系統(tǒng)之間的高效穩(wěn)定運行，設(shè)計人員應(yīng)該在前期規(guī)劃設(shè)計中將暖通空調(diào)系統(tǒng)劃分為不同功能區(qū)。并按照獨立設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對各個功能區(qū)安全運行問題進行重點強調(diào)與優(yōu)化設(shè)計。通過采取獨立設(shè)計理念，可以保障某個功能區(qū)構(gòu)建出現(xiàn)故障或者其他問題時，不會對其他功能區(qū)安全運行構(gòu)成威脅。除此之外，部分老化構(gòu)件報廢之后，可以根據(jù)老化構(gòu)件材料實際情況進行適當(dāng)回收與開發(fā)利用，以切實增強暖通空調(diào)材料循環(huán)利用效率。

4、綠色建筑理念視域下暖通空調(diào)設(shè)計新方法的應(yīng)用分析

4.1 基于水冰蓄冷的設(shè)計方法

水冰蓄冷設(shè)計作為新時期暖通空調(diào)設(shè)計新方法內(nèi)容，在設(shè)計應(yīng)用過程中，主要以水為載體，重點針對暖通空調(diào)系統(tǒng)中的換熱管以及機組進行優(yōu)化設(shè)計。結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗來看，基于水冰蓄冷設(shè)計理念的換熱管與機組之間可以實現(xiàn)冷量與熱量的來回傳遞，保障采暖以及制冷功能得以良好發(fā)揮。一般來說，暖通空調(diào)系統(tǒng)中的制冷系統(tǒng)在運行過程中所涉及到的能耗問題比較明顯，具體運作流程參照圖2。與常規(guī)暖通空調(diào)系統(tǒng)相比，以水為基礎(chǔ)傳遞可以大幅度提升電網(wǎng)運行效能，同時也可以有效減少能耗問題。

圖2 暖通空調(diào)中制冷系統(tǒng)運作流程示意圖

基于水冰蓄冷技術(shù)的暖通空調(diào)系統(tǒng)在用電低谷期間，可以通過采取雙工況運行模式，利用電能實現(xiàn)制冷過程。此時，冷水會集中儲存于蓄能裝置當(dāng)中。而在用電高峰期，蓄能裝置所儲存的冷量會得到大量釋放。這樣一來，暖通空調(diào)負(fù)荷將會大幅度降低，能耗問題會不斷減少。需要注意基于水冰蓄冷的設(shè)計方法必須保障水利平衡管理效果。在具體管理過程中，可通過合理配置靜態(tài)水利平衡閥減輕暖通空調(diào)系統(tǒng)壓力變化。

4.2 基于太陽能的設(shè)計方法

伴隨著太陽能等可再生資源的開發(fā)利用，太陽能設(shè)計理念逐步被應(yīng)用于建筑工程暖通空調(diào)設(shè)計體系中。在具體設(shè)計應(yīng)用期間，設(shè)計人員可結(jié)合當(dāng)?shù)毓庹諚l件以及建筑結(jié)構(gòu)形式，對太陽能接收板安裝位置進行定位選擇并合理安裝。所安裝的太陽能接收板可通過有效采集太陽能獲取大量熱力能源，實現(xiàn)高效采暖過程。

在具體應(yīng)用過程中，基于太陽能資源的暖通空調(diào)系統(tǒng)可通過合理配置溫度控制器以及換熱設(shè)備等系統(tǒng)裝置，促使太陽能可以全部轉(zhuǎn)化為熱能。并依托于熱導(dǎo)循環(huán)系統(tǒng)，促使熱能可以安全傳輸?shù)綋Q熱設(shè)備當(dāng)中。在此基礎(chǔ)上，可通過利用溫度控制器實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的合理調(diào)節(jié)，打造良好的舒適環(huán)境。而處于陰雨天氣時，建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)可利用自動化功能切換常規(guī)功能設(shè)備模式。這樣一來，不僅可以規(guī)避以往能耗問題，同時還可以滿足綠色建筑設(shè)計要求。

4.3 基于地源熱泵的設(shè)計方法

與太陽能資源相比，地源熱泵在暖通空調(diào)系統(tǒng)中所表現(xiàn)出的功能更具優(yōu)勢，如地源熱泵基本上可以實現(xiàn)制冷與采暖的良好應(yīng)用。舉例而言，通過合理配置與設(shè)計地源熱泵設(shè)施可加強與換熱器之間的配合應(yīng)用，保障建筑內(nèi)部溫度得以有效調(diào)節(jié)。結(jié)合以往的設(shè)計經(jīng)驗來看，地源熱泵一般多安置于地下30m ～100m 的位置左右。究其原因，主要是因為這個數(shù)值范圍基本不會對地表建筑運行或者地下水流動產(chǎn)生負(fù)面影響。

從作用原理上來看，在夏季時節(jié)，地源熱泵對換熱器傳輸?shù)臒崃窟M行有效儲存，保障建筑內(nèi)部溫度得以有效調(diào)節(jié)。而在冬季時節(jié)，地源熱泵可通過利用換熱器設(shè)施將熱量安全輸送到建筑內(nèi)部中。通過不斷提高建筑內(nèi)部溫度，保障暖通空調(diào)運行負(fù)荷得以大幅度減少。此時，可達到良好的節(jié)約能源效果。除此之外，在應(yīng)用地源熱泵設(shè)計理念的過程中，設(shè)計人員應(yīng)加強對中央空調(diào)系統(tǒng)以及生活熱水系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化，以及可以進一步增強地?zé)崮芾眯堋?/p>

5、建筑工程暖通空調(diào)設(shè)計優(yōu)化措施及實踐分析

某高層辦公建筑工程共15 層，為消除傳統(tǒng)暖通空調(diào)設(shè)計方法存在的能耗問題以及污染問題，設(shè)計人員通過建筑本身以及水冰蓄冷設(shè)計方法，對高層辦公建筑工程暖通空調(diào)系統(tǒng)進行全面設(shè)計與優(yōu)化處理。結(jié)合實際設(shè)計情況來看，具體設(shè)計優(yōu)化措施主要可以參照下述內(nèi)容：

5.1 冷熱源設(shè)計

暖通空調(diào)系統(tǒng)中的冷熱源設(shè)計需要依托于建筑工程形式特點以及采暖制冷需求，對冷熱源設(shè)計體系進行合理健全與完善。在前期規(guī)劃設(shè)計期間，設(shè)計人員需要按照相關(guān)計算法則確定暖通空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷。并結(jié)合負(fù)荷情況合理配置冷熱機組，保障暖通空調(diào)系統(tǒng)始終處于高效穩(wěn)定的運行狀態(tài)。與此同時，設(shè)計人員應(yīng)該按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)規(guī)程合理設(shè)計與配置冷熱源。

大多數(shù)暖通空調(diào)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)組成方面主要以冷水機組、水冷一體化以及多聯(lián)式機組等重要結(jié)構(gòu)部分組成。為進一步增強暖通空調(diào)系統(tǒng)運行效能以及節(jié)能降耗水平，在冷水機組的選擇上，應(yīng)該優(yōu)先以螺桿式冷水機組為主。其中，螺桿式冷水機組可負(fù)責(zé)該建筑低層區(qū)域制冷操作。而水冷一體化機組則需要對建筑機房冷源進行全面負(fù)責(zé)。除此之外，多聯(lián)式機組可選擇應(yīng)用VRV 多聯(lián)機系統(tǒng)，保障建筑高層區(qū)域制冷效果達到預(yù)期。

該建筑工程在能源輸配設(shè)計方面，因比較側(cè)重于強調(diào)中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計問題，為保障達成節(jié)能降耗效果，設(shè)計人員可對中央空調(diào)部分采取依次泵系統(tǒng)設(shè)計方式進行操作處理。在具體應(yīng)用過程中，可針對建筑低層以及高層區(qū)配置規(guī)格合理且質(zhì)量達標(biāo)的分集水器設(shè)施。除此之外，對于空調(diào)部分應(yīng)該優(yōu)先配置兩管制一次泵系統(tǒng)進行高效使用。而對于高層辦公區(qū)而言，則可以優(yōu)先采取多聯(lián)式機組輸配方式進行高效使用。需要注意的是，對于高層辦公區(qū)而言，可采取多聯(lián)機與新風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合的方式進行合理配置與高效應(yīng)用。

5.2 水系統(tǒng)設(shè)計

基于水冰蓄冷設(shè)計方式的暖通空調(diào)系統(tǒng)在制冷劑的選擇上，可優(yōu)先采取水資源作為首選應(yīng)用。結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗來看，水輸送環(huán)節(jié)所表現(xiàn)出的能耗控制效果在一定程度上可以減輕暖通空調(diào)系統(tǒng)運行能耗。因此在具體設(shè)計中，為確保水系統(tǒng)節(jié)能降耗效果達到預(yù)期，設(shè)計人員應(yīng)該重點針對一級泵空調(diào)水系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。在具體設(shè)計過程中，應(yīng)優(yōu)先采取變頻水泵設(shè)施進行設(shè)計應(yīng)用。主動結(jié)合暖通空調(diào)運行需求，對水泵運行參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)節(jié)。可以有效減少水泵能耗問題。

在水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方面應(yīng)優(yōu)先采取閉式循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計方式，實現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。設(shè)計人員應(yīng)該對閥門以及冷卻塔進行優(yōu)化配置，通過不斷減少閥門設(shè)施的使用量，保障閥門阻力得以有效降低。除此之外，還應(yīng)該結(jié)合暖通空調(diào)設(shè)計要求對冷卻塔設(shè)施進行合理選擇。結(jié)合本工程案例來看，通過優(yōu)先選擇高效冷卻塔可以減少傳統(tǒng)冷卻塔結(jié)構(gòu)運行過程中產(chǎn)生的噪聲問題。設(shè)計人員還應(yīng)該關(guān)注空調(diào)過濾以及防腐等問題，以保障空調(diào)水質(zhì)量得以全面加強。

5.3 風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

關(guān)于風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)該首先從科學(xué)選擇硬件設(shè)備入手，如可以通過配置變頻風(fēng)機并在新風(fēng)段安裝空氣過濾設(shè)備，保障系統(tǒng)整體節(jié)能效率與環(huán)保效率得以全面增強。與此同時，對于排風(fēng)與新風(fēng)間的熱交換設(shè)計問題，設(shè)計人員可通過安裝排風(fēng)熱回收機組確保建筑物每層的暖通空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)都可以實現(xiàn)廢氣熱量回收與利用目標(biāo)。這樣一來，可以有效減少新風(fēng)能耗問題。除此之外，設(shè)計人員也可以通過合理配置變頻器與靜電除塵器等設(shè)施，保障新風(fēng)送風(fēng)量調(diào)節(jié)效果以及防污染效果。

5.4 控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)作為建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)體系的重要內(nèi)容，通過高效運行可以完成對系統(tǒng)各項參數(shù)的有效調(diào)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)運行質(zhì)量往往會影響暖通空調(diào)系統(tǒng)整體節(jié)能效果。在具體優(yōu)化設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)該結(jié)合暖通空調(diào)系統(tǒng)運行特點，對當(dāng)前控制系統(tǒng)所涉及到的設(shè)計重難點問題進行強調(diào)分析。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合各個部分硬件設(shè)備運行工況要求，按照科學(xué)高效的設(shè)計原則，對設(shè)備參數(shù)進行合理調(diào)節(jié)與優(yōu)化調(diào)整。與此同時，為保障室內(nèi)空氣質(zhì)量達標(biāo)，減少污染問題，對于建筑空間內(nèi)人流密集區(qū)域如會議室，可通過設(shè)置二氧化碳傳感器實現(xiàn)對室內(nèi)二氧化碳濃度的監(jiān)測分析。根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果，實現(xiàn)對新風(fēng)量的智能調(diào)節(jié)。

結(jié)語：

建筑工程暖通空調(diào)設(shè)計通過立足于綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及新時期暖通空調(diào)設(shè)計新新技術(shù)原理，基本上可以達到良好的運行應(yīng)用效果。以案例工程為例，該系統(tǒng)投入使用之后，暖通空調(diào)能耗率明顯下降，基本上可以滿足綠色建筑建設(shè)要求。針對于此，在今后的發(fā)展過程中，建筑工程暖通空調(diào)設(shè)計人員應(yīng)該立足于新時期暖通空調(diào)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)應(yīng)用方法，對當(dāng)前暖通空調(diào)設(shè)計體系存在的滯后性問題進行及時處理，以期可以從根本上緩解暖通空調(diào)能耗問題以及污染問題。