建筑暖通空調系統的節能設計要點研究

賀宇坤

(太原市建筑設計研究院，山西 太原 030002)

眾所周知，建筑業發展與國民經濟發展息息相關，因此我國始終都將發展建筑業作為一項重要任務。而近年來，隨著能源緊缺問題的日益嚴峻，如何在發展建筑業的同時減少能耗、節省能源成為了一項重要研究課題。基于此，有必要針對建筑暖通空調系統的節能設計問題展開深入研究。

1 建筑暖通空調系統的節能設計原則

1.1 功能達標原則

在建筑暖通空調系統的節能設計中必須要充分遵循功能達標原則。暖通空調系統是建筑電氣系統的重要組成部分，它的主要功能是為建筑室內提供采暖和進行通風、空氣調節，所以無論對暖通空調系統進行任何方面的設計，前提都必須要確保其達到相關功能標準。并且，由于不同建筑物和不同房間的采暖、通風、空氣調節標準各不相同，所以建筑暖通空調系統的節能設計還必須要與具體建筑物和房間的相關標準保持一致，在此基礎上不斷對系統進行完善和優化，以為用戶創造更加舒適和節能的環境。

1.2 綠色環保原則

在建筑暖通空調系統的節能設計中必須要充分遵循綠色環保原則。“節能”與“環保”通常不分家，在節能的同時可以提高環保效益，同樣在環保的同時也可以提升節能效果。尤其是自黨的18屆五中全會提出“綠色發展”理念后，建筑業的發展也必須要以綠色發展為基本理念。由此可見，綠色環保原則對于建筑暖通空調系統的節能設計至關重要。在綠色環保原則下進行建筑暖通空調系統的節能設計，不僅可以提高綠色能源利用率、減少排放，并且還能夠促進建筑業的可持續發展。

1.3 經濟適用原則

在建筑暖通空調系統的節能設計中必須要充分遵循經濟適用原則。之所以要對建筑暖通空調系統進行節能設計，一是為了節省能源，二是為了減少能源花費以降低成本，但如果為了實現節能目的而導致成本增加的話，則無疑是本末倒置。所以，在建筑暖通空調系統的節能設計中應選擇經濟適用的節能方法，而不能一味為了實現節能目的而采取成本高昂的措施或工具。

1.4 以人文本原則

在建筑暖通空調系統的節能設計中必須要充分遵循以人文本原則。“以人為本”是科學發展觀的核心，是以實現人的全面發展為目標，重視人的需要，強調對人的充分尊重、理解和支持。建筑暖通空調系統本質是為建筑中的“人”提供服務的一個系統，所以在建筑暖通空調系統的節能設計中，應遵循以人文本原則，盡量滿足人的基本需求和尊重人的個性。

2 建筑暖通空調系統的節能設計措施

2.1 應用地源熱泵技術

在建筑暖通空調系統的節能設計中，通過應用地源熱泵技術，能夠有效實現節能目的。地源熱泵可將低品位熱能轉換為高品位熱能，其主要是以各類水資源(地下水、水庫水、江河湖海水等)和土壤源充當冷熱源。同時，地源熱泵還能夠通過吸收建筑本身的熱量來降低其溫度。地源熱泵裝置具體又有三種類型：地埋管型、地下水源型、地表水源型。其中，建筑暖通空調系統中最常用的當屬地埋管型，其包括埋管和換熱器兩部分，主要原理是通過介質循環來進行傳熱。總結而言，地源熱泵的特點主要有以下三點：一是可再生性特點，地源熱泵的夏季降溫與冬季供暖功能均是利用可再生能源實現的；二是環保節能特點，地源熱泵對自然環境的污染小而且可節省大量電能；三是便于維護特點，地源熱泵的部件多是布置在室內或者地下，且少有機械運動部件，多為自動化部件，耐久性好，壽命長，便于維護。此外，基于我國南北方土壤熱量程度不平衡的現狀，在建筑暖通空調系統節能設計中實際應用地源熱泵技術之時，應靈活地根據不同地區的不同氣候特征來對熱泵供熱進行調整。

2.2 應用變頻節能技術

在建筑暖通空調系統的節能設計中，通過應用變頻節能技術，能夠有效實現節能目的。在變頻節能技術下，當暖通系統的負荷出現增加時，可以根據荷載的實際情況，借助水泵及變頻調節設備等來適當減少能量的生成，從而節省能源。根據相關研究顯示，通過在建筑暖通空調系統中應用變頻節能技術，約能夠使建筑暖通空調系統節約45%的能源消耗。舉例冷凍水泵進行分析：冷凍水泵在正常運行的情況下，其余量設計標準要求達到12%，在長時間運行狀態下其往往都保持著最大水流量，而受季節溫度變化影響，其實際負載往往會低于預定負載，基于此，以往一般需要將溫度設置在8℃左右，從而大大增加了能耗；但應用變頻節能技術后，則能夠智能化管理冷凍水泵流量，以減少能耗。

2.3 應用余熱循環技術

在建筑暖通空調系統的節能設計中，通過應用余熱循環技術，能夠有效實現節能目的。余熱循環技術是一種新型節能技術，其主要原理是基于熱傳遞效應、借助循環系統，使余熱從某部分傳遞到其他部分。將余熱循環技術應用到建筑暖通空調系統中，既能夠顯著減少暖通空調系統能耗，又能夠顯著減少暖通空調系統在運行過程中產生的空氣污染。由于動力系統與熱傳輸系統的回路各不相同，因此其能夠有效避免在熱傳遞過程中液體受放射性影響而產生動力回路污染。

2.4 優化熱工性能

在建筑暖通空調系統的節能設計中，通過優化熱工性能，能夠有效實現節能目的。建筑暖通空調系統的最重要功能之一是保溫，為保證建筑暖通空調系統充分發揮出保溫功能，往往需要消耗大量能源；基于此，若想減少暖通空調系統能耗，則需要設法減少其保溫能耗。在實踐中，首先需要充分考慮各種溫度影響因素，如建筑朝向、形體系數、保溫性能等；其次需要積極應用各種新型保溫材料和保溫技術，例如可以在建筑暖通空調系統中應用地板輻射采暖技術，并合理選擇門窗材料，以優化熱工性能，減少熱量損耗。

2.5 設法減少能量傳輸損耗

在建筑暖通空調系統的節能設計中，通過設法減少能量傳輸損耗，能夠有效實現節能目的。通常在建筑暖通空調系統運行中需持續性應用某些能源，這些能源在傳輸過程中往往會受各種因素影響而發生許多損耗，從而引起能源浪費。針對該問題，應采取相關措施減少其能量傳輸損耗，以節約能源。具體來說，首先，應合理選用保溫性能良好的材料；其次，應利用計算機軟件實時計算室內空氣參數，并據此對暖通空調系統進行靈活調節；再者，應優先選擇輸送性能良好的系統，最大化提高系統輸送能力；最后，還應盡量減少管路材料用量并縮短管線距離。

2.6 優化暖通自控系統設計

在建筑暖通空調系統的節能設計中，通過優化暖通自控系統設計，能夠有效實現節能目的。暖通自控系統的主要作用是對暖通空調系統進行自動化調節和控制，當建筑暖通空調系統中設計應用了暖通自控系統后，其節能效果會得到更明顯的提升。在具體設計中，一般除應用螺桿式冷水機組的區域外，均可采用一次泵負荷和冷熱源側定流量系統，在供回水總管內和回水管上分別設置壓差旁通裝置和電動二通閥，在新風管、排風管及回風管上設置溫濕度傳感器與電動風閥。再者，暖通自控系統可采取多工況空調運行模式來對風機和電動閥門進行實時控制，以進一步提高系統運行效率、減少能耗。

2.7 將供熱、采暖、通風技術與節能技術有機結合

在建筑暖通空調系統的節能設計中，通過將供熱、采暖、通風技術與節能技術有機結合，能夠有效實現節能目的。就供熱、采暖、通風技術這三類技術本身而言，它們的應用能夠顯著改善建筑室內環境，但另一方，三者的能源消耗也通常較高；不過，若是將三者與節能技術有機結合進行應用的話，則能夠在保證它們基本功能的同時，有效節省能源。在實踐中，首先在供熱技術的應用中，可以塑料外殼管道取代過去的輸配管道，從而提升熱保溫效果、擴大適用范圍、節約成本；其次在采暖技術的應用中，可以地熱能、太陽能等清潔能源的應用取代傳統電能供暖方式，從而節省能源、減少碳排放量；再者在通風技術的應用中，可以新風轉化模式取代風機盤管直接接通新風模式，從而提升通風效果、保證二氧化碳濃度達標。

3 建筑暖通空調系統的節能設計要點

3.1 供暖系統節能設計

過去一些建筑中往往是采用散熱器等供暖設備來進行單一供暖，而散熱器等供暖設備的系統運行能耗較高且空間布置難度較大，既不利于節約能源，又容易給建筑使用功能造成不利影響。因此，在建筑暖通空調系統節能設計中，應重點進行供暖系統節能設計。一般常用的供暖系統節能設計措施是：在供暖系統中同步配置散熱器與空調，使兩者進行主次供暖；同時，根據建筑結構特點與實際供暖需求，對供暖管路的布局方案進行合理優化，盡量縮短管路距離，優先選擇立式單雙管布置形式或者垂直隔斷布置形式。通過供暖系統節能設計，既能夠大大提高熱能使用效率、減少能耗，又具有供暖效果好、成本低廉、使用靈活等優點。

3.2 冷凍水系統節能設計

冷凍水系統的能耗占建筑暖通空調系統能耗的較大比例，因此冷凍水系統節能設計乃是建筑暖通空調系統節能設計的重中之重。冷凍水系統節能設計的基本思路是：通過合理調整水泵運行工況以提高其負荷變化適應能力，使其能夠在部分負荷運轉工況下有效滿足實際運行需求。具體的冷凍水系統節能設計措施主要有：控制閥門開啟度、設置變頻水泵設備、優化多水泵葉輪直徑、調整冷卻塔設備運行參數等。在實踐中，應結合實際情況綜合運用多種冷凍水系統節能設計措施，以使之節能效果達到最優化。

3.3 通風系統節能設計

通風系統是建筑暖通空調系統的重要組成部分，因此在建筑暖通空調系統的節能設計中，通風系統節能設計是不容忽視的一方面。在具體的通風系統節能設計實踐中，應對通風系統形式進行合理選擇。首先，當建筑面積較大時，宜優先采用全空氣空調系統，并設置變風量末端裝置，從而根據實際需求來有效調節建筑室內各區域與房間的送風量，減少風機與制冷機組的運行能耗，達到良好的節能效果；其次，針對高大空間建筑，可基于送風射流卷吸原理進行分層空調系統設計，即在垂直方向上將建筑區域劃分為一個空調系統，分層面為送風口中心線，分層面上部為非空調區域、下部為空調區域，由于非空調區域的溫度比空調區域的溫度高，所以兩個區域會持續形成對流與輻射熱轉移負荷，起到節省冷量的效果；再者，結合實際情況靈活應用單區、雙風道及多區再熱等通風系統形式。此外，在通風系統節能設計中還應積極采取多元化通風手段，例如通過調整建筑外窗的數量、分布位置及面積占比等來進行通風節能；在過渡季節采用自然通風、機械通風等方式來進行通風節能。

3.4 建筑圍護結構保溫性能設計

建筑本身的圍護結構保溫性能，也在很大程度上影響著建筑暖通空調系統的能源消耗水平，若建筑圍護結構保溫性能良好，則能夠大大減少能源消耗。目前在我國最常用的建筑圍護結構保溫技術是外墻保溫技術，其具體又有無機保溫砂漿外墻保溫、膠粉聚苯顆粒外墻保溫、聚苯乙烯擠塑板外墻保溫、膨脹聚苯板薄抹灰系統外墻保溫、聚苯板澆筑成型外墻保溫等多種類型。通過合理的建筑圍護結構保溫性能設計，既可以顯著降低建筑的采暖負荷，又能夠滿足建筑室內環境的溫度調控要求，從而有效實現節能目的。

4 結 語

綜上所述，在建筑暖通空調系統的節能設計中，必須要充分遵循功能達標原則、綠色環保原則、經濟適用原則以及以人文本原則；具體的建筑暖通空調系統節能設計措施主要有應用地源熱泵技術、應用變頻節能技術、應用余熱循環技術、優化熱工性能、設法減少能量傳輸損耗、優化暖通自控系統設計以及將供熱、采暖、通風技術與節能技術有機結合等；而在實踐中應重點進行供暖系統、冷凍水系統、通風系統節能設計及建筑圍護結構保溫性能設計。