建筑暖通空調(diào)節(jié)能優(yōu)化設計策略分析

李鵬

（陽泉市建筑設計院有限公司，山西陽泉 045000）

0 引言

在綠色低碳環(huán)保理念背景下，建筑行業(yè)的高能耗問題受到了重點關注。而通過建筑暖通空調(diào)工程的節(jié)能設計，不但可以降低能源消耗，也有利于暖通空調(diào)系統(tǒng)各項性能的提升。因此，本文重點研究了建筑暖通空調(diào)節(jié)能優(yōu)化設計策略，以期能夠為相關設計人員提供指導。

1 建筑暖通空調(diào)節(jié)能設計的重要性

首先，建筑暖通空調(diào)在能源消耗方面存在著較大問題。結(jié)合有關調(diào)研報告可知，建筑行業(yè)產(chǎn)生的能源消耗占據(jù)社會總體能源消耗的47.7%，而暖通空調(diào)能源占據(jù)建筑能耗的接近60%，因此為了能夠減少建筑能耗，就必須高度重視建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設計。其次，采用建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的核心目標是對建筑室內(nèi)環(huán)境進行改善，但是暖通空調(diào)系統(tǒng)的設計工作尤為復雜，涉及力學、熱力學等多個領域，所以設計工作人員必須具備良好的專業(yè)能力，同時對多學科知識有一定的了解，從而才能夠保證暖通空調(diào)設計的合理性、科學性與可行性[1]。在傳統(tǒng)建筑暖通空調(diào)設計過程中，設計工作人員側(cè)重于美觀性，忽略了實用性，造成暖通空調(diào)功能得不到有效發(fā)揮。而通過在建筑暖通空調(diào)設計中貫徹節(jié)能減排理念，既能保證設計的美觀性，也能夠滿足內(nèi)在功能性需求，實現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)功能的優(yōu)化與升級。最后，在生態(tài)文明建設背景下，加速推進了建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，所以在建筑暖通空調(diào)設計工作中引入節(jié)能減排理念，有利于降低暖通空調(diào)工程的能源損耗，緩解建筑行業(yè)的高能耗問題，從而保證建筑行業(yè)的穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展。

2 建筑暖通空調(diào)節(jié)能設計的基本原則

2.1 因地制宜

在建筑暖通空調(diào)設計工作中受到的影響因素比較多，其中地域因素直接關系到建筑暖通空調(diào)的整體設計效果。對于不同地域而言，在自然氣候、地質(zhì)條件等方面存在著一定區(qū)別，這就增加了建筑暖通空調(diào)的設計難度[2]。基于此，在建筑暖通空調(diào)設計工作中必須嚴格落實因地制宜的基本原則，綜合分析地域因素對建筑暖通空調(diào)功能的實際需求以及影響，同時高度重視暖通空調(diào)與建筑物、環(huán)境之間的適用性，從而提高建筑暖通空調(diào)設計的可行性、合理性以及節(jié)能性，實現(xiàn)建筑暖通空調(diào)的節(jié)能減排。

2.2 節(jié)能環(huán)保

基于綠色低碳環(huán)保理念背景下，節(jié)能環(huán)保是新時期建筑暖通空調(diào)設計的一項重要原則，也是實現(xiàn)綠色建筑設計的有效路徑?？v觀建筑暖通空調(diào)實際運行情況，其中制冷、送排風以及除濕等不同環(huán)節(jié)，都涉及自然能源的利用。在建筑暖通空調(diào)設計工作初期，需要一個節(jié)能環(huán)保為切入點，針對建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)所有單元結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)化設計，同時完成空調(diào)設備運行的科學調(diào)控，顯著改善設備的運行性能，在保證設備安全運行的前提下，控制能源消耗、減少廢物排放[3]。但必須注意的一點是，建筑暖通空調(diào)節(jié)能設計過程中，需要確保建筑室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度與通風等指標符合有關規(guī)定基本要求。

2.3 能源利用的最大化

以建筑暖通空調(diào)設計為例，在具體設計工作中必須全面落實能源利用最大化的基本原則。首先，設計工作人員需要對暖通空調(diào)設計方式進行優(yōu)化與創(chuàng)新，結(jié)合實際情況合理采用電氣工程技術(shù)，在進一步提高空調(diào)系統(tǒng)運行效率的同時，實現(xiàn)能源消耗的有效控制。其次，在建筑暖通空調(diào)設計過程中，需要切實貫徹資源循環(huán)利用的基本原則，也就是設計工作人員高度重視空調(diào)可循環(huán)與可再利用系統(tǒng)設計。比如，結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)科學設計熱回收系統(tǒng)，從而完成熱量回收處理；根據(jù)空調(diào)機組情況設計地源熱泵系統(tǒng)，促進能源的重復利用。

3 建筑暖通空調(diào)設計現(xiàn)狀

3.1 冷熱源與末端系統(tǒng)設備選型

縱觀建筑暖通空調(diào)節(jié)能設計實際情況，其中普遍存在的一項重要問題為冷熱源及末端系統(tǒng)的選型不當。針對建筑空調(diào)系統(tǒng)設計而言，空調(diào)的冷熱源是最為關鍵的一部分，其產(chǎn)生的能源損耗占比偏大，所以通過采用類型適宜、合理的空調(diào)冷熱源，有利于減少能源損耗，控制建筑暖通空調(diào)工程的成本投入。但是建筑暖通空調(diào)設計過程中，忽略了對各項影響因素進行分析研究，比如集中熱源選擇過程中未能優(yōu)先考慮城市熱源，忽略了工業(yè)余熱與廢熱的使用，也未能根據(jù)實際優(yōu)先考慮使用太陽能、地熱能等相關可再生能源[4]。此外，空調(diào)箱有關末端設備的選型也存在著問題，比如空調(diào)箱的選用，需要結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)負荷計算得出的結(jié)果，然后確定風量、風壓以及冷熱量等，最后選用類型適宜、性能優(yōu)越的末端設備。

3.2 參數(shù)設計

設計參數(shù)直接關系到建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性，然而在暖通空調(diào)系統(tǒng)設計過程中容易發(fā)生設計參數(shù)不合理問題。通過分析有關資料可知，基于加熱工作狀況下，建筑室內(nèi)溫度降低1℃，就可以使能源損耗減小5%～10%；基于制冷工作狀況下，建筑室內(nèi)溫度升高1℃，就可以使能源損耗減小8%～10%。根據(jù)建筑暖通空調(diào)設計實際情況，在設計過程中未能重視建筑室內(nèi)溫度計算，也忽略了當?shù)刈匀粴夂蚺c建筑外圍結(jié)構(gòu)等條件，導致暖通空調(diào)設計參數(shù)不合理[5]。而在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)安裝運行之后，容易發(fā)生冷熱不均勻與熱負荷過大問題，嚴重影響了暖通空調(diào)性能的發(fā)揮，也造成了較大的能源損耗。

3.3 空調(diào)系統(tǒng)設計與控制

在新時代背景下，隨著新型節(jié)能技術(shù)與可再生資源的推廣應用，必須結(jié)合實際情況科學調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)，以確?？照{(diào)系統(tǒng)的高效運行，降低能源損耗。但是在建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計過程中，未能重視新節(jié)能技術(shù)與新能源的研究，造成空調(diào)系統(tǒng)設計缺乏合理性，甚至對空調(diào)的運行性能造成了負面影響，從而產(chǎn)生較大的能源損耗。

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的靈活控制指的是可以結(jié)合具體狀況完成溫度、濕度等指標的科學控制，從而確保暖通空調(diào)系統(tǒng)處于最佳運行狀態(tài)，降低能源損耗。但是在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計工作過程中，不同環(huán)境條件、不同工作狀態(tài)下，對于暖通空調(diào)的控制要求有所區(qū)別，若是設計工作人員未能掌握具體控制方法，就會直接影響到空調(diào)自動調(diào)節(jié)功能，難以結(jié)合建筑室內(nèi)溫度、濕度等指標及時調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)運行參數(shù)，最后導致出現(xiàn)能源損耗。

4 建筑暖通空調(diào)節(jié)能優(yōu)化設計的有效策略

4.1 空調(diào)運行模式設計的優(yōu)化策略

從建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計方面分析，需要對空調(diào)系統(tǒng)的運行模式進行科學設計，以切實保證空調(diào)系統(tǒng)的安全、高效運行，同時能夠減小空調(diào)系統(tǒng)設備產(chǎn)生的能耗。傳統(tǒng)建筑暖通空調(diào)采用的是非變頻運行模式，盡管能夠進行建筑室內(nèi)溫度、濕度等的有效調(diào)節(jié)，但是產(chǎn)生的能耗比較多。在新時代背景下，應在空調(diào)系統(tǒng)運行模式設計過程中引入變頻技術(shù)，從而達到空調(diào)系統(tǒng)運行節(jié)能目的。針對空調(diào)系統(tǒng)變頻技術(shù)的應用，需要結(jié)合實際情況對空調(diào)運行參數(shù)實施科學設計與合理調(diào)整，在參數(shù)設計階段應綜合分析氣象因素、環(huán)境因素，尤其是建筑室內(nèi)環(huán)境控制各項參數(shù)、空調(diào)機組運行參數(shù)等，然后對所有參數(shù)實施系統(tǒng)化動態(tài)式調(diào)整，從而保證空調(diào)系統(tǒng)設備的高效運行。

4.2 空調(diào)供水設計的優(yōu)化策略

冷卻水與冷熱水系統(tǒng)作為建筑暖通空調(diào)供水系統(tǒng)設計中的一項關鍵內(nèi)容，在節(jié)能設計過程中需要注意以下4 點：①在空調(diào)系統(tǒng)中機組供水設計階段，需要高度重視供回水和冷凍水的溫度之差，使溫差控制在規(guī)定允許的最小數(shù)值。②在供水系統(tǒng)設計過程中，需要設計采用封閉循環(huán)模式，在降低供水輸送能耗的前提下，保證空調(diào)系統(tǒng)設備的長期使用。③前期設計階段，應結(jié)合實際情況提前分析研究空調(diào)系統(tǒng)設備后期運行與保養(yǎng)工作。現(xiàn)階段，可以選擇一泵到頂?shù)脑O計方法，保證空調(diào)供水系統(tǒng)后期保養(yǎng)的有序進行。④在進行供水系統(tǒng)設計時，需要重點分析供水設計方案的合理性與節(jié)能性，特別是水資源相對短缺的地區(qū)，應在供水設計中選擇冷卻塔循環(huán)模式，其可以適當縮小循環(huán)水泵揚程，從而達到節(jié)能目的。

4.3 通風系統(tǒng)設計的優(yōu)化策略

考慮到不同建筑工程項目對通風的要求有所區(qū)別，所以在空調(diào)通風設計的過程中，必須以建筑項目及用戶實際需求為立足點。比如，建筑用戶關于暖通系統(tǒng)的要求相對偏低，則在進行通風系統(tǒng)設計時應以滿足室內(nèi)溫度、濕度等條件的前提下，采用全空氣空調(diào)設計方式。與此同時，在空調(diào)通風設計過程中應適當增加變風量，嚴格控制空調(diào)系統(tǒng)的總風量，做好風量的精準調(diào)節(jié)與控制。但是必須注意一點，空調(diào)的通風設計需要重視自然通風設計，促進自然通風和空調(diào)通風之間的協(xié)調(diào)。結(jié)合建筑工程項目實際情況，實現(xiàn)自然通風的科學化設計，在一定程度上減少電氣設備的使用，在不消耗資源的前提下就可以完成建筑室內(nèi)環(huán)境溫度、濕度等的調(diào)節(jié)。通過分析自然通風設計效果可知，自然通風并不會消耗能源，具有良好的節(jié)能效益，而且自然通風綠色、健康，能夠為建筑用戶創(chuàng)造健康的生活環(huán)境。

4.4 熱回收裝置設計的優(yōu)化策略

在暖通空調(diào)系統(tǒng)運行階段，各項設備的長期運行容易形成較多的熱量，而這些熱量的流失從某種意義上而言就是能源浪費。為了能夠完成暖通空調(diào)設備余熱的合理回收，應結(jié)合實際情況科學設計熱回收裝置，可以利用各種載體實現(xiàn)熱量的有效傳遞與回收，最后通過轉(zhuǎn)化再利用，就能夠在較大程度上降低空調(diào)機組冷熱源的能源損耗，同時在空調(diào)節(jié)能控制的前提下，實現(xiàn)了建筑室內(nèi)溫度與濕度等指標的調(diào)節(jié)控制?，F(xiàn)階段，在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計中，主要是通過熱泵系統(tǒng)、蓄冷蓄熱系統(tǒng)以及換熱器等相關單元模塊實現(xiàn)熱回收裝置設計。若是熱回收系統(tǒng)選擇的是冷凝熱回收設計形式，需要將熱水系統(tǒng)與制冷機組進行合理結(jié)合使用，從而在回收適量余熱之后，就能夠?qū)⒂酂徇M行生活用水加熱處理，完成了多余熱量的回收利用，降低了熱水電能產(chǎn)生的能耗。

4.5 科學使用可再生能源

在綠色低碳環(huán)保理念積極倡導背景下，需要高度重視建筑暖通空調(diào)節(jié)能設計水平與效果的提升，同時加強可再生能源的高效利用。目前，可再生能源在建筑暖通空調(diào)節(jié)能設計中的應用已是一種必然趨勢，尤其是太陽能與地熱能等的應用最具代表性。以太陽能為例，設計工作人員應結(jié)合實際情況積極采用太陽能集熱板與光電板等相關設備，完成太陽能的收集，然后通過光電轉(zhuǎn)化設備使太陽能轉(zhuǎn)化成電能，從而為空調(diào)設備的運行提供充足動力。此外，地熱能已經(jīng)成為建筑工程中使用的一種重要新能源，所以應在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設計中推廣應用。在具體設計階段，需要建立地下熱泵系統(tǒng)，促進地熱能源的高效轉(zhuǎn)化，使空調(diào)設備運行時可以把低溫地熱能源轉(zhuǎn)化成高溫地熱能源，從而顯著強化暖通空調(diào)系統(tǒng)制冷與制熱效果，既能滿足建筑室內(nèi)溫度、濕度等的調(diào)節(jié)控制要求，也減少了暖通空調(diào)設備能源損耗。

4.6 推廣使用智能化技術(shù)

隨著我國科學技術(shù)的不斷進步與快速發(fā)展，智能化自動控制技術(shù)在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應用已經(jīng)成為重要發(fā)展趨勢。現(xiàn)階段，在暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計中采用智能自動化控制技術(shù)，不但可以對暖通空調(diào)系統(tǒng)各項設備的實際運行狀態(tài)進行監(jiān)測，也可以實時完成監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的采集與分析，從而對建筑室內(nèi)溫度、濕度以及通風等進行合理調(diào)整，顯著提升建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)運行水平。除此之外，仿真模擬技術(shù)能夠有效提升建筑暖通空調(diào)節(jié)能設計效果，依托于仿真模擬技術(shù)可以實現(xiàn)暖通空調(diào)各項設備能源損耗等展開分析，然后為設備參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)，改善暖通空調(diào)系統(tǒng)運行性能，確保暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果。

5 結(jié)語

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設計，能夠顯著改善建筑室內(nèi)溫度、濕度以及通風條件等，減少暖通空調(diào)系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的能源損耗?；诖?，設計工作人員必須嚴格貫徹節(jié)能環(huán)保等原則，科學、有效落實暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設計工作，從而最大限度降低暖通空調(diào)系統(tǒng)運行階段形成的能源損耗。