建筑暖通空調(diào)節(jié)能降耗技術(shù)分析

邱慶齡

武漢商學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 湖北 武漢 430056

在整個(gè)建筑生命周期中，綠色建筑可以為人類提供更加健康、高效、環(huán)保的居住空間，縮短人與自然的關(guān)系，而且還達(dá)到了節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的目的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年中國(guó)建筑全過(guò)程能耗達(dá)到全國(guó)能源消費(fèi)總量的46.5%，且有逐年上升的趨勢(shì)[1]；而暖通空調(diào)能耗在建筑能耗中占有主導(dǎo)地位，加之建筑暖通空調(diào)項(xiàng)目的節(jié)能減排設(shè)計(jì)、施工和使用過(guò)程中都還存在著許多亟待解決的問(wèn)題。伴隨著我國(guó)暖通空調(diào)行業(yè)及相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，暖通空調(diào)節(jié)能降耗技術(shù)也越來(lái)越受到人們的重視。

1 暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 太陽(yáng)能再生技術(shù)

對(duì)于太陽(yáng)能本身而言，它是一種可再生能源，不僅具有很強(qiáng)的清潔性能，而且屬于可持續(xù)利用類型，太陽(yáng)能是節(jié)能的主要研究類型之一。太陽(yáng)能在暖通空調(diào)中被多方面應(yīng)用推廣，其主要原因是為了推廣環(huán)保節(jié)能，減少碳排放。太陽(yáng)能在建筑物 HVAC系統(tǒng)中，主要是通過(guò)科學(xué)利用太陽(yáng)能，如提高循環(huán)處理系統(tǒng)的熱導(dǎo)率，以轉(zhuǎn)換用于實(shí)現(xiàn)能源獲取和加熱的用能需要[2]。

1.2 自然通風(fēng)節(jié)能技術(shù)

在氣壓技術(shù)這方面的研究，我國(guó)處于中等水平，自然通風(fēng)節(jié)能技術(shù)是指在房間里就可以顯著改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。根據(jù)這一工作原理和優(yōu)點(diǎn)，可以將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到 HVAC 系統(tǒng)中。這可以顯著提高HVAC自動(dòng)循環(huán)通風(fēng)性能，同時(shí)也能達(dá)到節(jié)能的暖通空調(diào)運(yùn)行的目的。

1.3 地源熱泵節(jié)能技術(shù)

該技術(shù)具有提高經(jīng)濟(jì)效率的顯著效果，有較好的節(jié)能效應(yīng)而被廣泛應(yīng)用。地面源熱泵節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用對(duì)周圍環(huán)境沒(méi)有顯著影響，并且不會(huì)導(dǎo)致污染。如今，地源熱泵技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為暖通空調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)中更成熟的類型，特別是在應(yīng)用較普遍的北部地區(qū)，主要是通過(guò)串聯(lián)或者并聯(lián)方式輔助供熱，來(lái)發(fā)揮太陽(yáng)能的輔助作用[3]，進(jìn)一步提高了這種低品位熱源的利用率。

2 探討建筑暖通空調(diào)節(jié)能降耗設(shè)計(jì)的原則

2.1 操作便利和適應(yīng)性的原則

為了讓 HVAC 系統(tǒng)適應(yīng)不同氣候條件下的舒適性要求，HVAC 的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到需要有更顯著氣候調(diào)節(jié)特征，在實(shí)際設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)的過(guò)程中要始終堅(jiān)持操作便利性的原則，這才是暖通空調(diào)技術(shù)被廣泛應(yīng)用的前提。在設(shè)計(jì)時(shí)，可利用有效的現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，如建筑設(shè)備BAS集成技術(shù)應(yīng)用，使得HVAC 系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行更為可靠。

2.2 經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)原則

暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)要堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)性原則，所謂的經(jīng)濟(jì)，主要是指在設(shè)計(jì)過(guò)程中注重節(jié)能運(yùn)用，如根據(jù)建筑負(fù)荷選擇主機(jī)時(shí)應(yīng)考慮房間同時(shí)利用率的因素，總之，要滿足暖通節(jié)能的目的，降低能源消耗為根本，同時(shí)符合經(jīng)濟(jì)化的理念，全面做好成本控制措施的具體方面[4]，這樣可以在運(yùn)用暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)時(shí)，達(dá)到高效率、低成本的應(yīng)用。

2.3 倡導(dǎo)循環(huán)綠色原則

暖通空調(diào)項(xiàng)目的降耗設(shè)計(jì)，是以達(dá)到節(jié)能為基本目的，其主要是為了將能源、資源利用最大化、合理化。比如在設(shè)計(jì)氣流組織時(shí)，需充分利用空氣動(dòng)力循環(huán)作用，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)氣流組織的均勻分布，提高能量的有效利用，以便于達(dá)到節(jié)能的目的。此外，環(huán)保、綠色的暖通空調(diào)概念的深化，也應(yīng)具體體現(xiàn)在暖通空調(diào)項(xiàng)目的全過(guò)程當(dāng)中。

3 建筑暖通空調(diào)節(jié)能降耗技術(shù)及問(wèn)題分析

3.1 提高暖通設(shè)計(jì)的高效科學(xué)性

暖通空調(diào)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，需及時(shí)了解行業(yè)最新規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，以及新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用方法，以提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性。如在確定系統(tǒng)負(fù)荷時(shí)，由于暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常遵循高負(fù)荷的指導(dǎo)方針，此時(shí)刻在實(shí)際運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷有一定的困難系數(shù)，而且以滿負(fù)載運(yùn)行時(shí)考慮系統(tǒng)的所有設(shè)備，因此在系統(tǒng)控制運(yùn)行上，應(yīng)采用更為精準(zhǔn)的控制技術(shù)，以使HVAC系統(tǒng)的每個(gè)部分是在最適合的狀態(tài)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)充分能源效率和節(jié)能的目的。

3.2 提高系統(tǒng)控制水平

一套合適的暖通空調(diào)控制系統(tǒng)可以顯著提高HVAC 系統(tǒng)的可靠性、減少碳排放，在技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期，如今的建筑暖通空調(diào)和智能控制水平方面都得到了增強(qiáng)，熱和冷，溫濕度監(jiān)控也很到位，載準(zhǔn)確的運(yùn)行過(guò)程中，整個(gè)操作系統(tǒng)以提 高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性更進(jìn)了一步[5]。具有更高的可靠性數(shù)據(jù)信息可被用作于設(shè)備的操作和管理的可靠基礎(chǔ)，也有利于針對(duì)和實(shí)施設(shè)施的維護(hù)和管理工作，促使暖通空調(diào)系統(tǒng)始終處于最佳工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)精準(zhǔn)節(jié)能的目標(biāo)。

3.3 加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能管理

在科學(xué)的設(shè)計(jì)、控制水平高、合理的布局、充分利用先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，節(jié)能潛力可以有效地提高。在實(shí)際操作中，能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是節(jié)能潛力得以充分發(fā)揮的核心要素。通過(guò)先進(jìn)的樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)的參數(shù)，可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)調(diào)度，同時(shí)，也保護(hù)了空調(diào)系統(tǒng)的操作具有安全性、可靠性、節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性的更高層次。所以加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)計(jì)的節(jié)能管理相當(dāng)有必要。

3.4 優(yōu)化熱循環(huán)和空調(diào)設(shè)計(jì)隱患

為了保證設(shè)備的熱循環(huán)和通風(fēng)，可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，提高設(shè)備的使用效率，例如，在烹飪過(guò)程中，由于能量的消耗，會(huì)導(dǎo)致大量的油煙排放，熱循環(huán)過(guò)程中，設(shè)備的排氣管和空調(diào)器布局，采用合理的排風(fēng)和空調(diào)器，以保證燃燒物能夠最早的排出[6]。由于城市對(duì)建筑周圍的發(fā)展和規(guī)劃，一些建筑的地下空間用來(lái)停車，汽車停在地面上會(huì)造成不利于通風(fēng)的問(wèn)題，增加了環(huán)境能量的整體消耗和長(zhǎng)期的危險(xiǎn)，為了減少車輛對(duì)人體健康和零部件的溫度異常等現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)其環(huán)境的空調(diào)設(shè)計(jì)和通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化和裝置改進(jìn)。

3.5 優(yōu)化空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)

在管道的設(shè)計(jì)與施工中，應(yīng)對(duì)管線進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x取，確保其滿足水壓、溫度、耐腐蝕等條件。同時(shí)，在進(jìn)行科學(xué)、完整的工程方案設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)工程的具體需求進(jìn)行分析，尤其是管線的坡度、高度等重要設(shè)計(jì)指標(biāo)，以達(dá)到合理、可行的目的，從而降低工程中的水循環(huán)故障[7]。排氣閥的設(shè)置和排氣閥的布置要與空調(diào)機(jī)的操作需求相一致。另外，要加強(qiáng)對(duì)水環(huán)境的凈化。在對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的冷凝水進(jìn)行回用時(shí)，必須嚴(yán)格按相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行廢水的排放。

3.6 完善空調(diào)系統(tǒng)的保溫性能

暖通空調(diào)器的工作目標(biāo)是處理建筑冷熱負(fù)載，其工作品質(zhì)和節(jié)能效果主要依賴于其房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能，以及空調(diào)系統(tǒng)冷熱管道的保溫性能。因此，對(duì)建筑維護(hù)及空調(diào)系統(tǒng)保溫問(wèn)題進(jìn)行妥善的處理，可以有效地減少能耗，提高空氣調(diào)節(jié)的品質(zhì)。

3.7 經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題

經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題是建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中需要考慮的重點(diǎn)問(wèn)題之一，目前使用的暖通空調(diào)系統(tǒng)不但要求節(jié)能環(huán)保，而且也要尋求性價(jià)比高的產(chǎn)品。因此在進(jìn)行相關(guān)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，這樣才能夠讓節(jié)能降耗能夠在經(jīng)濟(jì)保障的情況下得到實(shí)現(xiàn)。在對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，往往投資者對(duì)一次性投資內(nèi)容比較關(guān)心，所以在對(duì)材料、設(shè)備以及管道上的相關(guān)投資進(jìn)行重視的同時(shí)，還要對(duì)工程管理、安裝調(diào)試以及室外管線費(fèi)用等相關(guān)因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

4 暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能現(xiàn)狀分析

4.1 設(shè)計(jì)人員與工程設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)脫節(jié)

大多數(shù)工程設(shè)計(jì)人員工作繁重，處于完成任務(wù)而往往依據(jù)既往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，因而會(huì)造成設(shè)計(jì)內(nèi)容與工程現(xiàn)場(chǎng)不符，甚至有脫節(jié)現(xiàn)象發(fā)生；而且，不同專業(yè)之間缺乏有效的溝通，加之目前BIM技術(shù)并未人人普及，因此工程設(shè)計(jì)偏于保守，節(jié)能效果并不明顯，項(xiàng)目后期評(píng)估工作也不十分到位。

4.2 缺乏對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的有效管理

一旦建筑的功能改變后，原有的HVAC系統(tǒng)效能將會(huì)受到一系列影響，一般的物業(yè)管理公司在對(duì)樓宇進(jìn)行經(jīng)營(yíng)和管理時(shí)，也無(wú)法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的節(jié)能運(yùn)行管理，因而建議專業(yè)暖通空調(diào)運(yùn)維公司對(duì)空調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)實(shí)施管理，而非物業(yè)管理公司運(yùn)營(yíng)。

4.3 忽略能源管理要求

雖然建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，HVAC系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能設(shè)計(jì)，但仍然存在很多問(wèn)題，由于建筑暖通空調(diào)項(xiàng)目的專業(yè)特性，如管理層忽視碳排放的環(huán)保要求，像暖通空調(diào)這樣的耗能大戶稍有不慎，就會(huì)造成較大的能源消耗。

4.4 節(jié)能改造潛力巨大

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)涉及的專業(yè)包含水、電、冷、熱、氣（汽）等多個(gè)領(lǐng)域，在日常的運(yùn)行管理中，有很多的常規(guī)項(xiàng)目需要維護(hù)，針對(duì)節(jié)能降耗要求，淘汰一批老舊設(shè)備、改造一批耗能設(shè)備、更新一批智能設(shè)備、升級(jí)一套管理系統(tǒng)，整個(gè)市場(chǎng)保有量大，節(jié)能改造潛力巨大。

5 暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

5.1 變頻技術(shù)

通過(guò)可變頻率調(diào)節(jié)器改變壓縮機(jī)功率頻率，從而實(shí)現(xiàn)了制冷功率的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的低速操作，避免了頻繁的起動(dòng)壓縮機(jī)，以實(shí)現(xiàn)有效的節(jié)能。變頻技術(shù)在現(xiàn)代空調(diào)中的使用范圍越來(lái)越來(lái)廣泛與受歡迎，尤其在日本，變頻空調(diào)的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入千家萬(wàn)戶，使用率高達(dá) 80%，相關(guān)研究表明，通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)以及泵上使用變頻調(diào)速裝置，可以達(dá)到節(jié)電 30%以上[8]，因此變頻技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域具有先天優(yōu)勢(shì)。

5.2 蓄冷技術(shù)

蓄冷技術(shù)是利用物質(zhì)的顯熱或者潛熱特性儲(chǔ)存冷量，在需要的時(shí)候?qū)⒗淞酷尫懦鋈ス┬枨蠓绞褂玫囊环N技術(shù)[9]。如冰蓄冷技術(shù)，利用夜間用電低谷負(fù)荷進(jìn)行制冰，并儲(chǔ)存在蓄冰裝置中，白天將冰融化釋放儲(chǔ)存的冷量，來(lái)減少空調(diào)系統(tǒng)的裝機(jī)容量和電網(wǎng)高峰時(shí)段空調(diào)用電負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移的目的。此類技術(shù)充分利用峰谷電價(jià)的差異，實(shí)現(xiàn)了能源的合理利用。

5.3 BAS系統(tǒng)中的能源管理

BAS樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是以集中監(jiān)視、控制和管理為目的而構(gòu)成的綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)能源計(jì)劃，能源監(jiān)控，能源統(tǒng)計(jì)，能源消費(fèi)分析，重點(diǎn)能耗設(shè)備管理，為業(yè)主和用戶提供安全、舒適、便捷高效的工作與生活環(huán)境，并分析建筑暖通空調(diào)能耗狀況，實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)節(jié)能應(yīng)用[10]。

5.4 熱泵技術(shù)

熱泵通常是先從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過(guò)電力做功，然后再向人們提供可被利用的高品位熱能，理論上其COP值可達(dá)到2.5-5，新型的熱泵技術(shù)可達(dá)6～8，能夠提供數(shù)倍于輸入耗能的能量輸出，可見(jiàn)其節(jié)能效果的顯著性。隨著燃煤鍋爐的退市，熱泵技術(shù)將會(huì)在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。

5.5 空調(diào)系統(tǒng)的性能提升

5.5.1 方案設(shè)計(jì)趨于合理化

從專業(yè)角度來(lái)講，暖通空調(diào)系統(tǒng)相對(duì)于其他同類系統(tǒng)及設(shè)備而言，其內(nèi)部的構(gòu)造較為復(fù)雜，只有經(jīng)過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，才能在達(dá)到供熱或制冷目的的同時(shí)，進(jìn)一步降低對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。也正是因?yàn)槿绱?，提升空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性就成了相關(guān)技術(shù)人員關(guān)注的重點(diǎn)；只有在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)暖通空調(diào)項(xiàng)目全過(guò)程細(xì)節(jié)把握準(zhǔn)確，對(duì)每個(gè)部位的節(jié)能降耗情況和滿荷載運(yùn)行情況掌握清楚，才能確保各部分的荷載符合整個(gè)系統(tǒng)的耗能狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)[11]。

5.5.2 系統(tǒng)節(jié)能控制智能化

暖通空調(diào)控制系統(tǒng)是節(jié)能降耗控制的核心，控制智能化水平的高低將直接決定該空調(diào)系統(tǒng)是否能夠在發(fā)揮正常功能的同時(shí)，將以什么樣的節(jié)能效率運(yùn)行。因此，在此類空調(diào)控制系統(tǒng)中融入節(jié)能降耗技術(shù)，不僅可以將整個(gè)空調(diào)的運(yùn)行效率有效提升，還能有效減少空調(diào)的碳排放量，從而進(jìn)一步滿足用戶的要求。比如，該系統(tǒng)的水泵耗電量也可以因?yàn)樵摷夹g(shù)的應(yīng)用大量降低，真正做到運(yùn)行節(jié)能。

隨著科技發(fā)展，空調(diào)設(shè)備也越來(lái)越智能，空調(diào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化完善使其也逐漸具有了準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)的功能，確保整個(gè)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，反過(guò)來(lái)，監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息越準(zhǔn)確，那么可以為整個(gè)空調(diào)設(shè)備提供越準(zhǔn)確的管理指令，確保相關(guān)工作人員準(zhǔn)確了解空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行有效的維護(hù)，讓空調(diào)系統(tǒng)始終保持最佳的工作狀態(tài)。此外，暖通空調(diào)設(shè)備的整體布局也應(yīng)當(dāng)是相關(guān)設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容之一。要想實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，除了應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，還可以利用位置優(yōu)勢(shì)。例如，在安裝空調(diào)設(shè)備時(shí)，可以綜合考量建筑的整體朝向，以達(dá)到借助太陽(yáng)能和風(fēng)能的作用，這樣不僅可以利用自然資源，還可以降低空調(diào)的消耗。

5.6 變風(fēng)量、變水量技術(shù)的運(yùn)用

變風(fēng)量和變水量技術(shù)是節(jié)能環(huán)保技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分。變風(fēng)量技術(shù)與以前的傳統(tǒng)技術(shù)相比可以大大節(jié)約能量，可以實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。它主要用空調(diào)中的風(fēng)電感應(yīng)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，從而可以保證房間里面的溫度更舒適。變水量技術(shù)通過(guò)對(duì)水流量調(diào)節(jié)，使房間內(nèi)的濕度適宜。這種變風(fēng)量技術(shù)與傳統(tǒng)的定水量技術(shù)相比大約可以節(jié)約一大半的能源。根據(jù)暖通空調(diào)實(shí)際的運(yùn)行情況，可以隨時(shí)隨地改變送風(fēng)量和送水量，可以使資源充分利用。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，在暖通空調(diào)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗，能夠?qū)ξ覈?guó)的生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都有一定的促進(jìn)作用，符合國(guó)家的能源國(guó)策。要想真正有效地促進(jìn)人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，就必須對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行有效的節(jié)能設(shè)計(jì)或節(jié)能改造，選用更加科學(xué)、合理的節(jié)能降耗措施，極大地提高暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效率，從而推動(dòng)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。