淺析公共建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的降耗及能耗平衡途徑

童寧

（德宏職業(yè)學(xué)院，云南 德宏 678400）

1 我國(guó)建筑能耗現(xiàn)狀

當(dāng)前建筑行業(yè)呈現(xiàn)繁榮景象，同時(shí)也存在高能耗建筑占比大的情況。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2013-2017年中國(guó)智能建筑行業(yè)市場(chǎng)前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》中的數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)目前既有建筑面積超過500億平方米，90%以上是高耗能建筑，城鎮(zhèn)節(jié)能建筑占既有建筑面積的比例僅為23．1%。而如果要達(dá)到同樣的室內(nèi)舒適度，我國(guó)單位建筑面積能耗是同等氣候條件發(fā)達(dá)國(guó)家的2～3倍。這樣的高能耗指標(biāo)，不利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)。

同時(shí)，我國(guó)建筑能源消耗呈現(xiàn)出了很大的不平衡。就當(dāng)前看來，我國(guó)建筑的主要消耗能源為電力和天然氣，這兩種建筑消耗能源都呈現(xiàn)出“峰谷”結(jié)構(gòu)。夏季，白天工作時(shí)間空調(diào)制冷，造成電力緊張。夜晚，部分公共建筑關(guān)閉，電力需求下降；冬季，供暖鍋爐啟動(dòng)，天然氣需求量大。采暖期結(jié)束后，供暖鍋爐停止運(yùn)行，只有熱水鍋爐運(yùn)行，導(dǎo)致天然氣有所囤積。這樣的消耗特點(diǎn)，不緊降低了發(fā)電廠和天然氣站的運(yùn)行效率，還使得能源管理變得困難重重。

2 建筑能耗構(gòu)成

建筑能耗指建筑物內(nèi)各種用能系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行能耗，主要包括采暖、空調(diào)、照明、家用電器、辦公設(shè)備、熱水供應(yīng)、炊事、電梯、通風(fēng)等能耗。通常所說的建筑能耗僅指非生產(chǎn)性建筑的能耗，即民用建筑能耗。依據(jù)建筑功能，民用建筑可以分為住宅建筑和公共建筑兩大類。本文主要討論公共建筑。建筑能耗系統(tǒng)示意圖如圖1。

圖1 建筑能耗系統(tǒng)示意圖

然而，在建筑能耗的構(gòu)成中，暖通空調(diào)系統(tǒng)（采暖、空調(diào)及通風(fēng)）的能耗占了整個(gè)建筑能耗的50%～60%。

3 能耗過高的原因

由于暖通空調(diào)系統(tǒng)在建筑能耗中占的比重較大，因此，降低建筑能耗及平衡能源結(jié)構(gòu)的核心就是優(yōu)化暖通空調(diào)系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用。根據(jù)以往的一些工程案例，暖通空調(diào)系統(tǒng)存在一定程度的能源浪費(fèi)現(xiàn)象，而該現(xiàn)象主要是由于“系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理”和“運(yùn)行管理不到位”所導(dǎo)致。

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理

在一些項(xiàng)目特別是中小型項(xiàng)目中，暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)沒有充分考慮到地域性、功能性、結(jié)構(gòu)性以及建筑材料等因素，一概采用經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)、選型。暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是建筑冷熱負(fù)荷計(jì)算，而很多的項(xiàng)目并未根據(jù)建筑實(shí)際情況進(jìn)行精確的計(jì)算，取而代之的是“指標(biāo)估算（W/m2）”。這種方法可以縮短設(shè)計(jì)周期，但并不準(zhǔn)確?！柏?fù)荷指標(biāo)”本身只是過往經(jīng)驗(yàn)的一種大概總結(jié)，是一個(gè)范圍值，在估算的過程中，由于保守的心態(tài)，擔(dān)心將來系統(tǒng)效果不好，就會(huì)往大的值估算。另外，在循環(huán)泵的選型上也普遍存在揚(yáng)程高估算的情況。而很多實(shí)際案例表明，設(shè)備的選型都存在功率過大的情況，因而造成了能耗過高。此外，一些項(xiàng)目在冷熱源設(shè)備類型的選擇上，沒有根據(jù)實(shí)際情況做到充分論證、評(píng)估節(jié)能效果，盲目的選型也是造成能耗過高的原因之一。

3.2 運(yùn)行管理不到位

系統(tǒng)的運(yùn)行應(yīng)當(dāng)符合建筑的實(shí)時(shí)需求，在保證了建筑舒適度的同時(shí)減少能源消耗。然而在過往的很多項(xiàng)目中，系統(tǒng)的操控主要由人工進(jìn)行，由于對(duì)一些信息（氣象參數(shù)、使用面積等）的變化把握不準(zhǔn)，不能做到讓系統(tǒng)的工作狀態(tài)隨環(huán)境的變化而及時(shí)作出調(diào)整，也會(huì)造成能源浪費(fèi)。

4 改善途徑

4.1 規(guī)范設(shè)計(jì)、合理選擇

在建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，一定要切合實(shí)際，遵循相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、合理選擇。例如《建筑工程設(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定》（2016）版明確規(guī)定要提供冷熱負(fù)荷、風(fēng)量、水量的計(jì)算書；《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)中央空調(diào)設(shè)計(jì)夏季室內(nèi)參數(shù)規(guī)定為22～28℃，冬季工況室內(nèi)參數(shù)為16～24℃。《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2015）中明確提出供暖空調(diào)冷源與熱源應(yīng)根據(jù)建筑規(guī)模、用途、建設(shè)地點(diǎn)的能源條件、結(jié)構(gòu)、價(jià)格以及國(guó)家節(jié)能減排和環(huán)保政策的相關(guān)規(guī)定，通過綜合論證確定。

4.2 加大自動(dòng)化控制程度

暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以建筑的最大冷熱負(fù)荷為依據(jù)進(jìn)行的。然而建筑的冷熱環(huán)境并不是一成不變的。氣候條件的變化、使用面積的變化、工作時(shí)間的變化都會(huì)改變建筑的實(shí)際負(fù)荷需求。因此，要讓系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，就需要及時(shí)獲取與建筑環(huán)境相關(guān)的實(shí)時(shí)參數(shù)，才能保證系統(tǒng)的運(yùn)行與環(huán)境變化相一致。而這一工作如果由人工去完成，不僅耗時(shí)長(zhǎng)，還有可能不精確，從而也就不能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，達(dá)不到節(jié)能降耗的目的。有效的途徑是借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)，采用自動(dòng)控制的方式。近些年，自動(dòng)化技術(shù)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用取得了一定的成就，但是還不夠。比如，控制邏輯不嚴(yán)謹(jǐn)、自動(dòng)化程度不高、小型項(xiàng)目不應(yīng)用自動(dòng)控制等等。因此，在暖通空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，合理設(shè)計(jì)一套針對(duì)性的自動(dòng)控制系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)檢測(cè)點(diǎn)，利用相關(guān)儀表和檢測(cè)裝置完成溫濕度、壓力、流量、風(fēng)速等參數(shù)的檢測(cè)，并通過傳輸線路以數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)的形式及時(shí)反饋至控制器，再由控制器根據(jù)預(yù)先編制的控制邏輯同樣以數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)的形式發(fā)出指令到機(jī)組、泵組以及電動(dòng)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)風(fēng)閥、變頻器等機(jī)構(gòu)，最終高效、準(zhǔn)確的完成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整。

5 平衡能源結(jié)構(gòu)

平衡能源結(jié)構(gòu)就是要“削峰填谷”。前面提到電力和天然氣兩大能源的使用狀況均呈現(xiàn)出“峰谷”結(jié)構(gòu)，這對(duì)于能源的開發(fā)和管理是極為不利的。在考慮節(jié)能降耗的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)還要考慮能源結(jié)構(gòu)的平衡。

5.1 蓄能技術(shù)抑制高峰用電

為了達(dá)到電力的“削峰填谷”，我國(guó)多地電力需求管理側(cè)推行了峰谷電價(jià)政策。以北京為例（見表1、2）。

從價(jià)格表1、2中可以看出，以一般工商業(yè)1～10kV為例，尖峰價(jià)格是低谷價(jià)格的4倍之多；高峰價(jià)格是低谷價(jià)格的近4倍。如果能將白天尖峰、高峰的空調(diào)用電轉(zhuǎn)移到夜間低谷，不但能為用戶節(jié)省大量的電費(fèi)，還能實(shí)現(xiàn)電力的“削峰填谷”。在這樣的政策背景下，中、大型暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮使用蓄能式系統(tǒng)（圖2），即冰蓄冷、水蓄冷、水蓄熱。

表1 北京城區(qū)非居民用電價(jià)格表

表2 北京郊區(qū)非居民用電價(jià)格表

圖2 蓄能式系統(tǒng)削峰填谷示意圖

目前我國(guó)的蓄能技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展。究其原因，主要是用戶意識(shí)不夠，因?yàn)樾钅苁较到y(tǒng)初始投資較普通系統(tǒng)要高，但是后期的運(yùn)行費(fèi)用要比普通系統(tǒng)低很多，一般3～5年可將超額投資部分回收，之后的時(shí)間可實(shí)現(xiàn)收益。因此，設(shè)計(jì)方在提供蓄能式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)當(dāng)向用戶進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析、充分的收益說明，讓用戶明白投資蓄能式系統(tǒng)的收益點(diǎn)。這樣，政策的支持加用戶的意愿，才能將蓄能系統(tǒng)推廣開來。

5.2 燃?xì)鉄岜弥ο募局评?/h3>

燃?xì)鉄岜茫℅HP，GAS HEAT PUMP），也可以簡(jiǎn)單的理解為燃?xì)饪照{(diào)。1979年世界第二次石油危機(jī)爆發(fā)，同年日本出現(xiàn)夏季罕見酷暑，全國(guó)空調(diào)用電量激增，電力公司供電告急。在這樣的背景下，1981年日本政府組織相關(guān)地方燃?xì)獠块T、相關(guān)企業(yè)共同研發(fā)燃?xì)鉄岜谩?987年，YANMAR牌燃?xì)鉄岜谜Q生，之后，燃?xì)鉄岜迷谌毡檬袌?chǎng)迅速擴(kuò)張，不但緩解了電力供應(yīng)，還實(shí)現(xiàn)了天然氣的“削峰填谷”（圖3）。

圖3 GHP削峰填谷示意圖

燃?xì)鉄岜米?003年進(jìn)入我國(guó)，目前還因以下原因有待進(jìn)一步推廣。第一，企業(yè)對(duì)設(shè)備的宣傳、推廣不夠，導(dǎo)致眾多潛在用戶并不知道此類設(shè)備，甚至很多設(shè)計(jì)院都不了解。第二，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的燃?xì)鉄岜镁鶠槿毡酒放?，一半以上是原裝進(jìn)口，導(dǎo)致價(jià)格過高，很多用戶接受不了較高的投資。因此，要實(shí)現(xiàn)良好的“削峰填谷”，還增加燃?xì)鉄岜玫膶?shí)際應(yīng)用。首先，企業(yè)、燃?xì)獠块T應(yīng)當(dāng)聯(lián)合起來，結(jié)合設(shè)計(jì)院進(jìn)行廣泛的宣傳和推廣，讓用戶明白燃?xì)鉄岜玫膬?yōu)勢(shì)。燃?xì)鉄岜贸四茉诤暧^實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”，就設(shè)備而言，還能實(shí)現(xiàn)冬季的強(qiáng)勁制熱，這是普通空氣源熱泵（EHP）無法做到的。所以，就這點(diǎn)而言，對(duì)于冬季制熱需求高的北方特別適用，一套設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)冬夏兩季共用，無需再加輔助設(shè)備。其次，為了長(zhǎng)期的發(fā)展，企業(yè)應(yīng)當(dāng)考慮逐步國(guó)產(chǎn)化，這樣可以縮短訂單周期，也降低用戶成本。在天然氣供應(yīng)設(shè)施完善、并且價(jià)格不太高的地區(qū)，可優(yōu)先考慮使用燃?xì)鉄岜谩?/p>

6 結(jié)語

建筑的節(jié)能降耗是當(dāng)務(wù)之急，但是在節(jié)能降耗的同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮到整體能源結(jié)構(gòu)的平衡。這樣才有利于能源的管理。要掌握好新規(guī)范、新標(biāo)準(zhǔn)，重視新能源、新技術(shù)，并切合建筑實(shí)際，設(shè)計(jì)合理的暖通空調(diào)系統(tǒng)。