節(jié)能減排理念下綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計方法研究

李小勇

摘 要：為控制建筑暖通空調(diào)的碳排放，以天水大劇院建筑為例，對綠色建筑暖通空調(diào)的節(jié)能優(yōu)化方法展開研究。設(shè)計暖通空調(diào)水系統(tǒng)水源泵技術(shù)參數(shù)，優(yōu)化節(jié)能減排理念下的空調(diào)水系統(tǒng)；采用30個～35個2 m2～2.5 m2的自動監(jiān)測和感應(yīng)開啟風(fēng)扇，通過在頂部安裝排風(fēng)裝置的方式，實現(xiàn)對建筑內(nèi)部環(huán)境通風(fēng)散熱的設(shè)計。實例應(yīng)用結(jié)果證明：該方法不僅實現(xiàn)建筑暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計，還有效控制暖通空調(diào)在投入使用后的碳排放，滿足建筑的綠色建設(shè)與發(fā)展需求。

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排理念；通風(fēng)散熱；優(yōu)化設(shè)計；節(jié)能；暖通空調(diào)

1 前言

在環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的大背景下，建筑暖通空調(diào)的綠色、節(jié)能發(fā)展需求日益強烈。因此，將綠色、節(jié)能、環(huán)保等思想引入建筑工程建設(shè)工作中，是十分有意義的工作[1]。2019年，國內(nèi)建成的建筑面積超過640億m2，隨著群體對建筑環(huán)保建設(shè)需求的增加，建筑面積正以每年40億m2速度增加。在建造過程中，為滿足建設(shè)施工需求，施工方會在建設(shè)中耗費大量的不可再生能源，排出一定量粉塵氣體與污水，對綠色建筑的發(fā)展起到抑制作用[2]。暖通空調(diào)運行耗能占建筑整體耗能的40%以上，參照我國綠色建筑評估標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)文件可知，暖通空調(diào)的高耗能問題已經(jīng)不符合建筑的綠色運營標(biāo)準(zhǔn)。為落實此項工作，本文以天水大劇院建筑為例，將節(jié)能減排理念作為背景，對綠色建筑暖通空調(diào)的節(jié)能優(yōu)化方法展開設(shè)計，助力建筑行業(yè)發(fā)展。

2工程概況

為實現(xiàn)對綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能的優(yōu)化設(shè)計，在開展相關(guān)研究前，對優(yōu)化對象的基本情況進行概述[3]。安排技術(shù)人員與本次研究試點工程的運營管理方進行交涉，總結(jié)該建筑的基本情況內(nèi)容如上表1所示。

本工程為一級負荷用戶（考慮到本項目在當(dāng)?shù)氐闹匾裕m當(dāng)提高了負荷等級），第二類防雷建筑物。市政為本項目提供雙路（雙回路）10 kV電源，本建筑內(nèi)地下一層設(shè)10/0.4kV變電所1座。本項目設(shè)有自備應(yīng)急柴油發(fā)電機組，在地下二層設(shè)置柴油發(fā)電機房1座。

3綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計

3.1節(jié)能減排理念下空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化

為實現(xiàn)對綠色建筑暖通空調(diào)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)在開展相關(guān)工作前，將節(jié)能減排理念作為依據(jù)，從空調(diào)水系統(tǒng)入手，展開如下設(shè)計。

應(yīng)明確其中的水系統(tǒng)采用一級泵雙管制設(shè)計方案，其中水泵與一體化自控裝置集成，實現(xiàn)對暖通空調(diào)運行狀態(tài)實時監(jiān)控，確保空調(diào)水系統(tǒng)的回水溫度在7℃～12℃范圍內(nèi)，供水溫度在45℃～50℃范圍內(nèi)。在優(yōu)化過程中，以最小運行成本收益最大和節(jié)能減排為目標(biāo)，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，公式為：

3.2建筑內(nèi)部環(huán)境通風(fēng)散熱設(shè)計

完成上述內(nèi)容設(shè)計后，優(yōu)化建筑內(nèi)部環(huán)境的通風(fēng)散熱環(huán)境。應(yīng)明確所選的工程項目整體采用大面積的玻璃屋頂，除水平方向的隔熱、吸音、遮陽等組合結(jié)構(gòu)外，仍有大面積的透明玻璃采光頂，有明顯的屋頂熱量聚集作用。

通過測量可知，夏季建筑頂部的累計溫度達到70℃～80℃。在建筑頂部每間隔5 m～10 m，安裝溫度傳感器，如果其中任意溫度傳感器檢測到的溫度＞50℃，或者任何輻射熱量傳感器檢測到熱輻射照度＞1 kW/m2，則頂部將開啟天窗、排氣扇進行通風(fēng)和散熱，降低建筑內(nèi)部環(huán)境的溫度。當(dāng)溫度感應(yīng)器的感知溫度下降到40℃時，自動關(guān)閉風(fēng)扇關(guān)掉，使用電動天窗自然通風(fēng)，達到暖通節(jié)能設(shè)計目的。在溫度傳感器的感知溫度＜30℃時，自動關(guān)閉電動天窗，防止空調(diào)能量消耗。

3.3綠色建筑暖通空調(diào)出水溫度節(jié)能控制

當(dāng)夏季溫度較高時，設(shè)定暖通空調(diào)出水溫度在6℃～8℃；當(dāng)夏季溫度較低時，設(shè)定水溫度在9℃～11℃；處于夏季過渡季節(jié)時，設(shè)計水溫度在11℃～13℃。在供冷階段，蒸發(fā)器供水溫度每提升1℃，則機組節(jié)能約3%。對冬季暖通空調(diào)出水溫度進行調(diào)節(jié)與控制，實現(xiàn)對綠色建筑暖通空調(diào)出水溫度節(jié)能控制。為實現(xiàn)該目標(biāo)，引入PID控制，PID控制結(jié)構(gòu)如圖2。

根據(jù)上述PID控制結(jié)構(gòu)，設(shè)計暖通空調(diào)出水溫度節(jié)能控制算法，公式為：

4節(jié)能效果分析

建立暖通空調(diào)與數(shù)據(jù)采集儀器間通信聯(lián)系，實時采集暖通空調(diào)運行工況。布置傳感器規(guī)格與參數(shù)如表3：

上述設(shè)計后，使用傳感器采集綠色建筑暖通空調(diào)運行參數(shù)，統(tǒng)計優(yōu)化前與優(yōu)化后的能耗，結(jié)果如圖3。

圖3可以看出，優(yōu)化后綠色建筑暖通空調(diào)耗能小于優(yōu)化前綠色建筑暖通空調(diào)耗能，說明設(shè)計優(yōu)化方法在實際應(yīng)用起到較好節(jié)能效果。

對優(yōu)化前與優(yōu)化后綠色建筑暖通空調(diào)的減排效益對比分析，應(yīng)明確優(yōu)化前的建筑暖通空調(diào)在投入使用后，其能源消耗類別包括電力與天然氣，而優(yōu)化后的建筑暖通空調(diào)在投入后，能源消耗類別只有電力，無天然氣消耗。對比建筑暖通空調(diào)減排效益，統(tǒng)計結(jié)果如下表4。

從表4可以看出，優(yōu)化后綠色建筑暖通空調(diào)減排量為145.86t，優(yōu)化后建筑能源消耗顯著少于優(yōu)化前的建筑暖通空調(diào)能源消耗。得到如下結(jié)論：本文提出節(jié)能減排理念下綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計方法在實際應(yīng)用中效果良好，該方法不僅實現(xiàn)建筑暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計，還有效控制暖通空調(diào)在投入使用后的碳排放，滿足建筑綠色建設(shè)與發(fā)展需求。

5結(jié)論

自現(xiàn)代化經(jīng)濟發(fā)展以來，建筑行業(yè)發(fā)展越發(fā)迅速，盡管建筑行業(yè)的發(fā)展一定程度帶動行業(yè)收益，但建成投入使用后的建筑能耗問題，成為阻礙產(chǎn)業(yè)建設(shè)與行業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的主要原因之一。本文通過空調(diào)水系統(tǒng)與風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化、建筑內(nèi)部環(huán)境通風(fēng)散熱設(shè)計、綠色建筑出水溫度節(jié)能控制，完成節(jié)能減排理念下綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計方法的研究。檢驗證明，可在降低建筑暖通空調(diào)能耗基礎(chǔ)上，減少空調(diào)運行碳排放，實現(xiàn)“節(jié)能減排”發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻

[1]邢國新.基于IPSO-Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗預(yù)測方法[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2022，41（04）：91-94.

[2]劉偉，李懷，黃巍，劉學(xué)良，等.基于TRNSYS模擬的某近零能耗辦公樓暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化配置分析[J].建筑科學(xué)，2022，38（04）：158-168.

[3]續(xù)晨，汪洪，王巍翔，等.暖通空調(diào)聯(lián)合站房運行診斷與節(jié)能改造淺析——以武漢某工業(yè)園區(qū)項目為例[J].建設(shè)科技，2022（Z1）：55-59+63.