暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能問題分析

曾志堅(jiān)

摘要：本文分析了現(xiàn)行暖通空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能方面存在的主要問題，提出了在暖通空調(diào)領(lǐng)域節(jié)能的方法與途徑，從而實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能，產(chǎn)生顯著的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)系統(tǒng)建筑節(jié)能維護(hù)結(jié)構(gòu)

0 引言

我國(guó)的節(jié)約能源法中指出，節(jié)能是指加強(qiáng)用能的管理，采取技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理以及環(huán)境和社會(huì)可以承擔(dān)的措施，減少?gòu)哪茉瓷a(chǎn)到消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)中的損失和浪費(fèi)，更加有效、合理地利用能源。節(jié)能還包括再生能源和新能源的開發(fā)利用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，空調(diào)已比較普遍地應(yīng)用于公共建筑和居民住宅，在改善人們生產(chǎn)生活條件的同時(shí)，也消耗了大量電能，能源和環(huán)境問題日益尖銳。

1 暖通空調(diào)領(lǐng)域節(jié)能的意義

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展迅猛，建筑能耗不斷增加，建筑能耗已經(jīng)占據(jù)社會(huì)總能耗的27％以上，有些地區(qū)已經(jīng)接近40％。而在建筑能耗里，用于暖通空調(diào)的能耗又占建筑能耗的30％-50％，且在逐年上升。隨著城市化進(jìn)程的加快和人民生活質(zhì)量的改善，暖通空調(diào)系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用，用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗也將進(jìn)一步增大，這勢(shì)必造成能源供求矛盾的進(jìn)一步激化。此外，現(xiàn)有的暖通空調(diào)系統(tǒng)所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源，其中電能占絕大比例。對(duì)這些能源的大量使用，使得地球資源日益匱乏，同時(shí)也帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題，隨著二氧化碳、氮氧化物、硫化物、煙塵等的排放增加，酸雨現(xiàn)象頻繁發(fā)生，對(duì)生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展造成了很大影響。根據(jù)暖通空調(diào)行業(yè)的研究成果，現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的能耗是驚人的，如果采用節(jié)能技術(shù)，現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能20％～50％是完全可能的。因此，在暖通空調(diào)系統(tǒng)中考慮節(jié)能意義重大。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能方面存在的主要問題

2.1 暖通空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)管理方面存在的問題 暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能有著重要的影響，然而，在實(shí)際工作中一些設(shè)計(jì)部門和設(shè)計(jì)人員并未給予足夠的重視，加之工程設(shè)計(jì)周期普遍較短，以及一些技術(shù)性問題沒有完全得到解決等原因，一些設(shè)計(jì)單位只求數(shù)量，忽視質(zhì)量，使得按設(shè)計(jì)施工完的系統(tǒng)不僅投資大，運(yùn)行能耗也相當(dāng)驚人，大大超過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，甚至有的公共建筑的暖通空調(diào)能耗占建筑總能耗達(dá)60％。此外，隨著對(duì)節(jié)能和環(huán)保要求的不斷提高，新的技術(shù)方案不斷涌現(xiàn)，每種技術(shù)方案往往都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。面對(duì)眾多的設(shè)計(jì)方案，由于考慮問題的角度不同，各方面的評(píng)價(jià)結(jié)果也往往不相同，甚至大相徑庭；由于缺乏科學(xué)的、客觀的設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)方法，設(shè)計(jì)人員往往無所適從，如何在眾多的設(shè)計(jì)方案中找到最合適的節(jié)能方案，是困擾暖通空調(diào)設(shè)計(jì)人員的重要課題。

2.2 暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理中的節(jié)能問題 在實(shí)際中，有些單位認(rèn)為設(shè)計(jì)施工達(dá)標(biāo)完成就可以了，因此不注意對(duì)暖通空調(diào)操作人員的培訓(xùn)，使得很多操作人員不具備必要的暖通空調(diào)基本理論常識(shí)，導(dǎo)致在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中不懂得根據(jù)人員的變化、室外參數(shù)的變化和實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，即使進(jìn)行調(diào)節(jié)，也具有隨意性和滯后性，由此造成大量的能量浪費(fèi)。據(jù)調(diào)查，同樣一套系統(tǒng)，管理人員不同，系統(tǒng)的能耗大不相同，有的甚至相差50％以上。

3 暖通空調(diào)領(lǐng)域節(jié)能的途徑與方法

3.1 改善建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)及其保溫性能，減少冷熱損失 建筑物及其圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)節(jié)能的影響主要有如下方面：

3.1.1 我們知道同樣形狀的建筑物，南北朝向比東西朝向冷負(fù)荷小，因此，合理的建筑物朝向的選擇是一項(xiàng)重要的節(jié)能措施。

3.1.2 對(duì)于相同體積的建筑物，建筑物體形系數(shù)(S=F/V)越大，則其外表面積越大，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱越多，空調(diào)冷負(fù)荷也越大。為節(jié)能起見，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量控制S，如果出于造型和美觀的要求需要采用較大S時(shí)，應(yīng)盡量增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻。

3.1.3 從建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、墻、樓板、屋蓋、地板等)傳入室內(nèi)的熱量中，外窗的傳熱量和太陽輻射占圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總傳熱量比例很大。因而要盡量減少外窗面積，并采取有效的遮陽措施，如選用特種玻璃、雙層玻璃和窗簾或遮陽板等。

3.1.4 對(duì)于暖通空調(diào)系統(tǒng)而言，通過維護(hù)結(jié)構(gòu)的空調(diào)負(fù)荷占有很大比例，而維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能決定維護(hù)結(jié)構(gòu)綜合傳熱系數(shù)的大小，亦即決定通過維護(hù)結(jié)構(gòu)的空調(diào)負(fù)荷的大小。因此，提高建筑物保溫性能是減少空調(diào)系統(tǒng)能耗的重要措施之一。以下措施可有效降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，從而降低能耗。①合理控制窗墻比。窗墻面積比是影響建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的主要因素。確定窗墻面積比要綜合考慮多方面的因素，其中主要因素是不同地區(qū)冬夏季目照情況f目照時(shí)間、太陽總輻射強(qiáng)度、陽光入射角1、季風(fēng)、室外溫度、室內(nèi)采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及外窗開窗面積等。一般外窗的保溫性能比外墻差很多，窗墻面積比越大，暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗越大。因此，應(yīng)在保證自然采光的前提下合理控制窗墻面積比，一般北側(cè)不大于25％，南側(cè)不大于35％，東、西側(cè)不大于30％。②采用新型墻體材料與復(fù)合墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)。在經(jīng)濟(jì)條件允許的前提下，采用墻體保溫材料對(duì)其進(jìn)行保溫處理。建設(shè)部從2006年起全面推廣墻體保溫材料，包括聚氨酯材料、膨脹聚苯板、擠塑聚苯板等。另外，可在垂直外墻面設(shè)置陽臺(tái)、挑檐等遮陽設(shè)施或采用淺色墻面、反射幕墻、植物覆蓋等措施，對(duì)外墻進(jìn)行太陽輻射隔離處理。為降低太陽輻射熱，可采用架空屋頂、通風(fēng)屋頂、蓄水屋頂、淺色屋頂、種植屋頂、冷屋頂?shù)取７N植屋頂即在屋頂種植綠色植物，既可遮陽、隔熱，又能通過植物的光合作用消耗轉(zhuǎn)化部分熱量，也起到了美化環(huán)境作用。③采用氣密性好的門窗以減少空調(diào)房間冷(熱)量滲漏，通過改進(jìn)門窗結(jié)構(gòu)，提高門窗氣密性，可有效防止室內(nèi)熱量的散失。其中，加設(shè)密閉條是提高門窗氣密性的有效手段。

3.2 采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行節(jié)能 輸配系統(tǒng)承擔(dān)的任務(wù)是將冷熱量及新風(fēng)從制冷站或空調(diào)機(jī)房輸送到房間。與住宅和一般性非住宅建筑不同，特別是大型公共建筑在暖通空調(diào)電力消耗中，60～70％由輸送和分配冷量、熱量的風(fēng)機(jī)、水泵所消耗。這是導(dǎo)致此類建筑能源消耗過高的主要原因之一。目前建筑系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)水泵的電力消耗包括集中供冷(熱)系統(tǒng)水泵電耗占我國(guó)城鎮(zhèn)建筑運(yùn)行電耗的10％以上，而這部分電耗有可能降低60～70％，因此，也應(yīng)是建筑節(jié)能的重點(diǎn)，尤其是大型公共建筑節(jié)能的主要途徑。隨著變頻技術(shù)的成熟，空調(diào)系統(tǒng)中的輸配設(shè)備，如水泵、風(fēng)機(jī)等，越來越多地采用這種技術(shù)進(jìn)行節(jié)能。

3.3 減少輸送系統(tǒng)的動(dòng)力能耗 動(dòng)力能耗主要是指空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中風(fēng)機(jī)和水泵所消耗的電能，采用科學(xué)的方法使之降低對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能有十分重要的意義。在工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐中常采用以下方法減少動(dòng)力能耗：

3.3.1 水系統(tǒng)采用大溫差。加大空調(diào)冷凍水系統(tǒng)及冷卻塔水系統(tǒng)的工作溫差，可以減少水量，以降低其輸送能耗，同時(shí)可以減小管徑，節(jié)約初投資。但要注意影響冷凍機(jī)換熱面積的大小，冷凍機(jī)COP的高低，冷卻塔造價(jià)的變化以及AHU(空氣處理機(jī)組)內(nèi)盤管排數(shù)的變化。提高送風(fēng)系統(tǒng)的溫差。與水系統(tǒng)一樣，當(dāng)采用冰蓄冷技術(shù)時(shí)，由于供水溫度低，送風(fēng)溫度也下降，使送風(fēng)的溫差增加，即低溫送風(fēng)方式。通過專門的誘導(dǎo)型風(fēng)口直接送風(fēng)或利用末端裝置內(nèi)風(fēng)機(jī)混合，以滿足入室送風(fēng)溫度。國(guó)內(nèi)已有很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，低溫送風(fēng)可以減小風(fēng)管及輸送動(dòng)力，但風(fēng)管的保溫應(yīng)予加強(qiáng)，末端送風(fēng)裝置亦應(yīng)防止結(jié)露。

3.3.2 低流速。水泵和風(fēng)機(jī)的功耗與管路系統(tǒng)中流速的平方成正比，采用低流速能取得較好的節(jié)能效果，且有利于提高水力工程的穩(wěn)定性。