智能城市背景下提高建筑暖通空調(diào)能效措施分析

【摘要】在智能城市背景下，提高建筑暖通空調(diào)能效是當前研究的熱點和挑戰(zhàn)。文中探討了利用智能技術(shù)提升建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的能效。首先，對智能城市與建筑能效現(xiàn)狀進行了詳細調(diào)研，分析了基于智能技術(shù)的建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)。其次，以案例醫(yī)院建筑為研究對象，研究了建筑暖通空調(diào)用電情況并對建筑能耗進行了詳細概述。最后，提出了建筑暖通控制節(jié)能改造方案。結(jié)果表明，方案不僅在學術(shù)上豐富了相關(guān)領(lǐng)域的理論體系，還具有廣泛的實際應用價值，為智能城市建設(shè)與綠色建筑發(fā)展和深入實踐提供了參考。

【關(guān)鍵詞】智能城市；建筑暖通空調(diào)能效；用電能耗；節(jié)能改造

【中圖分類號】TU984.2 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）07-0043-03

0 引言

隨著智能技術(shù)在各個領(lǐng)域的應用不斷深入，智能城市建設(shè)也日益受到重視。建筑作為智能城市的重要組成部分，其能效問題已經(jīng)成為社會關(guān)注的焦點之一[1]。據(jù)統(tǒng)計，全球建筑能耗占總能耗的比重超過三分之一，而暖通空調(diào)系統(tǒng)又是建筑能耗中的重要部分。因此，提高建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的能效，不僅有利于減少能源消耗，降低碳排放，還能改善室內(nèi)環(huán)境舒適度，實現(xiàn)節(jié)能減排與舒適度的雙贏[2]。本研究從實際出發(fā)，考慮到研究的是某醫(yī)院建筑能耗，建筑物已經(jīng)建造完成，不存在建造過程的能耗，也未到拆除年限，不存在拆除能耗，主要的能耗和節(jié)能管理都是針對建筑運行能耗，因此文中采用的是狹義上的建筑能耗定義。

1 基于智能技術(shù)的建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)分析

在過去的研究中，許多學者已經(jīng)意識到智能城市與建筑能效之間的聯(lián)系并進行了相關(guān)研究。提出了各種方法和技術(shù)來提高建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的能效。其中一些方法包括利用智能傳感器和監(jiān)測設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集和分析，采用智能控制系統(tǒng)進行自適應調(diào)節(jié)，以及利用人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)進行模型優(yōu)化等。

1.1 智能城市與建筑能效分析

智能城市的發(fā)展為提高建筑能效提供了新的機遇和挑戰(zhàn)。智能城市是指應用新興技術(shù)和信息通信技術(shù)來管理和運營城市的發(fā)展模式，旨在提高城市的可持續(xù)性、生活質(zhì)量和效率。在智能城市的背景下，建筑能效成為一個重要的議題。智能城市的發(fā)展對建筑能效有著明顯的影響。首先，智能城市的發(fā)展使得建筑成為能源和信息的集成平臺。建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)作為建筑能效的重要組成部分，需要與智能城市建設(shè)相協(xié)同發(fā)展。其次，智能技術(shù)的應用為建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)提供了更多的優(yōu)化空間和控制手段[3]。

1.2 智能技術(shù)在提升建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應用

在這種背景下，借助智能技術(shù)來提升建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的能效顯得尤為重要。智能技術(shù)可以為建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化運行提供技術(shù)支持，通過智能控制系統(tǒng)的應用實現(xiàn)對系統(tǒng)運行的精準調(diào)節(jié)，使能效得以優(yōu)化。與此同時，智能傳感器與監(jiān)測設(shè)備的廣泛應用也為建筑暖通系統(tǒng)的運行管理提供了更加精準和及時的數(shù)據(jù)支持，從而改善了實時監(jiān)控和運維效率[4]。因此，探討如何充分利用智能技術(shù)，研究提升建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的能效，從而為智能城市建設(shè)和建筑節(jié)能改造提供更為可行的方案和技術(shù)支持。

2 建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)用電分析

2.1 建筑概述

某醫(yī)院擁有完善的專業(yè)配套設(shè)施，醫(yī)院1#病房樓建筑面積約16 970 ㎡，框架結(jié)構(gòu)建筑，地上13層，地下1層，采用直流變頻多聯(lián)中央空調(diào)系統(tǒng)，生活熱水采用太陽能提供，不足部分由空氣源熱泵熱水系統(tǒng)提供，照明采用LED節(jié)能燈具。醫(yī)院建筑當前用能包括供冷、供暖、供電、供水、天然氣等。其中供電能耗約占68%，天然氣能耗約占20%，供水的消耗約占10%，剩余為其他能耗。其中，建筑用電能耗主要由照明、空調(diào)、動力、特殊用電及其他能耗構(gòu)成。

2.2 建筑空調(diào)系統(tǒng)用電能耗分析

醫(yī)院擁有兩類空調(diào)系統(tǒng)。一類為蒸汽型溴化鋰制冷機組，共有兩臺，其制冷功率達到2 326 kW，已經(jīng)運行超過20年。溴化鋰機組是一種利用溴化鋰水溶液作為吸水劑和水作為制冷劑的機器，通過溴化鋰水溶液使作為制冷劑的水產(chǎn)生不同形態(tài)的轉(zhuǎn)化進行熱量的傳遞，從而實現(xiàn)制冷的目的。目前存在的問題有以下幾點。

1）節(jié)電不節(jié)能。盡管溴化鋰機組在運行時耗電量較少，僅需要一臺溶液泵，而且這臺泵的功率相對較小，可以使用煤氣、油、蒸汽等各種能源，如果按照標準煤的計算，每萬大卡的消耗量可以達到3.3 kg，而電制冷機的耗煤量在1.11～1.32 kg，溴化鋰機組的能耗比電制冷機高出2 kg，因此它節(jié)電不節(jié)能。

2）運行時存在腐蝕現(xiàn)象。溴化鋰機組的溴化鋰溶液可能導致機組的真空度下降，并且容易造成機組的腐蝕。此外，由于機組中的燃料和壓縮機都可能導致機組的硫化和氧化，所以溴化鋰機組的效率通常不太理想。特別是當機組處于運行狀態(tài)時，如果長期暴露于高溫環(huán)境，可能導致機組的性能急劇惡化。

3）真空度難以保障。當機器正在工作時，可能會釋放一些難以分離的氣體，例如氮和氧。為了避免真空狀態(tài)的惡化，必須盡快進行排放。然而，在進行排放操作的過程中，還要把一部分冷卻水和溴化鋰混合物排放到環(huán)境中，以防止它們在環(huán)境中沉淀。

3 建筑能耗分析

3.1 建筑能耗概念

建筑能耗有兩種定義方法。廣義的建筑能耗是指從建筑材料制造、建筑施工，一直到建筑使用的全過程能耗。狹義的建筑能耗，即建筑的運行能耗，就是人們?nèi)粘Ｓ媚?，如采暖、空調(diào)、照明、炊事、洗衣等的能耗。目前普遍認同的是廣義上的建筑能耗，即建筑物在整個使用壽命內(nèi)所產(chǎn)生的能源消耗。這種理解更加寬泛，涵蓋了建筑物的各個階段，從建造到拆除，再到最終消失。還涉及建筑物與自然資源、材料、裝修材料、拆除過程等方面的能源消耗。這些類型的能耗覆蓋了整個建筑周期過程[5]。

3.2 建筑能耗特點

隨著現(xiàn)代人類對生活需求層次的提升，具體到建筑物上就需要建筑的功能更加綜合化、多樣化、復雜化，不僅適合人們?nèi)粘５纳?、辦公需要，還要在科技、智能化、安防等各方面達到一定的標準，可以說現(xiàn)代建筑服務水平的高低也是人們生活水平、科技水平高低的重要體現(xiàn)內(nèi)容。對于建筑來說就要在綠色建筑、智能化建筑的建設(shè)標準和規(guī)范約束下承載更多的功能，發(fā)揮社會功能，改善國民服務質(zhì)量的基本功能，滿足人員技術(shù)和環(huán)境要求[6]?？偨Y(jié)案例建筑能耗特點有以下幾點。

1）能耗點多。一般的公共建筑主要的能耗點集中在用水能耗、用電能耗、采暖能耗、制冷能耗等方面。建筑因人對生命、健康的關(guān)注度的提高需要設(shè)置更多的設(shè)計規(guī)劃原則和要點。

2）能耗負荷大。不同于一般的公共建筑可以通過用戶行為管理、設(shè)備運行維護管理等降低建筑內(nèi)設(shè)備設(shè)施的能耗，案例建筑需要配備大量的大型醫(yī)技設(shè)備，如診斷設(shè)備，這些設(shè)備需要非常嚴格的溫度、濕度環(huán)境，需要配套的通風系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等，潔凈度要求很高，且需要常年保持環(huán)境，形成較大的負荷。

3）信息化背景下能耗難控制。雖然案例建筑因特殊功能一般需要保持多層建筑，為病人康復、門診醫(yī)療等提供更加便利的環(huán)境，但是隨著信息化的推進，現(xiàn)代的樓層越來越高的趨勢已經(jīng)無法避免，這就對供熱、供氣等系統(tǒng)的供應半徑有著更高的要求。

3.3 能耗計算

建筑能耗的計算需要根據(jù)建筑的能耗需要和實際能耗計算。能耗計算方法如下。

1）建筑總能耗為建筑物內(nèi)所有產(chǎn)生能耗的綜合，即建筑總能耗=空調(diào)系統(tǒng)能耗+照明系統(tǒng)能耗+高溫能耗+中溫能耗+低溫能耗+……

2）高（中、低）溫能耗=高（中、低）溫設(shè)備數(shù)量×單個高（中、低）溫設(shè)備能耗。

3）空調(diào)系統(tǒng)能耗=空調(diào)設(shè)備數(shù)量×單個空調(diào)設(shè)備能耗。

這種計算方法簡單地將建筑物的能耗計算為所有能耗的綜合，具體計算中需要考慮運行時間、運行模式、能源效率等進行綜合計算和分析。這些空間的人均空間、設(shè)備的能量密集程度、光線的強弱以及光線的使用壽命都有詳細的規(guī)定。窗墻面積比應為27%。在能耗計算中的相關(guān)計算見式（1）～式（3）。

供熱能耗計算：

（1）

通風能耗計算：

（2）

式中：為設(shè)備實際工作時間；為系數(shù)。

設(shè)備年能耗總量計算：

（3）

式中：為年總能耗；為平均功率；為設(shè)備實際工作時間。

4 建筑暖通空調(diào)節(jié)能方案

針對通風空調(diào)系統(tǒng)中溴化鋰機組存在的若干問題，對溴化鋰機組進行升級改造，采用電制冷的制冷機，以源頭措施實現(xiàn)醫(yī)院節(jié)能。螺桿式冷水機組具有節(jié)能省電、低噪低振、高效率等優(yōu)點，其調(diào)節(jié)范圍可達 10%～100%，并且維護工作簡單。因此，建議將原有型號的溴化鋰機組替換為1臺螺桿式冷水機組。大部分時候只需開啟螺桿式冷水機組即可滿足需求，只在遇到極高溫天氣時才需要啟用溴化鋰機組進行制冷。根據(jù)醫(yī)院現(xiàn)有空調(diào)機組的數(shù)量和負荷情況，用螺桿式冷水機組替換現(xiàn)有機組，保持供回水溫度和溫差不變，無需更換配套的水泵和冷卻塔型號，同時室內(nèi)的末端形式也可以繼續(xù)使用，如圖1所示。

對綜合樓多聯(lián)機空調(diào)安裝了集中控制系統(tǒng)，實現(xiàn)新綜合病房樓多聯(lián)機空調(diào)的集中監(jiān)測及后臺集中管理。在普通病房中，除了設(shè)備間等有特殊溫度要求的房間，在夏季，多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)的最低控制溫度被設(shè)定為26 ℃ 。即使使用手動調(diào)整室溫，也無法將其降低到26 ℃以下。同樣，在冬季供暖期間，也設(shè)定了室內(nèi)溫度的上限。如果有公共區(qū)域或空置房間的空調(diào)忘了關(guān)閉，集中控制平臺將強制關(guān)閉這些設(shè)備并發(fā)送通知。這一系統(tǒng)的目標是在確保舒適使用的前提下，最大程度地減少空調(diào)運行時間及運行負荷，以降低電力消耗的作用。

溴化鋰濃溶液通過吸收器將水蒸氣完全捕獲，并將其放出的潛熱轉(zhuǎn)化為熱能，隨即由溶液泵將熱能傳遞到周圍環(huán)境。通過使用特定的設(shè)備，溴化鋰稀溶液可以通過加熱來獲得最佳效果。隨后，這些液體會經(jīng)過冷凝器的降溫，并最終形成低溫的液體。最后，這些液體會經(jīng)過氣化處理，完成后續(xù)的制冷過程。除溴化鋰制冷機組外，醫(yī)院另一類空調(diào)系統(tǒng)為多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)。使用多聯(lián)機空調(diào)的面積約70 000 m2，在夏天空調(diào)制冷時設(shè)備制冷負荷為8 000 kW，在冬天使用多聯(lián)機制熱，設(shè)備制熱負荷在7 600 kW左右。在多聯(lián)機使用過程中，可以為病患及職工提供舒適的就醫(yī)及工作環(huán)境，但是耗能偏高，夏季制冷高峰時期，每天消耗電能超過43 000 kW·h，全院每天消耗電能72 000 kW·h。

5 結(jié)語

研究在智能城市背景下提出并實踐了一系列提高建筑暖通空調(diào)能效的方法，為智能建筑的可持續(xù)發(fā)展和能源節(jié)約作出了積極貢獻。未來，將進一步完善此方法并探索其在更廣泛范圍內(nèi)的推廣應用，以更好地適應智能城市建設(shè)的需求，實現(xiàn)建筑能效的持續(xù)提升和智能化發(fā)展的目標。

參考文獻

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[作者簡介]錢駿輝（1994—），男，浙江嵊州人，本科，助理工程師，研究方向：暖通。