民用建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)措施分析

肖龍洋 宋 晉

浙江工業(yè)大學(xué)工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司

1 引言

在建筑行業(yè)快速發(fā)展過程中，設(shè)計(jì)人員也開始注重暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可以有效改善室內(nèi)濕度和溫度，為居住者提供適宜的居住環(huán)境。然而需要注意的是，暖通空調(diào)系統(tǒng)也會(huì)帶來能源消耗問題，該問題已經(jīng)得到社會(huì)各界廣泛關(guān)注，采取合理有效的節(jié)能設(shè)計(jì)措施，全面提升暖通空調(diào)節(jié)能性能，已經(jīng)成為民用建筑設(shè)計(jì)的重要關(guān)鍵問題。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的意義

民用建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)主要采用制熱制冷技術(shù)，對(duì)室內(nèi)濕度溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。暖通空調(diào)系統(tǒng)，在現(xiàn)代化建筑中屬于重要設(shè)計(jì)內(nèi)容，按照相關(guān)資料數(shù)據(jù)顯示建筑能源消耗占據(jù)國家總能耗的22%，能源消耗量比較大。暖通空調(diào)系統(tǒng)屬于建筑能耗的主要內(nèi)容，因此在行業(yè)領(lǐng)域中備受關(guān)注。采用合理有效的節(jié)能設(shè)計(jì)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)最大化效能，不僅能夠發(fā)揮出暖通空調(diào)系統(tǒng)的作用，降低能源消耗，還可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

3 暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)

暖通空調(diào)系統(tǒng)會(huì)受到建筑區(qū)域室外設(shè)計(jì)參數(shù)影響，還會(huì)受到室內(nèi)濕度溫度影響。對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)來說，室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)當(dāng)考慮到濕度和溫度因素，通過上述因素對(duì)系統(tǒng)節(jié)能性能進(jìn)行衡量。統(tǒng)計(jì)計(jì)算室內(nèi)濕度和溫度，明確合理區(qū)間，確保其滿足不同時(shí)間段的居住要求。在確定新風(fēng)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)滿足生產(chǎn)要求和節(jié)能降耗要求。

3.2 計(jì)算冷熱負(fù)荷

在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，冷熱負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生較大影響，主要表現(xiàn)在冷熱源能量、水泵配置、冷熱輸送配管以及末端設(shè)備設(shè)計(jì)當(dāng)中。為了確保暖通空調(diào)設(shè)計(jì)效果，必須準(zhǔn)確計(jì)算冷熱負(fù)荷，為各個(gè)環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)支持，以此降低空調(diào)系統(tǒng)能源消耗。在方案設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)過程中，由于缺乏詳細(xì)的工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，所以在計(jì)算冷熱負(fù)荷時(shí)，必須選擇適宜的計(jì)算方法。在計(jì)算冷熱負(fù)荷時(shí)，還應(yīng)當(dāng)聯(lián)合建筑冷熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)值，并進(jìn)行回歸計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果作為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考數(shù)值。

3.3 合理選擇冷熱源

在選擇冷熱源時(shí)，需要采用集中設(shè)置冷水機(jī)組，對(duì)供熱設(shè)備和換熱設(shè)備進(jìn)行集中設(shè)置。在選擇機(jī)組設(shè)備時(shí)，還應(yīng)當(dāng)考慮以下因素：第一，功能特征，第二，建設(shè)規(guī)模，第三，建筑所在區(qū)域的能源結(jié)構(gòu)價(jià)格。第四，環(huán)保規(guī)定。在確定機(jī)組數(shù)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)聯(lián)合建筑實(shí)際情況，遵循以下確定原則：其一，如果建筑周邊存在熱力發(fā)電廠，則應(yīng)用熱力廠余熱作為供熱措施。如果供冷條件良好，則適當(dāng)利用供冷功能。其二，如果建筑周邊區(qū)域存在供熱情況，則將其作為暖通空調(diào)系統(tǒng)的熱源。其三，如果建筑周邊存在大量天然氣，為了提升冷熱源穩(wěn)定性和能源有效利用率，可以采用分布式燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)。其四，如果建筑周邊地?zé)豳Y源和水資源豐富，可以通過水源熱泵達(dá)到供熱供冷效果。

熱泵機(jī)組和冷水的重要指標(biāo)在于機(jī)組數(shù)量和單臺(tái)容量，在確定以上兩個(gè)指標(biāo)時(shí)，必須考慮到空調(diào)年負(fù)荷變化量，滿足滿負(fù)荷運(yùn)行和日常負(fù)荷運(yùn)行要求。如果建筑區(qū)域內(nèi)在冬季和過渡季節(jié)仍存在供冷需求，首先應(yīng)當(dāng)分析經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性。確保經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理時(shí)，可以采用冷卻塔提供空調(diào)冷水。如果建筑物全年具有空氣調(diào)節(jié)要求，且室內(nèi)和周邊環(huán)境負(fù)荷差異比較大，同時(shí)存在供熱和供冷情況。則應(yīng)當(dāng)在滿足技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性的同時(shí)，采用水循環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供冷供熱。

4 民用建筑暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)措施

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)暖通空調(diào)系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，必須遵循以下原則：第一，確保系統(tǒng)可以獨(dú)立調(diào)節(jié)室內(nèi)空間溫度和濕度。第二，所有住戶平均分?jǐn)偪照{(diào)產(chǎn)生費(fèi)用。第三，在設(shè)計(jì)空調(diào)管路時(shí)，必須堅(jiān)持簡單原則，避免浪費(fèi)材料。

在設(shè)計(jì)期間還應(yīng)當(dāng)聯(lián)合業(yè)主的要求，深入分析影響空調(diào)使用壽命的各項(xiàng)因素。按照用戶需求開展個(gè)性化設(shè)計(jì)，滿足品位和審美要求。在施工過程中，優(yōu)先選擇中央空調(diào)，之后向各分支進(jìn)行修建，確保空調(diào)性能滿足相關(guān)要求，提升溫度敏感度。同時(shí)，保障中央空調(diào)和管路保溫效果，合理調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，提升居住空間的舒適度。

4.2 風(fēng)系統(tǒng)和冷熱水節(jié)能設(shè)計(jì)

在風(fēng)系統(tǒng)和冷熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，必須合理調(diào)節(jié)進(jìn)出口冷熱水溫差，避免由于溫差降低能源消耗。在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間也可以應(yīng)用封閉式循環(huán)模式，確保能源在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，以此減少能源消耗。通過此種節(jié)能設(shè)計(jì)方法，能夠有效維護(hù)和保養(yǎng)暖風(fēng)空調(diào)，減少空調(diào)損壞率。對(duì)于運(yùn)行方式來說，采用一臺(tái)水泵就可以完成整個(gè)運(yùn)送，設(shè)計(jì)方案的節(jié)能效果明顯。將溫控裝置設(shè)計(jì)在室外，以此保護(hù)室內(nèi)空氣環(huán)境，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。

4.3 合理利用熱回收系統(tǒng)

暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間會(huì)釋放大量熱門，若熱能散播到空氣中，將會(huì)加大熱能損失。因此通過熱收及交換裝置，可以收集系統(tǒng)散發(fā)的熱量，將熱量通過流體傳導(dǎo)提供給系統(tǒng)，促進(jìn)空調(diào)自身能量轉(zhuǎn)化，減少能源消耗。在民用建筑中，通過空調(diào)系統(tǒng)可以有效調(diào)節(jié)室內(nèi)外溫度，此種調(diào)節(jié)過程也被稱為通風(fēng)換氣過程，會(huì)產(chǎn)生一定量的能耗損失。收集排風(fēng)系統(tǒng)的能量，待至能量積攢到一定程度，就可以交換新空氣。通過此種方式能夠減少空調(diào)設(shè)備能量負(fù)荷，還能夠降低系統(tǒng)能耗，經(jīng)濟(jì)環(huán)保性能優(yōu)勢(shì)，滿足低碳生活理念。

4.4 推廣應(yīng)用清潔能源空調(diào)

現(xiàn)階段，能源消耗問題比較嚴(yán)重，在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理利用可再生資源。第一，地源熱泵。在建筑領(lǐng)域中開始廣泛應(yīng)用地源熱泵，人們認(rèn)識(shí)到地源熱泵的價(jià)值。地緣熱泵主要是利用地下淺層地?zé)豳Y源，通過電能等高位能源轉(zhuǎn)移低溫位能源。在轉(zhuǎn)移過程中可以供熱制冷，節(jié)能效果顯著。一般情況下，地能在任何時(shí)間段的溫度都比較穩(wěn)定。在夏季高溫季節(jié)，暖通空調(diào)系統(tǒng)可以通過地緣熱泵，將地能作為冷源，使建筑室內(nèi)熱量向下方傳遞。在冬季寒冷季節(jié)，暖通空調(diào)可以利用地緣熱泵，將地能作為熱源，傳遞到低溫地區(qū)。暖通空調(diào)系統(tǒng)還可以將地?zé)嵩幢米鳛樾顭崞?，全面提升系統(tǒng)能源利用率。第二，太陽能。太陽能資源在暖通空調(diào)系統(tǒng)中也屬于重要的可再生能源。從太陽能使用的基本形式來看，其主要分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。對(duì)于主動(dòng)式太陽能系統(tǒng)來說，設(shè)計(jì)復(fù)雜性比較高，需要借助電力輔助能源設(shè)施，相應(yīng)導(dǎo)致工程造價(jià)增加。被動(dòng)使太陽能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，不需要應(yīng)用其他輔助能源，可以有效處理建筑方位和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以此實(shí)現(xiàn)自然熱交換，提升太陽能資源的有效利用率。值得一提的是，在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，通過太陽能光電板和集熱板，也能夠提升太陽能的有效利用率。

4.5 優(yōu)化設(shè)計(jì)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)

在空調(diào)冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，可以采用以下措施，降低能源消耗量：第一，優(yōu)先應(yīng)用閉式循環(huán)系統(tǒng)，以此降低凈水率所需能耗，減少管道和設(shè)備腐蝕，提升空調(diào)系統(tǒng)的使用期限。第二，建筑部分區(qū)域需要全年供應(yīng)冷水，而部分區(qū)域需要交替供應(yīng)冷熱水，此時(shí)可以應(yīng)用分區(qū)兩管制水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。若全年冷熱工況交替頻繁，或需要同時(shí)供冷供熱，可以采用四管制水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。第三，在滿足室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的前提下，提升冷凍水供水溫度，相應(yīng)增加制冷機(jī)的蒸發(fā)溫度，降低制冷能耗量。第四，加大冷凍水供回水的溫度差，以此減少循環(huán)水泵運(yùn)行流量，進(jìn)一步降低能源消耗。第五，如果工廠規(guī)模比較小，且不同環(huán)路負(fù)荷壓力損失比較小，可以采用冷源側(cè)和負(fù)壓側(cè)均變流量系統(tǒng)。如果系統(tǒng)規(guī)模比較大，且水流阻力較高，不同環(huán)路負(fù)荷特性差異比較大，則可以應(yīng)用二次泵變流量系統(tǒng)，以此減少能源消耗。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)將電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)置在變流量系統(tǒng)的末端設(shè)備回水管上。第六，無論是空調(diào)冷水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還是熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，耗電輸冷熱比都必須滿足節(jié)能要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代建筑對(duì)于暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能要求比較高。然而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，由于缺乏統(tǒng)一的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，且相關(guān)人員不注重暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，從而影響系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)效果。為了有效改善暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)問題，在設(shè)計(jì)過程中，必須嚴(yán)格按照節(jié)能設(shè)計(jì)原則，推廣應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)能措施，以此達(dá)到良好的節(jié)能設(shè)計(jì)效果。