探討暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)與措施

【摘要】建筑工程的發(fā)展帶來了大量的配套技術(shù)的發(fā)展。其中暖通工程就是建筑工程中不可忽視的一項(xiàng)施工內(nèi)容。暖通工程主要為提高人們居住及辦公的舒適度，因此消耗了大量的資源。筆者結(jié)合當(dāng)前暖通工程中空調(diào)設(shè)計(jì)和施工中存在的問題，對(duì)暖通工程節(jié)能設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了分析和闡述，希望能提高暖通空調(diào)的節(jié)能能力，實(shí)現(xiàn)資源保護(hù)和節(jié)能降耗的社會(huì)目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】暖通工程；節(jié)能降耗；空調(diào)設(shè)計(jì)；施工技術(shù)；優(yōu)化措施

【Abstract】Development of construction projects has brought a lot of supporting the development of technology. One is the construction of HVAC engineering construction projects can not be ignored content. HVAC works mainly to improve the comfort of people live and work， and therefore consume a lot of resources. The author with the current problems in air conditioning HVAC engineering design and construction in the presence of energy-efficient HVAC engineering design problems are analyzed and explained， hoping to improve the HVAC energy saving ability to achieve social objectives of resource conservation and energy saving.

【Key words】HVAC engineering； energy conservation；Air-conditioning design；Construction technology；Optimization measures

1. 前言

隨著當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平日益提高，所以對(duì)居住及生活環(huán)境的要求也在不斷提升。其中暖通空調(diào)的大規(guī)模應(yīng)用就是當(dāng)前建筑工程的一項(xiàng)特點(diǎn)。但是由于我國(guó)在資源的儲(chǔ)量和開發(fā)量上有著較大的差異，導(dǎo)致我國(guó)資源緊張狀態(tài)依舊沒有改變。每當(dāng)冬夏兩季到來，用電量達(dá)到高峰，暖通空調(diào)都會(huì)對(duì)電力資源帶來較大的負(fù)擔(dān)。所以在暖通空調(diào)中增加節(jié)能設(shè)計(jì)成為當(dāng)前暖通空調(diào)節(jié)能減負(fù)的重要內(nèi)容。

2. 暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)中存在的問題

當(dāng)前建筑工程中暖通工程在節(jié)能實(shí)際使用中并沒有達(dá)到完全的節(jié)能效果，主要原因和表現(xiàn)如下：

2.1設(shè)計(jì)人員重視程度不夠， 技術(shù)能力不足。

事實(shí)上，無論是工業(yè)建筑還是民用建筑，暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)人員的技術(shù)能力決定了暖通工程的節(jié)能效果。但是在當(dāng)前的建筑工程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)于暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)方面重視程度明顯不夠。這就導(dǎo)致我國(guó)建筑工程中的暖通空調(diào)雖然前期投資較小，但后期使用能耗較高。如果長(zhǎng)時(shí)間使用，將增加建筑工程的能源負(fù)擔(dān)。同時(shí)，作為暖通空調(diào)的技術(shù)設(shè)計(jì)人員，不僅需要精通本專業(yè)的知識(shí)，還需要了解相鄰專業(yè)的知識(shí)，比如生態(tài)規(guī)劃、水資源利用和循環(huán)工程、能源工程、電氣自動(dòng)化、景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、再生資源利用等專業(yè)。但是在當(dāng)前的暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)中，這些專業(yè)知識(shí)沒有得到很好地融合。導(dǎo)致暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)具有一定的專業(yè)偏差。體現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員技術(shù)能力的不全面。

2.2節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)能力相對(duì)落后。

在當(dāng)前的暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)中，雖然表面上提倡節(jié)能降耗的設(shè)計(jì)理念，但是在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，由于經(jīng)濟(jì)成本、施工技術(shù)能力等原因，設(shè)計(jì)師的節(jié)能理念和設(shè)備的節(jié)能技術(shù)設(shè)計(jì)會(huì)被限制。暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，需要考慮空調(diào)設(shè)備對(duì)周圍環(huán)境的影響、對(duì)資源的消耗和利用程度、以及空調(diào)與建筑工程的結(jié)構(gòu)融合度等因素，所以要從整體進(jìn)行考慮。但是我國(guó)目前許多工程，建筑工程的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)部分在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，沒有與暖通空調(diào)工程師進(jìn)行良好的溝通。這造成如果在工程后期進(jìn)行節(jié)能改造，不僅要耗費(fèi)資金成本，還會(huì)增加工程量。出于工期和施工技術(shù)能力等因素考慮，設(shè)計(jì)師只能按照傳統(tǒng)的暖通工程設(shè)計(jì)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，許多節(jié)能設(shè)計(jì)理念無法加入到工程中。

2.3節(jié)能評(píng)價(jià)的不統(tǒng)一。

近年來，市場(chǎng)上關(guān)于空調(diào)節(jié)能的理論逐漸增加。這給暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)帶來了一定的新思路和新理念。但是不可否認(rèn)的是，暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)并不是依靠幾個(gè)新的設(shè)計(jì)思路就能實(shí)現(xiàn)的，而需要大量的節(jié)能實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)并取得相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)報(bào)告和權(quán)威評(píng)價(jià)。但是當(dāng)前我國(guó)在節(jié)能領(lǐng)域的市場(chǎng)評(píng)價(jià)上還存在一定的不足。不少企業(yè)以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為節(jié)能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)用于市場(chǎng)宣傳，這給暖通工程設(shè)計(jì)者帶來了一定的困擾。由于機(jī)器設(shè)備節(jié)能能力與工程節(jié)能設(shè)計(jì)不匹配造成的暖通空調(diào)整體工程節(jié)能能力下降已成為行業(yè)內(nèi)的“隱藏的真相”。所以要想真正實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)，需要對(duì)節(jié)能評(píng)價(jià)和市場(chǎng)上空調(diào)設(shè)備的節(jié)能能力進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3. 暖通空調(diào)系能設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

3.1合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)。

對(duì)于暖通空調(diào)的節(jié)能降耗，需要設(shè)計(jì)人員從建筑整體角度著手，綜合考慮建筑的結(jié)構(gòu)與室內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)。從而合理的、科學(xué)的、高效的對(duì)建筑物暖通工程進(jìn)行設(shè)計(jì)。暖通空調(diào)主要是實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)化，包括調(diào)控室內(nèi)空氣質(zhì)量、合理調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度等。暖通空調(diào)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)決定了其消耗能源的大項(xiàng)是室內(nèi)制冷。由于我國(guó)北方地區(qū)冬季實(shí)行集中供暖，室內(nèi)制熱主要在南方應(yīng)用。合理調(diào)整室內(nèi)冷熱符合是空調(diào)參數(shù)選擇的主要內(nèi)容，也是節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。所以，在暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)中，要結(jié)合建筑物的室內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、空氣流通和循環(huán)能力以及建筑物墻體的保溫能力等參數(shù)。合理計(jì)算建筑物熱量流失散發(fā)的具體數(shù)據(jù)，以最小的能耗保證室內(nèi)溫度需求，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

其中，在暖通空調(diào)熱力系統(tǒng)入口位置設(shè)計(jì)熱量分布計(jì)算表，進(jìn)行冷熱總量計(jì)算：

QT=QS+QL

QT=H·m·L（h1-h2）

其中：QT是空氣熱量總數(shù)；QS是室內(nèi)顯熱量，QL是室內(nèi)隱熱量；m是空氣密度比重，大約在12.6Kg/m3左右，h1 是空氣初焓值；h2是空氣終焓值。根據(jù)房屋建筑材料的參數(shù)，設(shè)置合理的保溫區(qū)間，并且結(jié)合計(jì)算出的冷熱總量設(shè)置空調(diào)的啟動(dòng)值，以降低空調(diào)的電力消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。所以，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合建筑物的地理位置、建筑物建筑風(fēng)格和建筑材料、房屋的冷熱總量，合理搭配調(diào)整建筑物的暖通空調(diào)冷熱負(fù)荷，明確周邊環(huán)境參數(shù)對(duì)節(jié)能的效應(yīng)，盡可能設(shè)計(jì)出以暖通空調(diào)帶動(dòng)建筑物整體保溫的節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.2提高使用高效率的空調(diào)設(shè)備和設(shè)計(jì)思路。

隨著技術(shù)的發(fā)展，空調(diào)的效率逐漸出現(xiàn)了較大的差異。在市場(chǎng)上，節(jié)能效率較高的空調(diào)價(jià)格高于節(jié)能效率較低的空調(diào)。但是消費(fèi)者由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)能力和信息不對(duì)稱等因素通常做出不科學(xué)的選擇。因此設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)工程的時(shí)候，應(yīng)推薦選擇節(jié)能效率較高的空調(diào)設(shè)備。對(duì)于熱交換器、水泵、風(fēng)機(jī)等等設(shè)備，也需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇，以提高系統(tǒng)的整體節(jié)能效率。同時(shí)，對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和開放端口，需要進(jìn)行科學(xué)的循環(huán)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以防止陷入冷熱風(fēng)循環(huán)低效率造成的能源高消耗陷阱。

3.3大力提行節(jié)能新技術(shù)的使用。

3.3.1環(huán)保能源的使用。

近年來，新能源的使用方式日益增加，因此暖通空調(diào)在設(shè)計(jì)的過程中也需要結(jié)合建筑物所在的地理環(huán)境，增加對(duì)新能源的使用程度。地?zé)崮茏鳛橐环N清潔高效的新能源，可以在暖通空調(diào)中廣泛運(yùn)用。利用地?zé)釤嵩幢茫疚盏叵律顚哟蔚臒嵩?，夏季向下釋放熱量，不僅可以實(shí)現(xiàn)熱能的交換，也可以減少能源消耗，降低有害物質(zhì)的排放。再有就是對(duì)太陽能的利用。我國(guó)不少地區(qū)已經(jīng)興建了太陽能發(fā)電站，太陽能是一種已經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間開發(fā)的環(huán)保能源，在太陽照射時(shí)間長(zhǎng)、日光強(qiáng)烈的區(qū)域集中發(fā)電，用于暖通工程，可以降低對(duì)自然資源的消耗，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)暖通空調(diào)的能耗環(huán)保改造。以高層住宅為例，可以在樓板東西立面以及樓頂層安裝光伏電池板，固定太陽能電池板的鋼結(jié)構(gòu)，和樓體承重結(jié)構(gòu)緊密連接在一起，由專業(yè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝，并經(jīng)過了苛刻的重載荷和風(fēng)載荷實(shí)驗(yàn)，安全可靠。光伏太陽能板發(fā)電性能強(qiáng)大，發(fā)電成本較低。此外，太陽能電池板還可以起到美觀裝飾的作用。此外，根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，對(duì)于太陽能發(fā)電享有電能補(bǔ)貼的政策，作為輔助熱源用于電力消耗較大的暖通空調(diào)，可以彌補(bǔ)一定的電力費(fèi)用空缺，使消費(fèi)者和空調(diào)制造廠商以及建筑開發(fā)單位均獲得好處。

3.3.2輻射空調(diào)技術(shù)。

（1）輻射空調(diào)是基于輻射供暖的設(shè)計(jì)理念，將暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)上升到一個(gè)新的層面。輻射供暖（冷）是通過提升或者降低建筑物內(nèi)部多層表明的溫度，營(yíng)造穩(wěn)定的冷熱輻射面來進(jìn)行冷熱交換的一種空調(diào)結(jié)構(gòu)。輻射面可以設(shè)置在墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，也可以安裝在天花板的表面上，通過提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)設(shè)備表面的溫度來實(shí)現(xiàn)空氣對(duì)流換熱，達(dá)到室內(nèi)溫度轉(zhuǎn)變的效果。通過實(shí)驗(yàn)調(diào)查，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，輻射換熱的效率比普通空調(diào)換熱效率增強(qiáng)50%以上，也就是具有顯著的節(jié)能效果。

（2）以日本為例，雖然其暖通空調(diào)的技術(shù)稍遜于美國(guó)，但節(jié)能意識(shí)冠居全球首位。在日本的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，節(jié)能意識(shí)早已融入設(shè)計(jì)的全過程。在建筑工程中，設(shè)計(jì)師就有意識(shí)的與暖通工程設(shè)計(jì)師進(jìn)行合理的溝通，依據(jù)日本法律規(guī)定的《節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)建筑工程的暖通工程部分進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，充分預(yù)留了暖通空調(diào)節(jié)能改造的空間。如東京著名節(jié)能建筑Grand Front，其暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)與室內(nèi)設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合在一起。在室內(nèi)安裝了節(jié)能效果較強(qiáng)的輻射空調(diào)（見下圖），輻射空調(diào)與普通空調(diào)相比并非依靠調(diào)整設(shè)定室內(nèi)溫度，而是通過輻射調(diào)節(jié)人體體感與室內(nèi)溫度來實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。建筑物的商業(yè)辦公室中，導(dǎo)入了可以對(duì)頂棚、地板、窗戶及整個(gè)空間的輻射環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)的空調(diào)系統(tǒng)。同時(shí)，室內(nèi)也使用了自然冷空氣交換設(shè)計(jì)，利用地下水及涼爽的室外空氣等進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)了不需要經(jīng)過熱源處理，就足夠用于輻射制冷的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)，節(jié)能能力融入在設(shè)計(jì)師的奇思妙想中。

3.3.3廢熱回收技術(shù)。

暖通空調(diào)所謂的制冷制熱技術(shù)在本質(zhì)上是一種能量交換。將低溫利用消耗能量的方式帶入高溫環(huán)境，置換出高溫環(huán)境中的高溫。暖通空調(diào)系統(tǒng)通過壓縮機(jī)、冷凝器、冷卻塔等裝置實(shí)現(xiàn)建筑物的冷熱交換。在當(dāng)前許多建筑物中，不少廢熱被低效率的機(jī)械設(shè)備消耗掉或者在傳輸過程中流失掉，徹底消耗在交換過程中。因此，暖通空調(diào)可以增加該部分的設(shè)計(jì)，利用廢熱回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有效的熱循環(huán)，將廢熱通過管道重新利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。此外，廢熱是空調(diào)制冷加上冷負(fù)荷的綜合體，因此在總量上要高于制冷量，如不循環(huán)利用，不僅浪費(fèi)資源，還會(huì)造成空氣污染，破壞居住環(huán)境。

3.3.4縱型蓄熱槽技術(shù)。

在當(dāng)前的商業(yè)建筑中，辦公環(huán)境是冷熱需求時(shí)間段最集中的地區(qū)之一。一般集中在商務(wù)九點(diǎn)到下午五點(diǎn)。依照傳統(tǒng)的暖通空調(diào)，在用電高峰期集中供電，不僅增加了電力資源傳輸中的消耗量，還會(huì)對(duì)建筑物的電力線路造成一定的損傷。因此，通過連結(jié)式縱型蓄熱槽就可以有效地實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷的平準(zhǔn)化。簡(jiǎn)單說，就是通過在空調(diào)負(fù)荷較小的前一天夜里，制造出第二天白天空調(diào)要使用的冷熱與溫?zé)?，并將其?chǔ)存在水或冰等媒介中，供第二天使用。連結(jié)式縱型蓄熱槽，水箱被縱向連結(jié)成一列。通過在各層分散設(shè)置空調(diào)用水泵，可以減少電力消耗（輸送動(dòng)力）。這種技術(shù)可以通過在地下、豎井等位置設(shè)計(jì)水箱實(shí)現(xiàn)。而且這種設(shè)計(jì)方式將暖通工程與消防安保工程結(jié)合在一起，是對(duì)建筑設(shè)計(jì)理念的革新。一旦出現(xiàn)火災(zāi)事故，可以借助水箱中的水進(jìn)行滅火，效率遠(yuǎn)高于當(dāng)前使用的消防滅火裝置?？梢妼?duì)于未來的建筑而言，兼具防災(zāi)功能的節(jié)能技術(shù)才是主流趨勢(shì)，暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)也需要與其他專業(yè)緊密結(jié)合，不斷進(jìn)化。

4. 結(jié)束語：

當(dāng)然暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)需要經(jīng)過大量的建筑設(shè)計(jì)和實(shí)證檢驗(yàn)。但是我們相信，隨著節(jié)能技術(shù)的提升，節(jié)能意識(shí)的增加，節(jié)能設(shè)計(jì)理念的不斷更新，暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)方案也會(huì)變得更加科學(xué)合理。

參考文獻(xiàn)

[1]于曉明，李向東，任照峰，王莉莉. 暖通空調(diào)系統(tǒng)幾項(xiàng)重點(diǎn)節(jié)能設(shè)計(jì)措施探討[J].《暖通空調(diào)》， 2007， 37（9）：89～98.

[2]丁炯， 暖通空調(diào)系統(tǒng)幾項(xiàng)重點(diǎn)節(jié)能設(shè)計(jì)措施探討[J].《建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)》， 2015（34）.

[3]朱禮暢，進(jìn)化！日本智慧城市中的節(jié)能建筑[J].《全文版：工程技術(shù)》， 2015（11）：94～94.

[作者簡(jiǎn)介] 姚彬（1982.9-），女，籍貫：河北邯鄲，學(xué)歷：大學(xué)本科，建筑環(huán)境與設(shè)備工程，職稱：暖通工程師。