關于暖通空調系統節能設計的相關思考

俞慧

摘要：建筑節能和環保是實現可持續發展的關鍵。從可持續發展理論出發，建筑節能的關鍵又在于提高能量效率，因此無論制訂建筑節能標準還是從事具體工程項目的設計，都應把提高能量效率作為建筑節能的著眼點。暖通空調技術的發展對建筑節能有著至關重要的作用，在能源危機的大背景下，節能建筑成為未來建筑發展的方向，隨著人們對住宅舒適性及衛生的要求越來越高，綠色建筑也應運而生。

關鍵詞：節能技術；設計；空調；能耗；措施

前言

隨著我國國民經濟的快速發展，空調技術得到廣泛應用。據統計，目前暖通空調能耗占到建筑總能耗的25%～45%，且每年以較大速度遞增。可見空調能耗在當前社會能耗中占了比較大的份額，由于各方面原因造成空調能耗浪費比較大，因此對空調系統節能的研究顯得迫切及重要。在空調系統的節能措施中，主要表現在以下幾方面：（1）建筑及空調系統設計節能；（2）提高空調工程質量節能；（3）空調系統運行管理節能。對于一個建筑物而言，各個系統的設計可以說從開始就決定了該建筑物在將來投入使用時是否節能。作為設計人員，筆者從設計角度淺談一下空調系統在建筑中的節能設計措施。

1暖通空調分析

近年來，隨著科學技術的迅速發展以及對節能和環保要求的不斷提高，暖通空調領域中新的設計方案大量涌現，針對同一個設計項目，往往可以有幾種、十幾種甚至幾十種不同的設計方案可以選擇，設計人員不得不進行大量的方案比較和優選的工作，設計方案技術經濟性比較正在成為影響暖通空調設計質量和效率的一項重要工作。暖通空調設計方案的評價因素很多，一些因素很難定量表述，許多因素又不具可比性，每種設計方案往往都有各自的優缺點，面對眾多的設計方案，由于考慮問題的角度不同在各方的看法往往各不相同，甚至大相徑庭。目前在設計方案比較中存在的一些混亂狀況使設計人員無所適從。如何對暖通空調設計方案進行科學的比較和優選，是暖通空調設計人員在實際設計工作中經常遇到的一個重要技術難題，根據暖通空調的系統構成和運行方式，通過分析HVAC系統可知，需要用于管理、計量和優化控制的變量很多，并且由于系統的多變量動態響應時間和要求的不同，而且還要完成系統的優化算法和控制器參數自整定的任務，使得軟件系統的數據類型和數據結構非常復雜，智能建筑節能是世界性的大潮流和大趨勢，同時也是中國改革和發展的迫切要求，是21世紀中國建筑事業發展的一個重點和熱點，節能和環保是實現可持續發展的關鍵。從可持續發展理論出發，建筑節能的關鍵又在于提高能量效率，因此無論制訂建筑節能標準還是從事具體工程項目的設計，都應把提高能量效率作為建筑節能的著眼點。智能建筑也不例外，業主建設智能化大樓直接動因就是在高度現代化、高度舒適的同時能實現能源消耗大幅度降低，以達到節省大樓營運成本的目的。

2空調冷熱源的節能措施

2.1準確計算系統的設計負荷

在現行的《公共建筑節能設計規范》中，明確要求“采暖、空氣調節系統的施工圖設計，應對每一采暖空調房間或空調區域進行熱負荷和逐項逐時的冷負荷計算?！痹趯嶋H建筑暖通設計中，設計人員對空調系統負荷計算不夠準確往往根據估算的方式進行。設計人員進行負荷估算時，出于設備安全的考慮指標都取得過大，如此一來就造成空調系統相應設備的偏大，不利于建材節能。

2.2冷熱源節能

冷熱源設備能耗、末端設備能耗和輔助設備能耗是空調系統能耗的三個部分。空調系統能耗的三個部分中，占據空調系統消耗能量絕大部分的是冷熱源設備能耗。由此可見，冷熱源設備的選擇是空調節能的關鍵所在。熱泵、水冷冷水機組結合鍋爐、溴化鋰吸收式結合鍋爐以及冰蓄冷機組是我國現有空調系統冷熱源的常見方式。

熱泵型機組在空氣濕度不大、溫度不會太低的地區應用比較普遍，也是空調系統冷熱源的常見方式中比較節能的一種方式?？照{系統中的中央空調多使用風冷熱泵冷熱水機組。空調系統中的中央空調多使用風冷熱泵冷熱水機組。此類機組即可供冷又可供熱，省卻了鍋爐房和冷卻水系統，安裝靈活方便。但是熱泵機組沒有冷卻水系統，能效相對較低，且它的使用受環境溫濕度的影響比較大，因而在空氣濕度大、溫度低的地區其使用效果大大降低。

水冷冷水機組一般用在夏季制冷方面，鍋爐則用在冬季供熱方面。制冷需要消耗大量的電能，一般根據對制冷的要求不同采取不同的壓縮機。根據制冷量的由低到高空調壓縮機依次可采用活塞式壓縮機、螺桿式壓縮機以及離心式壓縮機。鍋爐供熱方面根據環境的要求目前采用較多的是燃油及燃氣類鍋爐。

溴化鋰機組是一種節電而非節能的機組，主要包括外燃式和直接式兩種。外燃式機組適用于有余熱、廢熱的地方，不僅充分利用了資源而且達到了制冷的效果。對于無余熱、廢熱的地方則比較適用于直燃式機組。

冰蓄冷空調技術是隨著政府推行用電實行峰谷用電分別計價而采用的，采用該技術的意義在于為用戶降低電費的同時達到電網移峰填谷的目的。在夜間用電低谷時段開啟制冷主機將建筑物空調所需冷量制備好，并以冰的形式儲存起來。在白天用電高峰時段關閉或者與制冷主機串連進行融冰制冷，達到同樣降溫的效果。推行峰谷電價是優化資源配置保護生態環境的重要措施，符合我國的能源政策，提倡“多建冷站，少建電站”是節能環保的一項重要舉措。

冷熱源設備能耗在空調三部分能耗中約占50%～60%，因而選擇合理的冷熱源系統對空調系統節能至關重要。冷熱源的合理選擇要從冷熱源設備性能是否符合要求以及配置機組的數量、容量是否合理兩個方面著手。首先，選擇性能符合要求的冷熱源設備。實際工作中，建筑結構中空調系統的運行負荷不是穩定不變的，冷熱水機組在部分負荷下工作的效率一般要小于滿負荷運行（冷熱源所需提供的冷熱量一般不超過最大負荷的80%）；其次，配置機組的數量、容量應該合理配備，它的合理配備取決于建筑結構負荷的變化情況。只有配置機組的數量、容量都合理時，配置機組可根據建筑所需負荷進行及時調整，既可以不造成資源浪費又可以保證設備盡可能滿負荷高效運轉。滿足正常需要的情況下，加大冷熱源機組的調節范圍，是節能降耗的基本手段。

3空調冷熱水系統的節能設計

在設計空調的冷熱水系統時，可通過以下幾種措施降低能耗：（1）閉式循環的模式是優選考慮的方法，這種方法不僅可以降低靜水力所需要的輸送能耗，而且管道及設備的腐蝕也有所減少，延長了空調系統的使用壽命；（2）整個建筑物中可能有些空調區全年都要供應冷水，而有些區域則是冷熱水交替供應，這種情況下可以采用兩管分區制水系統，如果空調運行區域全年冷熱工況的交替比較頻繁，或者需要同時使用，最好采用四管制水系統模式，且兩管制空調水系統的冷凍水與熱水循環泵最好也分開設置；（3）在能夠滿足空氣調節的前提下，冷凍水的供水溫度越搞好，制冷機的蒸發溫度越高，其單位制冷能耗量就越低；（4）最好適當的加大冷凍水供回水的溫度差，可以降低循環水泵在運行過程中的流量，進一步降低輸送過程中的能量消耗；（5）如果冷凍水系統的靜壓力小于1MPa時，最好不要豎向分區，可以采用一泵到頂的方法，這樣不僅在設備運行維護過程中更加方便，而且因為分區而增加的土建設工程成本也有所降低，并且設備的電能消耗也會相應的減?。唬?）如果空調水系統中包括兩臺以上的冷水機組及循環泵，最好采用變流量系統。如果工程的規模不大，或者各環路的負荷特性、壓力損失的差距相對較小，則采用一次泵變流量系統即可，而且總供回水管間要設置旁通管及旁通電動調節閥，調節閥要注意有壓差控制。如果系統的規模較大、阻力強、環路負荷特性、壓力損失的差距達到50MPa以上，最好采用二次泵變流量系統，并且是變頻調速泵，這樣可以降低能量的消耗；（7）一次泵變流量系統中，其風機盤管的回水管上、二次泵變流量系統中、新風機組以及組合式空調的回水管等位置最好設置電動兩通調節閥。

4空調風系統的節能

4.1采用變風量系統

變風量系統根據室內負荷變化或室內要求參數的變化，保持恒定送風溫度，自動調節空調系統送風量，從而使室內參數達到要求的全空氣空調系統。由于空調系統大部分時間在部分負荷下運行，所以風量的減少帶來了風機能耗的降低。

4.2提高送風溫差及合理調節新風比

所謂送風溫差就是送風的溫度與建筑室內溫度的差值。由于人體對舒適溫度的要求范圍比較寬。在不影響空調精度的前提下，提高送風溫差可以適當減小送風量而不影響人體舒適度。送風量小了，能耗自然就降低了。新風量占送風量的比值稱為新風比，新風負荷在空調負荷中所占比例不容忽視。新風比要根據季節合理調節，這樣既保證空氣質量又降低能耗。

4.3采用熱回收與熱交換裝置

空調設計中，保證建筑物足夠的新風量以滿足室內空氣品質的要求是必須的。然而，新風負荷在整個空調負荷中卻占較大的比率。在一些普通的高層建筑空調中，夏季新風負荷就占空調總負荷的30%以上。而對有些特殊的場合，如醫院、商場、劇院、體育館等人員密集的地方，新風的需求量則更大，有的甚至要求全新風。相應的，在這些場合新風負荷占空調總負荷的比率也很大。新風的引入必然要求排出一部分污濁空氣?！豆步ㄖ澞茉O計標準》也對排風熱回收的設置進行了相關要求。全熱交換器在夏天可以將新風預冷及除濕，在冬季可以將新風預熱并加濕，其效率可達70%以上，因此降低了空調運行中冷，熱負荷和耗電量。

5結論

通過以上分析，空調領域作為建筑的用能大戶，節能意義十分巨大。從可持續發展理論出發，空調系統如何適應在低負荷下高效節能運行及在系統設計中對設備進行節能選配就成為空調節能的關鍵，這對于節約能源、降低運行費用、促進國民經濟發展具有十分重要的意義。作為一個暖通專業的設計工作者，應在空調系統的設計過程中，針對不同建筑合理選擇最合理的空調系統，為日后的運行管理打下良好的基礎。相信通過暖通空調專業人士的不懈努力，空調系統的節能降耗終會為社會做出有益的貢獻。