建筑采暖通風(fēng)空調(diào)工程的節(jié)能減排措施探究

王志軍WANG Zhi-jun；管志廣GUAN Zhi-guang

（山東格瑞德集團(tuán)有限公司，德州 253000）

0 引言

暖通空調(diào)是一種在人們生活中十分常見的建筑內(nèi)部設(shè)備，其運(yùn)行中會(huì)消耗大量的能源和成本。近些年，能源與環(huán)境問題日漸嚴(yán)峻，在這樣的大背景下，暖通空調(diào)在設(shè)計(jì)和施工中也開始將節(jié)能、環(huán)保、低耗作為主要方向，通過積極引入節(jié)能減排技術(shù)，降低能源消耗，提高能源的性能和使用效率，從而更加契合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需求，并能夠從整體上緩解暖通空調(diào)系統(tǒng)的耗能問題。

1 案例工程概述

某建筑工程一共有7 層，地下地上的分布是1 層和6層，建筑的結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積為12865 平方米。建筑最大長度為58.90 米，最大寬度為46.60 米，建筑高度為27.4 米，下面的三層高度為3.90 米，地上三層至七層3.60 米，地下一層是汽車停車庫，第七層是辦公樓，屋面作為現(xiàn)澆屋面，防水等級(jí)為二級(jí)，防水層的平均使用壽命在15 年左右。整個(gè)建筑工程設(shè)計(jì)時(shí)，建設(shè)的理念為綠色，所以，建筑工程中的采暖通風(fēng)空調(diào)技術(shù)要求比較高。

本工程現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)綜合性很強(qiáng)，功能齊全包括取暖、通風(fēng)、空調(diào)等設(shè)備的功能，是集三者于一身的新型建筑室內(nèi)設(shè)備。我們?nèi)粘Ｉ钪校Ｒ姷目照{(diào)只是在室內(nèi)使用，室內(nèi)的人通過調(diào)整設(shè)備來達(dá)到想要的室內(nèi)溫度，在使用空調(diào)時(shí)，通常都會(huì)將門窗關(guān)閉，這會(huì)阻斷室內(nèi)的空氣流通，使得人們一直呼吸室內(nèi)的空氣，沒有新鮮空氣的進(jìn)入和流通。長期吹空調(diào)，會(huì)影響一些人的身體健康，使其患上空調(diào)病。另外空調(diào)在運(yùn)行時(shí)，會(huì)消耗較多的能源，這也違背了節(jié)能減排的環(huán)保理念。采暖通風(fēng)空調(diào)和傳統(tǒng)的空調(diào)不一樣，其在傳統(tǒng)空調(diào)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，不僅可以保證室內(nèi)溫度，還能為人們提供一個(gè)十分舒適的適宜長期生活、工作的室內(nèi)環(huán)境[1]。

2 節(jié)能減排技術(shù)在采暖通風(fēng)空調(diào)工程中的具體應(yīng)用

結(jié)合本案例工程實(shí)際情況，下文對(duì)具體的節(jié)能減排措施進(jìn)行研究：

2.1 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

2.1.1 進(jìn)口處的節(jié)能

本案例工程空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，要對(duì)氣候環(huán)境進(jìn)行充分的考慮，以免其對(duì)建筑室內(nèi)溫度產(chǎn)生影響。比如，在北方的冬季，很多時(shí)候風(fēng)向都是朝北，因此，建筑物的大門在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該避開朝向北方，進(jìn)而有效控制冷風(fēng)進(jìn)入建筑內(nèi)部，對(duì)建筑物室內(nèi)溫度產(chǎn)生影響。另外，建筑工程設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮門廳的設(shè)計(jì)效果，避免在門口處設(shè)置熱風(fēng)幕，這樣會(huì)增加空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)的溫度及其風(fēng)量，進(jìn)而消耗較多的能源。工程設(shè)計(jì)過程中，還做好進(jìn)口處的節(jié)能設(shè)計(jì)，有效控制空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗。

2.1.2 風(fēng)機(jī)及風(fēng)道節(jié)能

針對(duì)傳統(tǒng)的建筑采暖通風(fēng)空調(diào)工程系統(tǒng)進(jìn)行分析，其在使用過程中，排煙風(fēng)機(jī)并沒有只作為排煙機(jī)，還被用作排風(fēng)機(jī)，并且在工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲污染，因此，在設(shè)計(jì)建設(shè)方案時(shí)，要選擇一些離心式的通風(fēng)設(shè)備。這樣采暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在正常壓力送風(fēng)下，可以采用軸流風(fēng)機(jī)，這時(shí)候要對(duì)風(fēng)機(jī)壓力大小進(jìn)行確定，保證其可以抵御風(fēng)道阻力，使得設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通常情況下，不同的材質(zhì)風(fēng)道的風(fēng)速會(huì)不同，如鋼板風(fēng)道的風(fēng)速在20m/s 而混凝土的就會(huì)慢些，在15m/s 左右，想要實(shí)現(xiàn)較好的節(jié)能減排效果，一定要選擇較小的阻力風(fēng)道，進(jìn)而節(jié)約通風(fēng)設(shè)備的能源[2]。

2.1.3 室外直埋熱力管道節(jié)能

近些年，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，建筑采暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)工程節(jié)能減排體系建設(shè)中應(yīng)用直埋鋪設(shè)技術(shù)，可以有效節(jié)能減排。這一鋪設(shè)技術(shù)在城市熱水管網(wǎng)中統(tǒng)一集中供熱，其和其他的材料對(duì)比，具有更多的優(yōu)勢，如直埋管道不僅具有較好的保濕性能，還具有較強(qiáng)的抗拉伸輕度，而且其保護(hù)層的效果比較好，耐熱且抗斷裂。這使得管道在安裝使用時(shí)，不僅操作簡單，并且還能有效節(jié)約能源。建筑施工人員在施工時(shí)，需要嚴(yán)格按照管道安裝的設(shè)計(jì)圖紙來施工，尤其關(guān)注管道的連接縫隙，做好連接縫隙的質(zhì)量檢查，保證縫隙連接密切，避免散發(fā)熱量，影響管道的節(jié)能效果。

2.1.4 室外采風(fēng)口及排風(fēng)口節(jié)能

建筑采暖通風(fēng)空調(diào)工程中，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果，在設(shè)計(jì)時(shí)，要做好節(jié)能減排設(shè)備的安裝和使用，而室外采風(fēng)口及排風(fēng)口就是一項(xiàng)十分重要的節(jié)能設(shè)備。本案例工程使用最大限度的利用了自然通風(fēng)，自然通風(fēng)是因?yàn)槭覂?nèi)和室外的風(fēng)壓不同，進(jìn)而會(huì)使得室外的空氣和室內(nèi)的空氣進(jìn)行交換，進(jìn)而形成風(fēng)流，這樣就可以有效改善室內(nèi)空氣環(huán)境以及溫度，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。其原理如圖1 所示。建筑工程設(shè)計(jì)風(fēng)口時(shí)，要做好風(fēng)口阻力的分布設(shè)計(jì)，充分利用室外風(fēng)壓，來失效節(jié)能的目標(biāo)。另外，還要對(duì)室外風(fēng)壓的影響因子進(jìn)行考慮，利用風(fēng)壓對(duì)系統(tǒng)阻力的影響，來確定風(fēng)口的類型，對(duì)于排風(fēng)型風(fēng)貌和進(jìn)風(fēng)型風(fēng)貌可以利用風(fēng)壓來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行引風(fēng)和排風(fēng)，這樣可以保證通風(fēng)的效果，還能有效節(jié)約能源。利用風(fēng)向標(biāo)將風(fēng)口一直朝向風(fēng)直吹的方向，充分發(fā)揮風(fēng)壓的正壓作用，將室外空氣引入到這個(gè)暖通系統(tǒng)中，使得建筑室內(nèi)通風(fēng)效果良好。

圖1 自然通風(fēng)原理圖

2.1.5 公共空間及其他房間空調(diào)設(shè)計(jì)節(jié)能

公共空間通常面積較大，如指體育館、門廳等，并且人們使用的時(shí)間比較長，而且人員相對(duì)密集、集中，因此，公共空間的空氣質(zhì)量情況對(duì)人的健康有著直接影響，所以，對(duì)于公共空間室內(nèi)空氣環(huán)境有著較高的要求。針對(duì)建筑物的公共空間要做好通風(fēng)能力的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)是采取單風(fēng)道、機(jī)組類的空調(diào)系統(tǒng)，有些房間是利用著變風(fēng)量系統(tǒng)。建筑工程設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該根據(jù)不同場所對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的要求，來分別設(shè)計(jì)出適合獨(dú)立運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)，便于不同空間的區(qū)分和控制，進(jìn)而有效控制室內(nèi)溫度，減少空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)[3]。

2.2 空調(diào)水系統(tǒng)

2.2.1 優(yōu)化空調(diào)水系統(tǒng)構(gòu)成

空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能減排是非常重要，在本次案例案例工程中為了有效節(jié)約水資源，采用了閉式循環(huán)水系統(tǒng)，三管制水系統(tǒng)的冷熱水是通過同一根回水管實(shí)現(xiàn)的，這會(huì)引起較大的水資源浪費(fèi)，所以，不符合節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，所以，工作人員在綜合考慮費(fèi)用成本問題，結(jié)合管徑的大小，來選擇雙極泵系統(tǒng)，這樣可以分別設(shè)置循環(huán)水泵，使得冷水和熱水分兩側(cè)，進(jìn)而可以降低能源的消耗，節(jié)約用水。另外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求，來設(shè)計(jì)選擇合適的水泵，如果是系統(tǒng)比較小的系統(tǒng)，可以使用單次泵，而如果用水量比較大的系統(tǒng)，應(yīng)該選擇二次泵，然后采取適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)方式。一般情況下，冷水回水和供水的溫度差應(yīng)該保證在一定的范圍內(nèi)，通常都是5℃以上?？照{(diào)水系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2 所示。

圖2 空調(diào)水系統(tǒng)的構(gòu)成

2.2.2 合理選擇機(jī)組容量

建筑采暖空調(diào)主機(jī)對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)來講，是核心組成部分，因此，這部分的能源消耗也最大。主機(jī)運(yùn)行消耗的能源包括有效功率與空載功率。本次案例工程在選擇機(jī)組容量時(shí)，在保證建筑內(nèi)的采暖需求時(shí)，選擇盡量小的空載功率，提高采暖機(jī)組的使用效率，采用了差額配置的主機(jī)配置形式，也就是大容量和小容量機(jī)組的組合形式。大容量機(jī)組是指200 萬kcal/h 的冷水機(jī)組，小容量機(jī)組指的是60 萬kcal/h 冷水機(jī)組，在采暖需求量最大的時(shí)候，使用大容量的機(jī)組，如果需求量比較小，使用小容量的機(jī)組即可，這樣能夠有效降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果。

2.2.3 利用復(fù)合能源

復(fù)合能源的應(yīng)用也是本案例工程節(jié)能減排的一大特點(diǎn)。當(dāng)前能源、環(huán)境問題嚴(yán)峻，清潔能源的開發(fā)與利用已經(jīng)成為建筑空調(diào)采暖能源供給的主要方向。本工程采用了傳統(tǒng)電力與燃?xì)饽茉打?qū)動(dòng)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)能源的供應(yīng)。這種能源功能方式，大大降低了采暖空調(diào)對(duì)于傳統(tǒng)能源的需求，在電力生產(chǎn)中有效降低了CO2的排放，也降低了硫化物的產(chǎn)生，有效控制了污染物對(duì)周圍環(huán)境的污染。另外，這樣的設(shè)計(jì)可以同時(shí)應(yīng)用多種能源，因此，采暖空調(diào)可以穩(wěn)定運(yùn)行。但是如果電力一旦供應(yīng)不足，就需要進(jìn)行錯(cuò)峰用電，甚至是停止用電，這時(shí)候就可以采取復(fù)合能源的方式，來保證空調(diào)機(jī)組的正常運(yùn)行，有效控制采暖空調(diào)停止運(yùn)轉(zhuǎn)所帶來的不好影響，最大程度的維持人們的生產(chǎn)生活所需[4]。

2.2.4 調(diào)整與改造水系統(tǒng)

循環(huán)水系統(tǒng)是建筑采暖空調(diào)熱量交換的重要結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)改系統(tǒng)所需要的能源占據(jù)整體耗能的15%-30%左右，由此可見，控制好這部分的水能源控制是非常關(guān)鍵的，本工程基于這方面的節(jié)能減排需求做了如下的調(diào)整：

結(jié)合本工程采暖空調(diào)運(yùn)行理論參數(shù)與實(shí)際參數(shù)，選擇了兩種水泵型號(hào)更替的方式，這樣就解決了換熱液態(tài)流通速度過大，閥門封閉不嚴(yán)密的問題，有效控制了水源的浪費(fèi)。同時(shí)，也保障了采暖效果。

本工程中還應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，這是一種有效的節(jié)能減排技術(shù)。變頻節(jié)能技術(shù)可以在建筑采暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，其節(jié)能效果相對(duì)比較理想。這個(gè)技術(shù)的應(yīng)用原理是結(jié)合空調(diào)運(yùn)行的實(shí)際負(fù)荷需求來調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)，進(jìn)而可以實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備，使得整個(gè)系統(tǒng)高效協(xié)作，有效節(jié)能。暖通系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)能夠?qū)⑾到y(tǒng)能耗降低到原來的60%。建筑的中央空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)，根據(jù)溫度限值來進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定出需要注入的水量，然后留好預(yù)留的10%水量。這樣在空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水的溫度在保持5～7℃一段時(shí)間后，水泵調(diào)動(dòng)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行最大功率工作，造成較大的能耗。而在變頻技術(shù)應(yīng)用之后，可以有效節(jié)約能耗。對(duì)水泵測試分析之后發(fā)現(xiàn)，制冷量為75%時(shí)，機(jī)組所需的冷卻水流量是34%，水泵的耗電量為20%；制冷量為50%時(shí)，機(jī)組所需冷卻水流量是22%，水泵的耗電量為15%?？梢娮冾l技術(shù)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用的效果。

2.2.5 加強(qiáng)日常管理提高節(jié)能效益

本工程在空調(diào)水系統(tǒng)方面的日常管理力度也很大。應(yīng)該針對(duì)建筑內(nèi)的采暖空調(diào)系統(tǒng)開展專門的維護(hù)，提升維護(hù)的頻次，針對(duì)于一些閥門、管道等關(guān)鍵器件，應(yīng)該定期和不定期的進(jìn)行檢修，進(jìn)而可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，一旦出現(xiàn)問題時(shí)，可以迅速采取措施進(jìn)行補(bǔ)救。針對(duì)一些容易積累污垢的蒸發(fā)器、過濾器等器件，要定期做好清理工作，保證設(shè)備的干凈，正常運(yùn)行。針對(duì)系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)，應(yīng)該每天做穩(wěn)定性檢測，確保各項(xiàng)設(shè)備可以正常運(yùn)行；另外，還應(yīng)該對(duì)采暖空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)做24 小時(shí)的全天候監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常參數(shù)時(shí)，應(yīng)該馬上查明原因，進(jìn)而采取有效的措施進(jìn)行改進(jìn)，以免出現(xiàn)隱性能耗，影響系統(tǒng)的節(jié)能效果；針對(duì)不需連續(xù)工作的空調(diào)系統(tǒng)通風(fēng)，應(yīng)該有效控制器預(yù)冷時(shí)間，采取采用循環(huán)風(fēng)的方式，來控制其預(yù)冷時(shí)間；人員數(shù)量變化比較大的空調(diào)系統(tǒng)，最冷月份和最熱月份新風(fēng)量根據(jù)室內(nèi)CO2濃度監(jiān)測器數(shù)值，自動(dòng)控制新風(fēng)入口閥，調(diào)節(jié)新風(fēng)量，從而節(jié)省了冷（能）量。

2.2.6 采用先進(jìn)的空調(diào)系統(tǒng)自控策略

建筑內(nèi)部可以根據(jù)實(shí)際需求，采用先進(jìn)的采暖空調(diào)自控策略，這時(shí)候需要有一個(gè)專門的空調(diào)系統(tǒng)控制平臺(tái)作為基礎(chǔ)管理，可以對(duì)整個(gè)建筑物內(nèi)部的房間空調(diào)表冷器進(jìn)行控制，設(shè)置空調(diào)的啟動(dòng)和停止，使得室內(nèi)的溫度保持在合理的范圍內(nèi)，一般是夏季≥25℃，冬季≤18℃，達(dá)到預(yù)期的溫度值之后，空調(diào)就會(huì)自動(dòng)停機(jī)。到下班時(shí)間前半小時(shí)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將所有空調(diào)進(jìn)行關(guān)機(jī)，如果有人需要加班，可以向系統(tǒng)管理人員申請(qǐng)，修改管理平臺(tái)的指令，針對(duì)某個(gè)房間的房間空調(diào)表冷器單獨(dú)送電。這個(gè)空調(diào)系統(tǒng)自控策略的應(yīng)用，可以利用集控能耗分析軟件，來對(duì)能耗進(jìn)行分析，進(jìn)而確定每個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，有效改善系統(tǒng)的能源消耗，目前已初見成效[5]。

3 節(jié)能分析

3.1 水系統(tǒng)

如果以較高的指標(biāo)，對(duì)全滿負(fù)荷運(yùn)行的需冷量進(jìn)行分析，一般這個(gè)數(shù)值不會(huì)超過設(shè)計(jì)的80%。如果建筑入住率不高，同時(shí)，結(jié)合季節(jié)變化以及晝夜轉(zhuǎn)化的溫度變化，機(jī)組需要進(jìn)行中負(fù)荷、低負(fù)荷的運(yùn)行調(diào)整，結(jié)合前面的分析可知，平均負(fù)荷最大不能超過85%，如果以這個(gè)百分比進(jìn)行計(jì)算，冷凍水泵電機(jī)一臺(tái)55kW、冷卻水泵電機(jī)一臺(tái)55kW。

電機(jī)空載損耗=（55+55）×15%=16.5kW

當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定的85%時(shí)，軸功率為：P=（55+55-16.5）×0.63+16.5=36.696kW

如果以年為單位，進(jìn)行平均預(yù)算：平均每天運(yùn)行5 個(gè)小時(shí)，那么，平均每年系統(tǒng)就會(huì)運(yùn)行1825 小時(shí)，如果以高峰期、低峰期的平均電價(jià)0.85 元/度計(jì)算，一年可以節(jié)約電費(fèi)0.85*（55+55-36.696）×1825=133,779.80 元。

3.2 風(fēng)系統(tǒng)

依舊是按照平均負(fù)荷率不超過85%進(jìn)行計(jì)算，電機(jī)空載損耗為：（11+11）×15%=3.3kW，如果轉(zhuǎn)速額定85%，那么，軸功率為（11+11-3.3）×0.63+3.3=7.3392kW 如按全年平均預(yù)算：平均每天運(yùn)行5 小時(shí)，那么一年系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為1825 小時(shí)，將低峰期與高峰期平均電價(jià)為0.85 元/度計(jì)算，一年可以節(jié)約電費(fèi)為：0.85*（11+11-7.3392）×1825=26,755.96 元

通過以上分析能夠判斷出，使用變頻器后的空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)能效果更好。

4 結(jié)束語

暖通空調(diào)工程在建筑工程發(fā)揮著采暖、通風(fēng)等作用，與人們生活密切相關(guān)，暖通空調(diào)系統(tǒng)在為人們提供舒適服務(wù)的同時(shí)，也帶來了一定的能源與環(huán)境問題，隨著這些問題的日漸嚴(yán)峻，暖通空調(diào)工程從設(shè)計(jì)到施工都開始向著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。本文針對(duì)暖通空調(diào)采暖通風(fēng)工程特點(diǎn)、其中存在問題，以及相關(guān)的技能減排措施進(jìn)行了討論，并對(duì)節(jié)能減排措施具體應(yīng)用進(jìn)行幾點(diǎn)具體分析，旨在更好地助力于我國暖通空調(diào)工程的創(chuàng)新與發(fā)展。