建筑暖通節(jié)能措施探討

楊凱

0 引言

在科技作用下，新興理念與先進(jìn)技術(shù)不斷更新?lián)Q代，為暖通空調(diào)設(shè)計(jì)發(fā)展提供了內(nèi)在動(dòng)力。暖通空調(diào)在改善人民生活質(zhì)量的同時(shí)，耗能也很大，原因繁多：如空調(diào)技術(shù)設(shè)備層面的原因、空調(diào)使用過(guò)程中的不合理以及建筑設(shè)計(jì)有缺陷，因此，建筑行業(yè)必須加強(qiáng)對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能與優(yōu)化處理，明確建筑暖通空調(diào)能耗高的主要原因，有針對(duì)性地采用節(jié)能技術(shù)和節(jié)能措施，從而有效降低建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗，促進(jìn)建筑的綠色長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。通過(guò)合理的方案優(yōu)化與調(diào)整，確保建筑暖通節(jié)能平穩(wěn)高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)當(dāng)前設(shè)計(jì)不足等方面，提出更多優(yōu)化策略，為建筑暖通節(jié)能設(shè)計(jì)提供些許參考。

1 建筑暖通的節(jié)能降耗設(shè)計(jì)原則

相關(guān)調(diào)查顯示，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗在整個(gè)建筑總能耗中的占比約為30%～50%，這影響了建筑綠色健康性能的發(fā)揮。最核心最關(guān)鍵的就是節(jié)能降耗設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師必須立足設(shè)計(jì)實(shí)際情況，選擇最有效的設(shè)計(jì)方案，關(guān)注能量損耗，采取有效措施，降低和避免不必要的損耗，提升熱源利用率。另外設(shè)計(jì)中還要關(guān)注溫度控制設(shè)計(jì)，盡可能選擇先進(jìn)的、智能化的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。節(jié)能減排目標(biāo)是減少我國(guó)能源耗損和污染物排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與社會(huì)發(fā)展的雙贏，促進(jìn)建筑綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，將節(jié)能作為重點(diǎn)，嚴(yán)控線路鋪設(shè)長(zhǎng)度，減少線路浪費(fèi)。

1.1 經(jīng)濟(jì)性原則

作為建筑施工中的重點(diǎn)項(xiàng)目，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)不僅要保證質(zhì)量，而且要考慮成本，降低成本建設(shè)，要從材料和設(shè)備方面著手。在選擇原料時(shí)，要對(duì)市場(chǎng)有足夠的認(rèn)識(shí)，選擇有資質(zhì)的廠家，以確保所選用的原料滿足有關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在價(jià)格上具有一定的優(yōu)越性，避免以往在選擇材料時(shí)的盲目和隨意性。在選擇設(shè)備時(shí)，確保其可靠性，以達(dá)到良好的性能，保證建筑暖通空調(diào)在設(shè)計(jì)時(shí)節(jié)約能源，遵循經(jīng)濟(jì)原則。

1.2 循環(huán)與綠色原則

與傳統(tǒng)空調(diào)技術(shù)相比，暖通空調(diào)的能量消耗相對(duì)較低，憑借自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)能耗有效控制，并且具備較強(qiáng)的空氣凈化能力，借助過(guò)濾、冷卻除塵等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空氣循環(huán)。在具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮建筑的能耗，并根據(jù)現(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)，進(jìn)行優(yōu)化，減少能耗。在建筑暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)打破傳統(tǒng)的發(fā)展模式，以綠色發(fā)展為基本方向與主要內(nèi)容，保證設(shè)計(jì)與環(huán)保理念相一致，實(shí)現(xiàn)節(jié)能再循環(huán)。

1.3 可調(diào)節(jié)性原則

暖通空調(diào)建設(shè)成本高，更換難度也比較大，二次更換會(huì)大大增加經(jīng)濟(jì)成本。所以在初次設(shè)計(jì)中，要遵循可調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)原則，保證暖通空調(diào)能夠?qū)λ幍赜颉⒓竟?jié)以及負(fù)荷量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。

1.4 滿足安全標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)公布的數(shù)據(jù)可知，電機(jī)能耗約占暖通空調(diào)總體能耗的35%，與空調(diào)管路的管材性質(zhì)、管網(wǎng)優(yōu)化程度、管徑大小和自身的保溫能力有密切關(guān)系。比如空調(diào)管網(wǎng)優(yōu)化水平較高和保溫能力強(qiáng)的暖通空調(diào)相對(duì)消耗較低。

建筑暖通空調(diào)設(shè)備的安全與否，直接關(guān)系到其性能的發(fā)揮，也關(guān)系到用戶的人身安全。暖通空調(diào)與一般的空調(diào)系統(tǒng)相比，具有一定的復(fù)雜性，在特定的操作階段，其維修困難。以北方地區(qū)為例，在進(jìn)行采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，主要是針對(duì)鍋爐的設(shè)計(jì)，為了防止以后的使用中出現(xiàn)問(wèn)題，或是存在一些潛在的安全隱患，必須對(duì)其進(jìn)行合理的規(guī)劃。同時(shí)，在設(shè)計(jì)送風(fēng)時(shí)，必須劃分出消防通道和排煙通道，以防止系統(tǒng)的壓力損失，防止氣體泄漏，或避免因火災(zāi)引起的安全隱患。滿足行業(yè)規(guī)范的暖通空調(diào)設(shè)備如圖1 所示。

圖1 滿足行業(yè)規(guī)范的暖通空調(diào)設(shè)備

2 建筑暖通能耗巨大的原因分析

2.1 技術(shù)設(shè)備未及時(shí)優(yōu)化

設(shè)備問(wèn)題是造成建筑采暖系統(tǒng)能量消耗的最重要因素。在技術(shù)上，若有一套性能優(yōu)良的采暖設(shè)施，將會(huì)對(duì)節(jié)約能源工作起到事半功倍的作用。若采用高能耗、技術(shù)落后的設(shè)備，將導(dǎo)致能源的大量浪費(fèi)。第一個(gè)方面，暖通空調(diào)以改善居民居住環(huán)境的舒適度為目標(biāo)，在夏季進(jìn)行制冷，冬天進(jìn)行供暖，具有很強(qiáng)的季節(jié)性特征。每一次開(kāi)機(jī)都需要更長(zhǎng)的時(shí)間，這會(huì)加速設(shè)備的老化，增加能源消耗。第二，在實(shí)際的安裝中，由于操作人員的技術(shù)水平有限，如果采用不合理的設(shè)計(jì)和安裝方法，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的能源浪費(fèi)。

2.2 使用過(guò)程中的不合理

另外，建筑暖通空調(diào)能耗高的另一個(gè)重要原因是人們的空調(diào)習(xí)慣。首先，在使用空調(diào)時(shí)，由于沒(méi)有充分利用暖通空調(diào)，造成了系統(tǒng)的損傷，從而縮短了空調(diào)的使用壽命。設(shè)備維修期是設(shè)備運(yùn)行管理中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果維修方法不正確，將會(huì)對(duì)設(shè)備的壽命和運(yùn)行費(fèi)用產(chǎn)生很大的影響。在使用期間，更應(yīng)嚴(yán)禁設(shè)備帶病操作，否則不僅會(huì)造成能源的浪費(fèi)，還會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。如果能夠?qū)崿F(xiàn)理想節(jié)能優(yōu)化，必然可以較好地提升發(fā)展效果。

2.3 建筑設(shè)計(jì)有缺陷

首先建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃不合理是造成暖通設(shè)備能耗問(wèn)題的重要因素，需要引起相關(guān)人員高度重視。建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃不合理分為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷、設(shè)備位置設(shè)計(jì)缺陷以及材料選擇缺陷等方面，應(yīng)予以積極關(guān)注。在暖通系統(tǒng)整體規(guī)劃設(shè)計(jì)中，因?yàn)槿狈?jié)能保溫方面的考慮，也會(huì)在很多部位出現(xiàn)能耗損失問(wèn)題。

第一，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的瑕疵。建筑的平立面設(shè)計(jì)存在著不合理的設(shè)計(jì)和過(guò)度的轉(zhuǎn)折，從而增強(qiáng)了建筑的熱橋作用。建筑外墻的熱量是建筑節(jié)能的重要手段。當(dāng)室內(nèi)外溫度相差太大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)熱以熱輻射或熱傳導(dǎo)形式迅速逸出。

第二，隨著人類審美觀念的不斷提升，建筑越來(lái)越趨于藝術(shù)化，因此，在某種意義上忽視了住宅的適用性。當(dāng)前，許多暖通空調(diào)安裝和維修都存在一些問(wèn)題，比如安裝位置不合理、安裝空間不夠、維修困難等，這些都會(huì)造成傳統(tǒng)的采暖方式安裝后難以達(dá)到應(yīng)有的供暖供冷效果。

第三，建筑外墻隔熱材料選用不當(dāng)、隔熱層厚度不夠、施工不規(guī)范等原因?qū)е峦鈮Ρ貙右蚰途眯圆疃撀涞痊F(xiàn)象普遍存在，由于保溫材料本身存在的問(wèn)題，致使建筑節(jié)能過(guò)度，供暖設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。已經(jīng)報(bào)廢的暖通設(shè)備如圖2 所示。

圖2 已經(jīng)報(bào)廢的暖通設(shè)備

2.4 運(yùn)行管理缺乏專業(yè)技術(shù)人員

由于結(jié)構(gòu)具有樓層高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，所以在進(jìn)行室內(nèi)暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)時(shí)，需要有專門的技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化、系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)。但實(shí)際為了節(jié)約設(shè)計(jì)和管理費(fèi)用，開(kāi)發(fā)商一般都不會(huì)對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行嚴(yán)格的管理和甄別，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)、專業(yè)化的員工來(lái)維護(hù)，造成能源的浪費(fèi)。所以，加強(qiáng)技術(shù)人才的專業(yè)素質(zhì)是確保暖通空調(diào)系統(tǒng)正常工作的重要手段。在訓(xùn)練中，不僅要重視專業(yè)技能的訓(xùn)練，還要重視實(shí)踐技能的訓(xùn)練和考試。通過(guò)嚴(yán)格的培訓(xùn)和評(píng)估，確保員工的知識(shí)和技能不會(huì)落后，真正切實(shí)地保障暖通空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 建筑暖通節(jié)能降耗措施

3.1 優(yōu)化技術(shù)設(shè)備

（1）要科學(xué)合理地選用設(shè)備，比如暖通空調(diào)要考慮到樓層高度、日照等因素。低層因日照時(shí)間短，應(yīng)盡量使用大功率的冷氣機(jī)，建筑日照充足時(shí)可選用小功率機(jī)組，結(jié)合樓層日照情況進(jìn)行設(shè)備選擇，不僅可以滿足建筑的采暖降溫問(wèn)題，也能節(jié)約空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行能耗。

（2）要找到一種新型的能源，除了電能之外，還可以采用太陽(yáng)能、風(fēng)能等多種能源。比如，在10～25℃的恒溫下，可以作為暖通系統(tǒng)的熱源，也可以作為空調(diào)的冷源。

（3）要定期檢修，防止因老化而導(dǎo)致的能源消耗。定期邀請(qǐng)建筑能源檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)建筑物的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析，并將其拆除和替換。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

從設(shè)計(jì)方案入手也是重要手段，確保設(shè)計(jì)方案能夠具備理想的節(jié)能效果，避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)環(huán)節(jié)不合理問(wèn)題，影響后續(xù)暖通設(shè)備運(yùn)行效果。在設(shè)計(jì)方案中，確保所有設(shè)計(jì)人員具備較高的節(jié)能意識(shí)，充分認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)階段的必要性，避免僅僅關(guān)注暖通系統(tǒng)的運(yùn)行功能，要求將節(jié)能放在同等重要的位置，因此可以更好地開(kāi)展后續(xù)設(shè)計(jì)工作。另外要結(jié)合建筑工程項(xiàng)目使用功能以及各個(gè)空間分布情況，明確不同暖通設(shè)備運(yùn)行要求，避免在后續(xù)建筑工程項(xiàng)目運(yùn)用中出現(xiàn)冬天熱夏天冷的問(wèn)題。還可以借助一些虛擬的仿真軟件，對(duì)于任何區(qū)域存在的能耗損失問(wèn)題要及時(shí)規(guī)避，確保設(shè)計(jì)方案更標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 采用水源熱泵與地源熱泵節(jié)能技術(shù)

在用電高峰期，電力供給不足是很普遍的現(xiàn)象，這會(huì)對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生一定的影響。為此，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了水源熱泵技術(shù)和地源熱泵技術(shù)。水源熱泵系統(tǒng)是利用廢水和地下廢水等能源，在某些晝夜溫差大的地區(qū)，可以將其作為供熱的能量來(lái)源。其中，地表水的氣溫相對(duì)穩(wěn)定，全年氣溫波動(dòng)不大，通常在10～25℃之間，是一種很好的冷源和熱泵能源。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，熱泵機(jī)組的工作效率一般都很高，最高可達(dá)60%，最低可達(dá)20%，相對(duì)于常規(guī)中央空調(diào)，其運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)于常規(guī)中央空調(diào)而言，具有明顯的節(jié)能效果。同時(shí)，從本質(zhì)上講，它是一種以大地為載體的能源儲(chǔ)能器，對(duì)環(huán)境的影響非常顯著。如圖3 所示為建筑物冷熱源技術(shù)原理。

圖3 建筑物冷熱源技術(shù)原理

3.4 對(duì)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)進(jìn)行合理的升級(jí)改造

暖通空調(diào)設(shè)計(jì)人員通過(guò)選擇具有變頻功能的暖通空調(diào)設(shè)備，結(jié)合暖通空調(diào)實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)暖通空調(diào)設(shè)備運(yùn)行頻率適當(dāng)調(diào)整。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在全方位升級(jí)創(chuàng)新中，對(duì)于變頻器的使用壽命大為降低，相關(guān)工程技術(shù)人員對(duì)變頻器在使用中常見(jiàn)故障準(zhǔn)確判斷、及時(shí)維修并升級(jí)改造，保證變頻器在出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)解決問(wèn)題。通過(guò)對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的分析，得出該系統(tǒng)不但具有很好的穩(wěn)定性，而且具有明顯的數(shù)字化、系統(tǒng)化的特征。因此，它在調(diào)節(jié)上的作用更大。提高系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化水平，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)的重點(diǎn)課題，也是解決建筑采暖系統(tǒng)節(jié)能的重要途徑。

3.5 采用復(fù)合能源站新技術(shù)

混合能源有很多種，比如太陽(yáng)能、電能等，根據(jù)資源的不同，采用相應(yīng)的方法，可以將其轉(zhuǎn)化為暖通空調(diào)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際工作狀況，采取相應(yīng)的對(duì)策，以減輕能耗的問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)有關(guān)部門開(kāi)展了一系列的科研工作，為新型復(fù)合能量站技術(shù)做了一些探索。新型的復(fù)合能量站技術(shù)，主要是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載狀況，采取各種不同的能量方式，以達(dá)到合理的目的。為確保建筑的采暖、通風(fēng)、太陽(yáng)能等節(jié)能、安全，必須采取多種形式的綜合能源結(jié)構(gòu)。根據(jù)建筑全年的負(fù)荷量、負(fù)荷類型、不同時(shí)段的冷、熱負(fù)荷等因素，對(duì)不同的機(jī)組進(jìn)行了合理的分配，包括：?jiǎn)卫淅渌畽C(jī)組、熱源水泵機(jī)組、冰蓄能空調(diào)機(jī)組、多功能熱回收機(jī)組等。在整個(gè)建筑中，采用不同的能源運(yùn)作方式進(jìn)行優(yōu)化的節(jié)能控制。同時(shí)，充分利用該系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，針對(duì)不同時(shí)段的冷熱、室內(nèi)外負(fù)荷的變化，合理地選擇了供能方式，保證了各個(gè)時(shí)段的采暖空調(diào)系統(tǒng)都處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)，降低能耗，減少排放量。

3.6 提高水冷系統(tǒng)與使用方案的合理性

在一些地?zé)崮茉簇S富區(qū)域可以將地?zé)崮茏鳛橹匾獞?yīng)用能源，不同類型的建筑，結(jié)合建筑工程暖通系統(tǒng)運(yùn)行要求，合理設(shè)置地源熱泵，當(dāng)然在冷熱源選用中，其入口和出口的水溫差異較大，匹配相宜的設(shè)施。應(yīng)從兩個(gè)方面考慮：一是對(duì)建筑的要求；二是季節(jié)變化。因此，有關(guān)技術(shù)人員必須具有相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)，如果有備用的水冷裝置，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，工作人員就可以及時(shí)進(jìn)行替換，減少資源的浪費(fèi)。

3.7 加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能管理人員的培訓(xùn)和考核

設(shè)備的管理與人的管理一樣重要，在現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員，要精細(xì)化把關(guān)。建筑節(jié)能管理人員的質(zhì)量是影響建筑節(jié)能的關(guān)鍵因素，因此，加強(qiáng)建筑節(jié)能管理人員的培訓(xùn)與評(píng)估顯得尤為重要。要想使空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須有專門的人才，不僅要有相應(yīng)的技術(shù)，還要有相應(yīng)的技術(shù)技能，同時(shí)還要進(jìn)行培訓(xùn)和考核。在確保員工的知識(shí)、技能和專業(yè)素質(zhì)的前提下，改進(jìn)后的空調(diào)系統(tǒng)才能更有效地運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)暖通設(shè)備運(yùn)行存在的明顯噪音以及振動(dòng)等問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)修復(fù)，可以更好地提升暖通設(shè)備后續(xù)運(yùn)行的節(jié)能效果。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)是項(xiàng)目建設(shè)的重要部分，為切實(shí)提高建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的整體效果，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)專業(yè)之間的協(xié)調(diào)配合，要求相關(guān)人員具備更高節(jié)能意識(shí)，遵循基本規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，合理選用合適的熱源，強(qiáng)化能量輸送設(shè)計(jì)，優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，創(chuàng)新應(yīng)用變頻系統(tǒng)以及先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，避免出現(xiàn)常見(jiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，遵循設(shè)計(jì)的節(jié)能性、規(guī)范性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等原則，保證暖通空調(diào)設(shè)計(jì)在滿足建筑要求和使用者需求的基礎(chǔ)上，做到高性價(jià)比、節(jié)能、環(huán)保、綠色，促進(jìn)暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升行業(yè)設(shè)計(jì)水平，實(shí)現(xiàn)全面提升建筑暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)效果。