建筑暖通空調(diào)的節(jié)能及優(yōu)化處理研究

于欣

北京市設(shè)備安裝工程集團(tuán)有限公司，北京，100066

0 引言

隨著改革開(kāi)放的深入推進(jìn)，我國(guó)不論是從國(guó)際地位還是從經(jīng)濟(jì)實(shí)力都有了翻天覆地的變化。最為顯著的就是改革開(kāi)放之后，我國(guó)在短短的幾十年時(shí)間里，基本已實(shí)現(xiàn)全面現(xiàn)代化城市建設(shè)的初期目標(biāo)，現(xiàn)在國(guó)家關(guān)注的重點(diǎn)是如何在初期計(jì)劃上繼續(xù)優(yōu)化城市建設(shè)、升級(jí)民生改造。為了滿足社會(huì)大眾的需求，暖通空調(diào)入千家萬(wàn)戶(hù)的計(jì)劃已經(jīng)全面開(kāi)展與落實(shí)。暖通空調(diào)在建筑中的應(yīng)用，一方面改善了人們的居住環(huán)境，另一方面也加速了能源的巨大消耗，這對(duì)環(huán)境保護(hù)而言有著較大的壓力。尤其是在節(jié)能減排計(jì)劃實(shí)施之后，暖通空調(diào)系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用更應(yīng)考慮這方面的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。在房屋建設(shè)中提升暖通空調(diào)的質(zhì)量和使用效果，不僅可以降低能源的消耗，同時(shí)還可以提升人們居住的環(huán)境質(zhì)量，這對(duì)于我國(guó)未來(lái)的發(fā)展有著非常重要的作用，因此值得推廣。

1 建筑暖通空調(diào)概述

暖通空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代化房屋建筑的重要組成部分，其作用主要是對(duì)整套建筑的采暖、通風(fēng)、空氣、居住環(huán)境進(jìn)行有效的控制與調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的品質(zhì)要求。在實(shí)際的工作中，暖通空調(diào)系統(tǒng)的工作原理主要是通過(guò)冷熱交替對(duì)房屋整體環(huán)境中的空氣進(jìn)行過(guò)濾、除濕、冷卻等處理，在空氣達(dá)到指定要求之后送入不同的空調(diào)房間。同時(shí)在不同的氣候條件下，根據(jù)季節(jié)變化抵消掉房間中的余熱和濕氣，使整個(gè)房間滿足正常的居住或工作情況下所需的溫度、濕度等要求。

在早期的建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者主要采用定流量水系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備末端的風(fēng)量進(jìn)行分檔分區(qū)域調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式比較簡(jiǎn)單且很難完全實(shí)現(xiàn)暖通系統(tǒng)的精準(zhǔn)把控。而現(xiàn)如今，隨著技術(shù)的不斷成熟，人們對(duì)環(huán)境舒適度的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的定流量水系統(tǒng)已經(jīng)不能很好地滿足現(xiàn)代化的建筑要求。這時(shí)建筑單位利用風(fēng)量系統(tǒng)和變水量系統(tǒng)，并借助相匹配的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、風(fēng)閥執(zhí)行器等多種暖通空調(diào)控制設(shè)備，進(jìn)行建筑環(huán)境系統(tǒng)溫度與濕度的精準(zhǔn)把控，同時(shí)再利用回收系統(tǒng)設(shè)備將通風(fēng)系統(tǒng)輸送出的物質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，就可以全面實(shí)現(xiàn)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的綠色、健康運(yùn)行，真正意義上實(shí)現(xiàn)節(jié)能及優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)[1]。

2 建筑暖通空調(diào)的節(jié)能與優(yōu)化處理原則分析

2.1 節(jié)能減排原則

所謂節(jié)能減排主要是指在原有建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備或技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使能源消耗量降低、能源回收率提升的一種方式。建筑行業(yè)本身對(duì)能源的消耗就比較大，因此，相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員在處理暖通空調(diào)系統(tǒng)工作上，必須遵守國(guó)家要求節(jié)能減排原則，并采取必要的節(jié)能技術(shù)或措施來(lái)提升能源的使用率。同時(shí)，還要遵守建筑規(guī)范的相關(guān)要求，盡可能地降低設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中排放物對(duì)周邊環(huán)境的污染和破壞。其次，要盡可能地利用空調(diào)系統(tǒng)中的傳感器、溫控器、調(diào)節(jié)閥、排放器等設(shè)備進(jìn)行節(jié)能控制，并對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行不定期升級(jí)優(yōu)化，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。最后，還要盡可能地使用一些自然能源，例如：太陽(yáng)能、空氣能、地?zé)崮艿榷喾N綠色可再生能源，這種方式可以大大節(jié)省傳統(tǒng)建筑對(duì)電力能源、化石能源等的消耗，從而提升建筑暖通空調(diào)節(jié)能目標(biāo)。

2.2 協(xié)調(diào)性原則

強(qiáng)調(diào)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性是建筑設(shè)計(jì)必須遵循的首要選擇，其原因在于，建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)不是單一的設(shè)備，它是由環(huán)境保護(hù)控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、空氣潔凈控制系統(tǒng)以及通風(fēng)與排氣等多個(gè)系統(tǒng)組合而成，它具有一定的特殊性和復(fù)雜性。因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就需要對(duì)整個(gè)建筑的多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行考察，并根據(jù)考察結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。首先，設(shè)計(jì)人員要全面了解整體建筑的特點(diǎn)，并對(duì)整體暖通系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃與分析。在充分了解各個(gè)環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上，結(jié)合節(jié)能減排的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)，使每個(gè)環(huán)節(jié)都可以匹配相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)[2]。其次，要遵循各個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，明確空調(diào)系統(tǒng)與各個(gè)控制系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)，從而做到暖通空調(diào)系統(tǒng)與建設(shè)、環(huán)境融為一體。

2.3 循環(huán)再利用原則

在建筑暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，除了要遵循節(jié)能與協(xié)調(diào)之外，還要遵循能源與物料的循環(huán)再利用原則。例如：在上述暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將循環(huán)功能設(shè)計(jì)進(jìn)去，并針對(duì)性增設(shè)多種應(yīng)急處理措施，使整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)成為一個(gè)良性的出入系統(tǒng)，使暖通空調(diào)節(jié)能利用率達(dá)到最高。

2.4 舒適性原則

暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最重要的一部分功能還體現(xiàn)在舒適性上，要知道建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)最終的受眾群體是民眾。因此，整套的系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅要體現(xiàn)通風(fēng)、保暖、除濕、排氣、調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度等作用，更重要的是要為人們的健康提供舒適、健康指數(shù)較高的空間環(huán)境，降低建筑本身對(duì)人體的傷害和對(duì)環(huán)境的破壞。

3 暖通空調(diào)能源消耗原因分析

3.1 暖通空調(diào)關(guān)鍵系統(tǒng)未能實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行

眾所周知，暖通空調(diào)系統(tǒng)是整個(gè)建筑體中的高能源消耗部分，因此，節(jié)能減排的前提是如何高質(zhì)量地提升暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在實(shí)際的暖通空調(diào)系統(tǒng)中，水泵、風(fēng)機(jī)、冷機(jī)、除濕機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)往往與建筑物主體存在細(xì)微偏差，只要這些偏差存在于正常規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，設(shè)備的運(yùn)行軌跡就不會(huì)被輕易改變。但是要是超出誤差值就會(huì)導(dǎo)致很多的系統(tǒng)癱瘓，從而造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

3.2 運(yùn)行開(kāi)關(guān)未能全面實(shí)現(xiàn)智能化管理

現(xiàn)代化社會(huì)當(dāng)中，很多企業(yè)已將智能化節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)與建設(shè)的實(shí)操環(huán)節(jié)中，暖通空調(diào)想要更好地提升其運(yùn)行效率，智能化開(kāi)關(guān)切換裝置就成為首選。首先，設(shè)計(jì)者要將智能化技術(shù)引進(jìn)到暖通空調(diào)的全部開(kāi)關(guān)上，從而提升開(kāi)關(guān)運(yùn)行的靈敏度。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中筆者發(fā)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)的自由切換可以通過(guò)感測(cè)裝置探測(cè)室內(nèi)溫度實(shí)現(xiàn)，當(dāng)室內(nèi)的溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，智能化探測(cè)裝置就會(huì)發(fā)出指令來(lái)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，這樣就可以有效地避免傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)造成的能源消耗或能源過(guò)度供應(yīng)情況發(fā)生。但就目前現(xiàn)狀來(lái)看，我國(guó)很多建筑企業(yè)在這方面的設(shè)計(jì)力度還有一定的差距，很多部分還處于半自動(dòng)狀態(tài)，因此就很難實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)全面智能化管理目標(biāo)。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏合理性

在建筑設(shè)計(jì)中，其主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是影響暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗的一個(gè)重要因素。例如：室內(nèi)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方位不合理、室內(nèi)采光不夠、通風(fēng)不暢、墻體承重位置不合理以及窗戶(hù)朝向等，這些問(wèn)題都是不容忽視的。在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)上如果想要全方位實(shí)現(xiàn)節(jié)能處理，首先，要注意的就是主體墻面的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)必須符合安全性與穩(wěn)定性。其次，玻璃幕墻的智能設(shè)計(jì)也要全面考慮能源均衡與環(huán)保節(jié)能的思想，如果建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理那就很容易造成暖通空調(diào)系統(tǒng)能源外內(nèi)流失不均，導(dǎo)致暖通空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差、能耗率增大[3]。

4 建筑暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)

4.1 熱回收技術(shù)

現(xiàn)如今，熱回收技術(shù)已經(jīng)全面應(yīng)用到建筑暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，而排風(fēng)熱回收則是目前我國(guó)建筑行業(yè)使用最為廣泛的一種節(jié)能減排形式。在設(shè)計(jì)中，人們?yōu)榱吮ＷC室內(nèi)空氣質(zhì)量，一般在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上增設(shè)排風(fēng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以很好地向室內(nèi)輸送一定的新鮮空氣，并將室內(nèi)的污濁空氣向外進(jìn)行轉(zhuǎn)換使空氣質(zhì)量達(dá)到平衡。正常情況下，一般夏天室內(nèi)溫度會(huì)比較高，這時(shí)就可以采用排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行新風(fēng)輸入，之后再與預(yù)冷裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排系統(tǒng)降溫。這種方式可以很好地降低新風(fēng)系統(tǒng)的負(fù)荷壓力，并將輸送出現(xiàn)的熱量進(jìn)行回收，從而降低空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗。

4.2 變頻技術(shù)

變頻技術(shù)是空調(diào)系統(tǒng)中最常見(jiàn)的運(yùn)行形式，它不僅可以滿足空調(diào)的正常使用，而且還可以提升整體暖通空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。最重要的是，該技術(shù)可以對(duì)現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的整體負(fù)荷[4]。以常用的變風(fēng)量空調(diào)進(jìn)行說(shuō)明：當(dāng)空調(diào)房的負(fù)荷值小于額定負(fù)荷指的時(shí)候，空調(diào)房中的溫度傳感器就會(huì)發(fā)出一定的信號(hào)，并將這些信號(hào)傳遞給房間變風(fēng)量末端，變風(fēng)量末端感知信號(hào)后會(huì)自動(dòng)關(guān)閉或調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的風(fēng)閥開(kāi)關(guān)，從而減少房間的送風(fēng)量。同時(shí)，變風(fēng)量末端中的風(fēng)閥一旦變小或關(guān)閉會(huì)引起主干風(fēng)管的壓力增大，空調(diào)機(jī)組則會(huì)根據(jù)主干分管的變化使風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻作業(yè)，風(fēng)機(jī)變頻的過(guò)程中會(huì)降低風(fēng)機(jī)的使用功率，因此可以節(jié)省很大一部分的電力能源。

4.3 太陽(yáng)能再生技術(shù)

太陽(yáng)能作為一種新型環(huán)保能源，已經(jīng)很好地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展中。對(duì)于建筑暖通空調(diào)節(jié)能而言，太陽(yáng)能的使用可以很好地降低傳統(tǒng)能源對(duì)建筑的危害，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能的建設(shè)目標(biāo)。但是由于太陽(yáng)具有一定的時(shí)間與天氣因素限定，想要實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)的有效轉(zhuǎn)化就必須在建筑暖通空調(diào)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)導(dǎo)熱循環(huán)系統(tǒng)。與其他能源不同，太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上主要采用循環(huán)控制器、加熱裝置、集熱器、換熱水箱等系統(tǒng)設(shè)備對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行集中采集，并將采集到的光能轉(zhuǎn)換成暖通系統(tǒng)所需的熱能，之后依次輸送到循環(huán)控制系統(tǒng)中與電子器對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行系統(tǒng)感應(yīng)與控制。

5 建筑暖通空調(diào)的節(jié)能優(yōu)化處理措施

5.1 在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)

暖通空調(diào)想要提高能源轉(zhuǎn)化率，就必須降低設(shè)備運(yùn)行中的能源消耗。首先，要優(yōu)化設(shè)備的流速設(shè)計(jì)，設(shè)備運(yùn)行流速越快風(fēng)機(jī)、水泵的運(yùn)行速度就越快，這樣能源消耗速度就越快。其次，強(qiáng)化溫差系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一個(gè)溫差運(yùn)行系統(tǒng)，這樣不同的溫差經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化可以很好地降低水量的使用率以及其他能耗量。最后，在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)上設(shè)計(jì)一個(gè)可載能介質(zhì)，這個(gè)介質(zhì)需具備水資源、新風(fēng)等資源的運(yùn)輸性能。在整個(gè)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，節(jié)能裝置的優(yōu)化和設(shè)計(jì)不僅可以提升空調(diào)系統(tǒng)的輸送效率，同時(shí)還可以降低整個(gè)建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)過(guò)程中的能源消耗[5]，實(shí)現(xiàn)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

5.2 強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)的合理性設(shè)計(jì)

首先，要提升建筑自身主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，明確暖通空調(diào)系統(tǒng)的安裝位置。其次，合理布置室內(nèi)外暖通空調(diào)系統(tǒng)的墻面結(jié)構(gòu)和墻體承重力度，減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的返工事件發(fā)生。其二，在原有基礎(chǔ)上升級(jí)和優(yōu)化傳統(tǒng)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不斷采用先進(jìn)的技術(shù)與軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化與改造，從而保證設(shè)計(jì)可以最大限度地展現(xiàn)節(jié)能理念。最后，實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)，要將建筑暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)與智能化、自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，從而提升節(jié)能系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5.3 科學(xué)、高效地進(jìn)行資源設(shè)計(jì)

隨著全球自然環(huán)境的不斷惡化，我國(guó)政府已將節(jié)能減排、綠色施工納入了綠色建筑評(píng)估工作中。在這種趨勢(shì)下，建筑暖通空調(diào)作為建筑施工中能源消耗最大的部分，首先，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要對(duì)該系統(tǒng)中的空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)等做出優(yōu)化設(shè)計(jì)，要杜絕傳統(tǒng)設(shè)計(jì)操作中可能出現(xiàn)的各種誤差。其次，要減少設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的能源消耗，要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，從而提升資源的使用效率。最后，要科學(xué)、高效地進(jìn)行資源配置設(shè)計(jì)，要將暖通空調(diào)系統(tǒng)的價(jià)值充分設(shè)計(jì)出來(lái)，從而為提升能源使用率、實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)奠定良好的基礎(chǔ)[6]。

5.4 強(qiáng)化地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

建筑工程中，地源熱泵系統(tǒng)主要被應(yīng)用到暖通空調(diào)的使用中，該系統(tǒng)具有非常好的制熱與制冷功能，它可以很好地發(fā)揮自身節(jié)能減排的優(yōu)勢(shì)，且對(duì)周邊環(huán)境和空氣沒(méi)有太大傷害。因此，設(shè)計(jì)人員可以在原有地源熱泵系統(tǒng)上，進(jìn)行設(shè)備保護(hù)與升級(jí)設(shè)計(jì)，并提升該系統(tǒng)在建筑行業(yè)上的使用率。其次，還可以提升該系統(tǒng)與其他節(jié)能系統(tǒng)的結(jié)合力度，如：提升地源熱泵系統(tǒng)在暖通空調(diào)運(yùn)行系統(tǒng)中的使用概率，強(qiáng)化該系統(tǒng)與冷卻塔的結(jié)合，優(yōu)化該系統(tǒng)與太陽(yáng)能采集技術(shù)和轉(zhuǎn)化技術(shù)的使用率，從而真正意義上為我國(guó)建筑節(jié)能環(huán)保事業(yè)發(fā)展添磚加瓦。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代化城市建設(shè)離不開(kāi)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)，因此，作為設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)時(shí)代發(fā)展不斷提升我們的設(shè)計(jì)能力。要積極地對(duì)建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，并不斷地將節(jié)能技術(shù)、智能管控技術(shù)融入每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從而真正意義上增強(qiáng)暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。