淺析暖通空調(diào)水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

潘敏強(qiáng)

摘要 ：我國(guó)是世界上的電力大國(guó)，消耗的電能非常大，其中建筑耗能占四分之一，而建筑耗能大部分直接消耗在暖通空調(diào)系統(tǒng)上。為節(jié)約資源，提高資源利用效率，有必要對(duì)暖通空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前我們的暖通空調(diào)水系統(tǒng)普遍存在冷熱源負(fù)荷率低，運(yùn)行效率低，能耗高的缺點(diǎn)。為改善這一現(xiàn)狀，本文通過對(duì)比研究、綜合分析等方法，結(jié)合暖通空調(diào)水系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)以及實(shí)際要求分析得出暖通空調(diào)水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略，來(lái)保證暖通空調(diào)水系統(tǒng)的高效運(yùn)行，提高暖通空調(diào)水系統(tǒng)的工作效率，降低能耗。

關(guān)鍵詞 ：暖通空調(diào) 水系統(tǒng) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 策略

傳統(tǒng)的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中缺乏節(jié)能與低碳等觀念，在國(guó)家節(jié)能減排政策的要求下，沒有考慮節(jié)能的設(shè)計(jì)越來(lái)越不能滿足時(shí)代發(fā)展的要求。在建筑能耗中，很大一部分作用到了暖通空調(diào)系統(tǒng)，而在資源日益緊缺的今天，如何有效地降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的能耗問題，對(duì)暖通空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，合理優(yōu)化利用資源，是當(dāng)今我們亟待解決的重點(diǎn)問題。

一、暖通空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

隨著人們物質(zhì)生活的提高，生活中的暖通空調(diào)也得到了飛速的普及， 形成了多種多樣的暖通空調(diào)，其采用的基本原理都大致相同。暖通空調(diào)系統(tǒng)一般可以分為三大類型，全水系統(tǒng)，空氣/水系統(tǒng)，全空氣系統(tǒng)，其中全水系統(tǒng)具有較好的可控性和可操作性，尤其可以使用在改造的建筑空調(diào)系統(tǒng)中。然而，在暖通空調(diào)的水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， 通常沒有考慮到季節(jié)、空間位置、角度等參數(shù)，設(shè)計(jì)不夠精確合理，設(shè)計(jì)的功率大于實(shí)際需要的功率，造成了能量的浪費(fèi)，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.設(shè)計(jì)計(jì)量上存在問題

在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)上，往往給暖通空調(diào)名義情況下的工作負(fù)荷，是按照空調(diào)最大制冷量來(lái)考量主機(jī)和水泵的容量的，冷卻水泵的流量也是按照最大負(fù)荷的情況來(lái)選擇的，這就導(dǎo)致了一個(gè)問題的出現(xiàn)，在實(shí)際運(yùn)行中，暖通空調(diào)在90%的時(shí)間里都是在部分負(fù)荷下工作的，必然造成暖通空調(diào)中水系統(tǒng)出現(xiàn)大流量、小溫差的狀況，使水泵能量大量被浪費(fèi)。同時(shí)，暖通空調(diào)水系統(tǒng)的溫差變化，使得主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)變差、效率低、能耗高，進(jìn)而影響主機(jī)的使用壽命。

2.系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的缺失

在中央空調(diào)的設(shè)計(jì)過程中，主機(jī)和一些末端裝置上設(shè)計(jì)有自動(dòng)化控制，但缺乏中央空調(diào)的集中控制，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，如溫度和濕度的變化較大時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致能源的浪費(fèi)。此外，一般暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)都考慮最大的負(fù)荷余量，而通常系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷是變化的，一般80%左右，有時(shí)50%或者 30%，過渡季節(jié)時(shí)更少甚至停止運(yùn)行，這就需要主機(jī)能對(duì)水泵、風(fēng)機(jī)等動(dòng)力進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。變頻控制器可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、水泵的轉(zhuǎn)速，能夠調(diào)節(jié)系統(tǒng)負(fù)荷變化，在節(jié)能方面取得很好的效果，然而，在現(xiàn)實(shí)中，一般暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及選型沒有考慮安裝變頻控制器。

3.設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的忽視

沒有注重細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)不科學(xué)，給暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)了一定的困擾，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是在供水管道設(shè)計(jì)上，忽略了把建筑物當(dāng)作暖通系統(tǒng)的一部分。在實(shí)際中，窗戶上的供暖立管，地面通道上的水平管的鋪設(shè)，造成管路系統(tǒng)排氣不暢，引起暖通不通暢，形成氣堵。二是在供水的引入管上，往往采用單一的母管進(jìn)，而且分支管上忽略了閥門的安裝，對(duì)后續(xù)的維護(hù)與監(jiān)督帶來(lái)一定的困擾。三是供水支管阻力不平衡，系統(tǒng)阻力較大，導(dǎo)致了循環(huán)水泵揚(yáng)程過大，能耗量大，冷熱不均等情況的發(fā)生。

4.設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化不足

設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)入口時(shí)，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的設(shè)計(jì)者往往不考慮全局，只看室內(nèi)的空調(diào)效果，而忽略了空調(diào)供水管線的外部連接，使空調(diào)供達(dá)不到預(yù)期效果。此外，供水入口負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)也是極不合理，很多只是標(biāo)注了入口總管的負(fù)荷，卻忽略了分支管的負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，這給后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)和管理帶來(lái)了一定的難題。

二、暖通空調(diào)水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

1.設(shè)計(jì)前，掌握建筑物的詳細(xì)情況

由于建筑物竣工之后才可安裝相應(yīng)的暖通空調(diào)設(shè)備，所以，在空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)前應(yīng)該做好建筑物的布局分析，了解建筑物每個(gè)空間的使用功能，隨后才能更好地進(jìn)行暖通空調(diào)水系統(tǒng)的管道路線設(shè)計(jì)。因此，把握建筑物的詳細(xì)情況是優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提，如了解水泵房、控制室、空調(diào)機(jī)房、冷卻塔的空間位置等方面。

2.選擇雙級(jí)泵系統(tǒng)

開式系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生比較長(zhǎng)的水泵揚(yáng)程，會(huì)耗費(fèi)較大的能量。所以，在暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要摒棄開式系統(tǒng)，采用閉式的循環(huán)水系統(tǒng)。在閉式的循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常情況下，空調(diào)的供水系統(tǒng)大多采用單級(jí)泵系統(tǒng)。但是，由于單級(jí)泵系統(tǒng)的冷水和熱水都經(jīng)過同一根水管，熱水和冷水混搭在一起，這個(gè)過程中產(chǎn)生熱量的大量損失。因此，選擇雙級(jí)泵系統(tǒng)就可以很好的解決這個(gè)難題，而且方便負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)，有利于機(jī)組側(cè)運(yùn)行的穩(wěn)定，可以顯著節(jié)省水泵的電力消耗。

3.優(yōu)化多臺(tái)冷水機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行的效率

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中，普遍采用多個(gè)冷水機(jī)組共同使用的方式，把機(jī)組變?yōu)椴⒙?lián)的連接方式，優(yōu)化機(jī)組的并聯(lián)個(gè)數(shù)以及機(jī)組泵的功率。為提高多臺(tái)冷水機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行的效率，我們可以通過分析，找出影響暖通系統(tǒng)冷水機(jī)組運(yùn)行的因素，建立空調(diào)冷水機(jī)組電力能耗的優(yōu)化模型，進(jìn)而經(jīng)過模型求解使得聯(lián)合系統(tǒng)運(yùn)行的效率最優(yōu)。采用這種優(yōu)化方式，可以有效地進(jìn)行空調(diào)冷水機(jī)組功率的調(diào)節(jié) ，能夠最大限度降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的啟動(dòng)電流量， 減少不必要的電力消耗，同時(shí)還能增強(qiáng)冷水機(jī)組的運(yùn)行效率。

4.提高系統(tǒng)控制水平

當(dāng)前隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為暖通空調(diào)水系統(tǒng)的系統(tǒng)控制提供了很好的科技基礎(chǔ)。暖通空調(diào)系統(tǒng)可以通過利用電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)，把溫度、濕度等數(shù)據(jù)控制在科學(xué)合理的范圍內(nèi)，智能感應(yīng)室內(nèi)環(huán)境的變化，控制系統(tǒng)自動(dòng)地調(diào)節(jié)，來(lái)及時(shí)提高室內(nèi)空氣的品質(zhì)。

5.注重細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

一、在暖通空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化中，要著力改變主機(jī)匹配不當(dāng)，主干管布置不合理等方面的問題，管線配置變頻泵，減少冷熱水的壓力，分兩個(gè)系統(tǒng)逐步改管。二、還要根據(jù)溫度的變化，通過安裝電控閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此來(lái)能源。三、高低區(qū)域一定要分開，這樣不僅能夠節(jié)約能源，還可以減少后期的維修次數(shù)。四、優(yōu)選水泵，加大供水溫差，可以由5℃加大到8℃至10℃。同時(shí)，控制合理的水流流速，降低水泵揚(yáng)程，減少系統(tǒng)阻力，避免靜壓損失。

6. 加強(qiáng)節(jié)能設(shè)計(jì)

在暖通空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們可以將冷凝水和熱水進(jìn)行回收，與其他系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)使用。比如，我們可以在水系統(tǒng)中加入板式熱交換器，將熱水加熱到生活用熱的溫度。也可以在水系統(tǒng)中加入水源熱泵 ，減少燃料燃燒，避免有害物質(zhì)通過燃料燃燒排放到大氣中，既節(jié)能又環(huán)保。

三、結(jié)束語(yǔ)

暖通空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有很大的比重，空調(diào)水系統(tǒng)中存在的問題，絕大多數(shù)是由于設(shè)計(jì)上的缺陷造成的。同時(shí)，空調(diào)水系統(tǒng)的能耗占整個(gè)空調(diào)能耗的20%左右，在節(jié)能減排成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)下，我們應(yīng)該加大對(duì)暖通空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能關(guān)注，在暖通空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們需要在已有的暖通空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工程的具體情況，運(yùn)用現(xiàn)代高科技手段，綜合分析得出各種優(yōu)化的策略，降低暖通空調(diào)水系統(tǒng)的能量消耗，從而為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的持續(xù)開展做出貢獻(xiàn)。

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