結(jié)合綠色生態(tài)理念的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)分析

熊耀宇，皇甫昊

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，武漢 430060）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，資源匱乏問題和環(huán)境污染問題也更加嚴(yán)峻。為了緩解全球氣候變暖、資源消耗匱乏的狀況，我國政府全面推進(jìn)降低資源能源消耗、實(shí)現(xiàn)環(huán)保綠色生態(tài)發(fā)展。暖通空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)營過程中，會(huì)使用大量的能源。暖通空調(diào)設(shè)備在生產(chǎn)過程中，部分生產(chǎn)材料會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，如對(duì)臭氧層造成破壞，造成氣候變暖。因此，在應(yīng)用暖通空調(diào)設(shè)備時(shí)，工程項(xiàng)目要充分考慮綠色生態(tài)理念，充分結(jié)合綠色建筑的要求來降低能耗，并避免使用過程中的環(huán)境污染問題，促進(jìn)我國工程項(xiàng)目的綠色生態(tài)發(fā)展。

2 綠色生態(tài)理念的設(shè)計(jì)原則

2.1 節(jié)約原則

在工程設(shè)計(jì)、設(shè)備生產(chǎn)的過程中，可將節(jié)約工作細(xì)化為資源節(jié)約和能源節(jié)約2 方面。節(jié)約設(shè)備生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)資源、節(jié)約設(shè)備使用過程中的能源，提升資源和能源的使用效率，是節(jié)約原則的基本要求。節(jié)約過程既包括設(shè)備生產(chǎn)過程中能源、材料的節(jié)約，也包括在后續(xù)的設(shè)備安裝、運(yùn)營保養(yǎng)、檢修維護(hù)的過程中的能源、材料的節(jié)約。例如，建筑工程項(xiàng)目可充分利用自然通風(fēng)，通過優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、隔熱設(shè)計(jì)來進(jìn)行遮陽、降溫，達(dá)到降低能源消耗的效果。另外，還可在暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，優(yōu)化建筑布局，將能源消耗較大的區(qū)域集中布置，獨(dú)立設(shè)置系統(tǒng)，減小配管長度，減少建筑運(yùn)營時(shí)的能源消耗（見圖1）。

圖1 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)

2.2 回收利用原則

在工程項(xiàng)目的建設(shè)過程中，設(shè)計(jì)人員要盡力實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)的資源能源的回收利用。例如，建筑空間內(nèi)部設(shè)置新風(fēng)系統(tǒng)，在空調(diào)季，新風(fēng)與排風(fēng)有較大的溫差，新風(fēng)系統(tǒng)就要增加熱回收裝置，將排風(fēng)與新風(fēng)通過換熱器交換能量，從而回收利用排風(fēng)能量，降低能源消耗。例如，暖通空調(diào)設(shè)備生產(chǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部裝配、拆卸的模塊化，當(dāng)暖通空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)營中出現(xiàn)故障進(jìn)行后期維修時(shí)，維修人員只對(duì)損壞模塊進(jìn)行維修或者更換，而被替換的損壞模塊可實(shí)現(xiàn)材料資源的再次利用。以上應(yīng)用，暖通空調(diào)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)能源、資源的回收利用，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。

2.3 廣泛回收原則

廣泛回收是指不僅僅對(duì)能源和可維修的零部件進(jìn)行回收利用，還包括對(duì)不可利用的廢棄零部件的回收處理。在該過程中，將回收的零部件按照使用功能和組成材料進(jìn)行分類處理。這些材料當(dāng)中部分種類存在造成環(huán)境污染的可能性，需要將其進(jìn)行回收處理。比如，空調(diào)設(shè)備里的制冷劑，多數(shù)是導(dǎo)致溫室效應(yīng)的危化品，如果不進(jìn)行集中回收處理，不僅破壞環(huán)境，還存在安全隱患。

2.4 循環(huán)原則

將可利用的廢棄零部件重新投入再生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)從原材料到產(chǎn)品到廢棄物再到原材料的循環(huán)利用。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，降低不可循環(huán)原材料的使用率，實(shí)現(xiàn)促進(jìn)暖通空調(diào)設(shè)備材料資源的循環(huán)利用。

3 暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問題現(xiàn)狀

在工程項(xiàng)目中，暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)營存在節(jié)能環(huán)保方面的問題。

例如，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)人員沒有對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，也未能充分了解建設(shè)方后期的真實(shí)運(yùn)營情況，導(dǎo)致暖通空調(diào)系統(tǒng)的自身運(yùn)行特性無法與系統(tǒng)使用區(qū)域的建筑特性、氣候環(huán)境達(dá)成協(xié)調(diào)一致，浪費(fèi)能源，不能達(dá)到生態(tài)環(huán)保的實(shí)際效果；新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)送風(fēng)量與實(shí)際運(yùn)營時(shí)建筑區(qū)域的人員數(shù)量不匹配，風(fēng)量偏大，功率偏大，導(dǎo)致運(yùn)營能耗較大；機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)口，夏季主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，排風(fēng)造成建筑局部區(qū)域的環(huán)境污染；空調(diào)室外機(jī)組的設(shè)計(jì)冷負(fù)荷，沒有考慮空調(diào)區(qū)域不同類型房間的合理的同時(shí)使用率，設(shè)計(jì)的容量配比系數(shù)較小，導(dǎo)致室外機(jī)組選型制冷量偏大、輸配管道管徑偏大，浪費(fèi)能源資源。

產(chǎn)生問題的原因主要是設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作不夠全面，而且暖通空調(diào)系統(tǒng)各功能模塊關(guān)聯(lián)復(fù)雜，對(duì)于不同使用條件和氣候環(huán)境會(huì)出現(xiàn)不同工況，所以，在設(shè)計(jì)階段要充分考慮系統(tǒng)使用區(qū)域的實(shí)際狀況，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的針對(duì)性和匹配度。

4 綠色生態(tài)理念的最新設(shè)計(jì)技術(shù)

4.1 太陽能節(jié)能技術(shù)

在清潔可再生能源類型中，太陽能節(jié)能技術(shù)優(yōu)勢(shì)較大，得到了廣泛的應(yīng)用。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，可在內(nèi)部安裝太陽能集熱系統(tǒng)和循環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)太陽能的收集，將其轉(zhuǎn)化為熱能傳導(dǎo)到蓄熱裝置。在采暖期可用作供熱的熱源，在非采暖期可用作生活熱水的熱源。在工程設(shè)計(jì)中，太陽能供熱采暖系統(tǒng)，還需根據(jù)不同地區(qū)的氣候環(huán)境和太陽能資源條件，相應(yīng)設(shè)計(jì)其他輔助的加熱/ 換熱設(shè)備，避免氣候影響導(dǎo)致暖通空調(diào)系統(tǒng)無法正常使用。

4.2 自然通風(fēng)設(shè)計(jì)

優(yōu)秀的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)可滿足建筑內(nèi)部的換氣需求，改善建筑的室內(nèi)居住環(huán)境，并可降低污染、節(jié)約能耗。在工程設(shè)計(jì)中，利用建筑內(nèi)不同區(qū)域之間的熱壓差和風(fēng)壓差，可實(shí)現(xiàn)良好的自然通風(fēng)效果。利用風(fēng)壓差進(jìn)行自然通風(fēng)，需要設(shè)計(jì)人員充分結(jié)合建筑的氣候風(fēng)環(huán)境，制定利用不同朝向的風(fēng)壓差的措施，如優(yōu)化外窗設(shè)計(jì)以降低室內(nèi)流場(chǎng)阻力。利用熱壓差，則是利用室內(nèi)外的較大溫差而形成不同的空氣密度差異，可綜合考慮建筑的豎向內(nèi)腔布置，促使空氣快速流動(dòng)。

4.3 變頻節(jié)能技術(shù)

空調(diào)壓縮機(jī)采用變頻節(jié)能技術(shù)，可有效地控制和調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。隨著房間逐時(shí)冷負(fù)荷的變化，變頻空調(diào)壓縮機(jī)可自動(dòng)進(jìn)行無級(jí)變速，使之處在能保障室內(nèi)溫度和濕度穩(wěn)定的最佳轉(zhuǎn)速。相比于常規(guī)的定頻壓縮機(jī)空調(diào)，變頻壓縮機(jī)空調(diào)可綜合節(jié)能30%以上。

在新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一些人員密度相對(duì)較大而且人員數(shù)量隨時(shí)間波動(dòng)變化較明顯的區(qū)域，可設(shè)置監(jiān)測(cè)二氧化碳濃度的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基于二氧化碳濃度來變頻控制新風(fēng)送風(fēng)量，并利用變頻風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)排風(fēng)量來保持室內(nèi)正壓環(huán)境。既能保證區(qū)域的新風(fēng)和溫度實(shí)時(shí)要求，又能降低綜合能耗。相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，新風(fēng)系統(tǒng)若按定頻風(fēng)機(jī)的固定新風(fēng)量送風(fēng)，則會(huì)浪費(fèi)較多的用于處理新風(fēng)的系統(tǒng)冷、熱量。

4.4 能量回收系統(tǒng)

在空調(diào)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的直流式新風(fēng)處理機(jī)直接輸送處理過的新風(fēng)，雖然室內(nèi)空氣品質(zhì)較高，但是，大量的新風(fēng)負(fù)荷會(huì)造成能源的大量消耗。帶有能量回收裝置的新風(fēng)處理機(jī)，將空調(diào)區(qū)域的室內(nèi)排風(fēng)和室外新風(fēng)分別接入高效換熱器芯體以產(chǎn)生傳熱。制冷工況時(shí)，室外新風(fēng)從室內(nèi)排風(fēng)中回收冷量；制熱工況時(shí)，室外新風(fēng)從室內(nèi)排風(fēng)中回收熱量。能源回收效率可達(dá)到80%以上。

4.5 部分負(fù)荷用能措施

空調(diào)系統(tǒng)處于部分負(fù)荷運(yùn)行工況的原因主要有：各區(qū)域空調(diào)使用時(shí)間的差異，例如，會(huì)議室、餐廳、局部的區(qū)域加班辦公；實(shí)際室外溫度的逐時(shí)變化；各區(qū)域室內(nèi)環(huán)境設(shè)置溫度與設(shè)計(jì)時(shí)的室內(nèi)計(jì)算溫度存在差異。在建筑空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，室外機(jī)負(fù)荷處在40%～70%的額定負(fù)荷之間的工況，時(shí)間大約為全年運(yùn)行總時(shí)間的70%以上。因此，空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注部分負(fù)荷工況下的節(jié)能效果。多聯(lián)式空調(diào)熱泵機(jī)組（見圖2），采用數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)技術(shù)或者變頻壓縮機(jī)技術(shù)，能夠根據(jù)建筑各區(qū)域的室內(nèi)實(shí)時(shí)冷熱負(fù)荷，調(diào)節(jié)制冷劑流量的大小和輸出功率的大小，具有較高的節(jié)能效果。

圖2 熱泵運(yùn)行原理示意圖

5 結(jié)語

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民收入的增加，我國居民對(duì)建筑的綠色生態(tài)品質(zhì)也提出了更高的要求。暖通空調(diào)的工程設(shè)計(jì)者應(yīng)充分考慮綠色生態(tài)理念，提升暖通空調(diào)系統(tǒng)與運(yùn)營環(huán)境工況的匹配度和實(shí)效性，采用各種最新的設(shè)備技術(shù)，促使暖通空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)營中更加節(jié)能環(huán)保，為我國的可持續(xù)發(fā)展、科學(xué)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。