建筑暖通空調節能降耗技術分析

邱慶齡

武漢商學院 機電工程學院 湖北 武漢 430056

在整個建筑生命周期中，綠色建筑可以為人類提供更加健康、高效、環保的居住空間，縮短人與自然的關系，而且還達到了節約能源和保護環境的目的。據統計，2018年中國建筑全過程能耗達到全國能源消費總量的46.5%，且有逐年上升的趨勢[1]；而暖通空調能耗在建筑能耗中占有主導地位，加之建筑暖通空調項目的節能減排設計、施工和使用過程中都還存在著許多亟待解決的問題。伴隨著我國暖通空調行業及相關技術的不斷發展，暖通空調節能降耗技術也越來越受到人們的重視。

1 暖通空調節能技術簡介

1.1 太陽能再生技術

對于太陽能本身而言，它是一種可再生能源，不僅具有很強的清潔性能，而且屬于可持續利用類型，太陽能是節能的主要研究類型之一。太陽能在暖通空調中被多方面應用推廣，其主要原因是為了推廣環保節能，減少碳排放。太陽能在建筑物 HVAC系統中，主要是通過科學利用太陽能，如提高循環處理系統的熱導率，以轉換用于實現能源獲取和加熱的用能需要[2]。

1.2 自然通風節能技術

在氣壓技術這方面的研究，我國處于中等水平，自然通風節能技術是指在房間里就可以顯著改善室內空氣質量。根據這一工作原理和優點，可以將這項技術應用到 HVAC 系統中。這可以顯著提高HVAC自動循環通風性能，同時也能達到節能的暖通空調運行的目的。

1.3 地源熱泵節能技術

該技術具有提高經濟效率的顯著效果，有較好的節能效應而被廣泛應用。地面源熱泵節能技術的應用對周圍環境沒有顯著影響，并且不會導致污染。如今，地源熱泵技術已經發展成為暖通空調設計技術中更成熟的類型，特別是在應用較普遍的北部地區，主要是通過串聯或者并聯方式輔助供熱，來發揮太陽能的輔助作用[3]，進一步提高了這種低品位熱源的利用率。

2 探討建筑暖通空調節能降耗設計的原則

2.1 操作便利和適應性的原則

為了讓 HVAC 系統適應不同氣候條件下的舒適性要求，HVAC 的設計應考慮到需要有更顯著氣候調節特征，在實際設計節能技術的過程中要始終堅持操作便利性的原則，這才是暖通空調技術被廣泛應用的前提。在設計時，可利用有效的現代先進技術，如建筑設備BAS集成技術應用，使得HVAC 系統的節能運行更為可靠。

2.2 經濟性設計原則

暖通空調節能設計要堅持經濟性原則，所謂的經濟，主要是指在設計過程中注重節能運用，如根據建筑負荷選擇主機時應考慮房間同時利用率的因素，總之，要滿足暖通節能的目的，降低能源消耗為根本，同時符合經濟化的理念，全面做好成本控制措施的具體方面[4]，這樣可以在運用暖通空調節能技術時，達到高效率、低成本的應用。

2.3 倡導循環綠色原則

暖通空調項目的降耗設計，是以達到節能為基本目的，其主要是為了將能源、資源利用最大化、合理化。比如在設計氣流組織時，需充分利用空氣動力循環作用，實現室內氣流組織的均勻分布，提高能量的有效利用，以便于達到節能的目的。此外，環保、綠色的暖通空調概念的深化，也應具體體現在暖通空調項目的全過程當中。

3 建筑暖通空調節能降耗技術及問題分析

3.1 提高暖通設計的高效科學性

暖通空調項目設計過程中，需及時了解行業最新規范與標準，以及新產品、新技術、新工藝的應用方法，以提高系統設計的科學性與嚴謹性。如在確定系統負荷時，由于暖通空調系統的設計通常遵循高負荷的指導方針，此時刻在實際運行中實現滿負荷有一定的困難系數，而且以滿負載運行時考慮系統的所有設備，因此在系統控制運行上，應采用更為精準的控制技術，以使HVAC系統的每個部分是在最適合的狀態運行，從而實現充分能源效率和節能的目的。

3.2 提高系統控制水平

一套合適的暖通空調控制系統可以顯著提高HVAC 系統的可靠性、減少碳排放，在技術飛速發展的時期，如今的建筑暖通空調和智能控制水平方面都得到了增強，熱和冷，溫濕度監控也很到位，載準確的運行過程中，整個操作系統以提 高系統的穩定性和可靠性更進了一步[5]。具有更高的可靠性數據信息可被用作于設備的操作和管理的可靠基礎，也有利于針對和實施設施的維護和管理工作，促使暖通空調系統始終處于最佳工作狀態，從而實現空調精準節能的目標。

3.3 加強系統運行的節能管理

在科學的設計、控制水平高、合理的布局、充分利用先進技術的基礎上，節能潛力可以有效地提高。在實際操作中，能量調節系統是節能潛力得以充分發揮的核心要素。通過先進的樓宇自動化控制系統的參數，可以實時在線監測動態調度，同時，也保護了空調系統的操作具有安全性、可靠性、節能性和經濟性的更高層次。所以加強系統運行設計的節能管理相當有必要。

3.4 優化熱循環和空調設計隱患

為了保證設備的熱循環和通風，可以提高系統的運行效率，提高設備的使用效率，例如，在烹飪過程中，由于能量的消耗，會導致大量的油煙排放，熱循環過程中，設備的排氣管和空調器布局，采用合理的排風和空調器，以保證燃燒物能夠最早的排出[6]。由于城市對建筑周圍的發展和規劃，一些建筑的地下空間用來停車，汽車停在地面上會造成不利于通風的問題，增加了環境能量的整體消耗和長期的危險，為了減少車輛對人體健康和零部件的溫度異常等現象，應對其環境的空調設計和通風系統進行了優化和裝置改進。

3.5 優化空調水循環系統

在管道的設計與施工中，應對管線進行適當的選取，確保其滿足水壓、溫度、耐腐蝕等條件。同時，在進行科學、完整的工程方案設計時，必須對工程的具體需求進行分析，尤其是管線的坡度、高度等重要設計指標，以達到合理、可行的目的，從而降低工程中的水循環故障[7]。排氣閥的設置和排氣閥的布置要與空調機的操作需求相一致。另外，要加強對水環境的凈化。在對空調系統的冷凝水進行回用時，必須嚴格按相關技術規范進行廢水的排放。

3.6 完善空調系統的保溫性能

暖通空調器的工作目標是處理建筑冷熱負載，其工作品質和節能效果主要依賴于其房間圍護結構的隔熱性能，以及空調系統冷熱管道的保溫性能。因此，對建筑維護及空調系統保溫問題進行妥善的處理，可以有效地減少能耗，提高空氣調節的品質。

3.7 經濟性問題

經濟性問題是建筑暖通空調設計中需要考慮的重點問題之一，目前使用的暖通空調系統不但要求節能環保，而且也要尋求性價比高的產品。因此在進行相關方案設計時，應充分考慮經濟性問題，這樣才能夠讓節能降耗能夠在經濟保障的情況下得到實現。在對暖通空調系統進行設計時，往往投資者對一次性投資內容比較關心，所以在對材料、設備以及管道上的相關投資進行重視的同時，還要對工程管理、安裝調試以及室外管線費用等相關因素進行綜合評價。

4 暖通空調系統節能現狀分析

4.1 設計人員與工程設計現場脫節

大多數工程設計人員工作繁重，處于完成任務而往往依據既往的經驗進行工程設計，因而會造成設計內容與工程現場不符，甚至有脫節現象發生；而且，不同專業之間缺乏有效的溝通，加之目前BIM技術并未人人普及，因此工程設計偏于保守，節能效果并不明顯，項目后期評估工作也不十分到位。

4.2 缺乏對暖通空調系統運行的有效管理

一旦建筑的功能改變后，原有的HVAC系統效能將會受到一系列影響，一般的物業管理公司在對樓宇進行經營和管理時，也無法對系統進行有效的節能運行管理，因而建議專業暖通空調運維公司對空調系統系統實施管理，而非物業管理公司運營。

4.3 忽略能源管理要求

雖然建筑業實現了快速發展，HVAC系統進行了節能設計，但仍然存在很多問題，由于建筑暖通空調項目的專業特性，如管理層忽視碳排放的環保要求，像暖通空調這樣的耗能大戶稍有不慎，就會造成較大的能源消耗。

4.4 節能改造潛力巨大

建筑暖通空調系統涉及的專業包含水、電、冷、熱、氣（汽）等多個領域，在日常的運行管理中，有很多的常規項目需要維護，針對節能降耗要求，淘汰一批老舊設備、改造一批耗能設備、更新一批智能設備、升級一套管理系統，整個市場保有量大，節能改造潛力巨大。

5 暖通空調節能技術的應用

5.1 變頻技術

通過可變頻率調節器改變壓縮機功率頻率，從而實現了制冷功率的調整，實現了連續的低速操作，避免了頻繁的起動壓縮機，以實現有效的節能。變頻技術在現代空調中的使用范圍越來越來廣泛與受歡迎，尤其在日本，變頻空調的應用已經進入千家萬戶，使用率高達 80%，相關研究表明，通過對壓縮機、風機以及泵上使用變頻調速裝置，可以達到節電 30%以上[8]，因此變頻技術在暖通空調領域具有先天優勢。

5.2 蓄冷技術

蓄冷技術是利用物質的顯熱或者潛熱特性儲存冷量，在需要的時候將冷量釋放出去供需求方使用的一種技術[9]。如冰蓄冷技術，利用夜間用電低谷負荷進行制冰，并儲存在蓄冰裝置中，白天將冰融化釋放儲存的冷量，來減少空調系統的裝機容量和電網高峰時段空調用電負荷，從而實現負荷轉移的目的。此類技術充分利用峰谷電價的差異，實現了能源的合理利用。

5.3 BAS系統中的能源管理

BAS樓宇自動化系統是以集中監視、控制和管理為目的而構成的綜合系統。系統通過能源計劃，能源監控，能源統計，能源消費分析，重點能耗設備管理，為業主和用戶提供安全、舒適、便捷高效的工作與生活環境，并分析建筑暖通空調能耗狀況，實現暖通空調節能應用[10]。

5.4 熱泵技術

熱泵通常是先從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經過電力做功，然后再向人們提供可被利用的高品位熱能，理論上其COP值可達到2.5-5，新型的熱泵技術可達6～8，能夠提供數倍于輸入耗能的能量輸出，可見其節能效果的顯著性。隨著燃煤鍋爐的退市，熱泵技術將會在越來越多的領域得到應用。

5.5 空調系統的性能提升

5.5.1 方案設計趨于合理化

從專業角度來講，暖通空調系統相對于其他同類系統及設備而言，其內部的構造較為復雜，只有經過科學合理的設計，才能在達到供熱或制冷目的的同時，進一步降低對環境的負面影響。也正是因為如此，提升空調系統的設計合理性就成了相關技術人員關注的重點；只有在設計環節對暖通空調項目全過程細節把握準確，對每個部位的節能降耗情況和滿荷載運行情況掌握清楚，才能確保各部分的荷載符合整個系統的耗能狀態，從而達到節能降耗的目標[11]。

5.5.2 系統節能控制智能化

暖通空調控制系統是節能降耗控制的核心，控制智能化水平的高低將直接決定該空調系統是否能夠在發揮正常功能的同時，將以什么樣的節能效率運行。因此，在此類空調控制系統中融入節能降耗技術，不僅可以將整個空調的運行效率有效提升，還能有效減少空調的碳排放量，從而進一步滿足用戶的要求。比如，該系統的水泵耗電量也可以因為該技術的應用大量降低，真正做到運行節能。

隨著科技發展，空調設備也越來越智能，空調內部結構的優化完善使其也逐漸具有了準確監測運行數據的功能，確保整個系統的正常穩定運轉。同時，反過來，監測到的數據信息越準確，那么可以為整個空調設備提供越準確的管理指令，確保相關工作人員準確了解空調的運行狀態，及時進行有效的維護，讓空調系統始終保持最佳的工作狀態。此外，暖通空調設備的整體布局也應當是相關設計人員關注的重點內容之一。要想實現節能降耗目標，除了應用相關技術，還可以利用位置優勢。例如，在安裝空調設備時，可以綜合考量建筑的整體朝向，以達到借助太陽能和風能的作用，這樣不僅可以利用自然資源，還可以降低空調的消耗。

5.6 變風量、變水量技術的運用

變風量和變水量技術是節能環保技術中的一個重要組成部分。變風量技術與以前的傳統技術相比可以大大節約能量，可以實現能源的可持續利用。它主要用空調中的風電感應裝置，實現對室內風量的調節，從而可以保證房間里面的溫度更舒適。變水量技術通過對水流量調節，使房間內的濕度適宜。這種變風量技術與傳統的定水量技術相比大約可以節約一大半的能源。根據暖通空調實際的運行情況，可以隨時隨地改變送風量和送水量，可以使資源充分利用。

6 結語

總之，在暖通空調領域實現節能降耗，能夠對我國的生態環境和經濟發展都有一定的促進作用，符合國家的能源國策。要想真正有效地促進人居環境的可持續發展，就必須對暖通空調系統進行有效的節能設計或節能改造，選用更加科學、合理的節能降耗措施，極大地提高暖通空調系統的節能效率，從而推動建筑行業的可持續發展。