柯仲明（黃山市建筑設(shè)計研究院，安徽　黃山　245000）

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暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計探討

柯仲明（黃山市建筑設(shè)計研究院，安徽黃山245000）

隨著人們生活水平的提升和環(huán)保意識的增強，在享受暖通空調(diào)系統(tǒng)提供的改善室內(nèi)氣流速度和空氣濕度、溫度等服務(wù)功能的同時，越來越注重暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能，本文為能夠在保證暖通空調(diào)系統(tǒng)性能的前提下，有效的縮減其對能源、資源的消耗，在對暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計理念進(jìn)行系統(tǒng)分析的前提下，對暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計方法展開研究。

暖通空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能；設(shè)計

前言

隨著暖通空調(diào)市場需求的不斷加大，我國暖通空調(diào)產(chǎn)業(yè)得到快速的發(fā)展，但由于我國暖通空調(diào)自主創(chuàng)新和技術(shù)研發(fā)的力度相對西方發(fā)達(dá)國家比較薄弱，在設(shè)計的過程中通常以改變暖通空調(diào)的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)為主，雖在優(yōu)化暖通空調(diào)性能方面可以達(dá)到一定的效果，但并不能有效的縮減其在運行過程中的資源、能源消耗，所以暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計受到廣泛關(guān)注。

1　暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的正確理念綜述

現(xiàn)階段，我國暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計中存在的誤區(qū)主要包括：片面追求功能設(shè)計而忽視節(jié)能設(shè)計、片面的將“合規(guī)”標(biāo)準(zhǔn)等同于充分節(jié)能理念、片面的將節(jié)能概念與節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品的統(tǒng)一等同于節(jié)能設(shè)計，所以在設(shè)計的過程中應(yīng)有意識的規(guī)避錯誤設(shè)計理念，應(yīng)用正確的節(jié)能設(shè)計思路［1］。

1.1重視能源類型和利用方式

實踐證明，結(jié)合建筑具備的能源邊界進(jìn)行能源類型和利用方式的選擇，暖通空調(diào)系統(tǒng)在運行的過程中對能源的消耗和對CO2的排放量最少，所以在設(shè)計的過程中要注重以下幾個方面：

1.1.1注重冷熱源形式的選擇

礦物能源在冷熱源形式方面的差異會導(dǎo)致其在提供相同的冷熱量的情況下，消耗的能源和排放的 CO2也不同，例如，某建筑項目暖通空調(diào)系統(tǒng)的年供熱總量為8000GJ，以其能源邊界條件可選擇以下四種方案分別是熱效率為85%的燃?xì)忮仩t、熱效率為65%的區(qū)域鍋爐房、能效比為4.2的電熱泵、能效比為1.6的燃?xì)馕帐綗岜茫姆N方案的資源消耗分別為321.14t、419.95t、183.56t、140.5t，四種方案的CO2排放量分別為520.56t、1117.07t、488.28t、228.96t。通過四種方案的對比分析可以發(fā)現(xiàn)，雖然產(chǎn)出的總熱量相同，但四種方案中第四種方案能源消耗量不足第二種的35%，第四種方案應(yīng)用清潔能源和高效處理方式標(biāo)準(zhǔn)煤礦物能源消耗最理想，所以該建筑項目結(jié)合資源條件、節(jié)能目標(biāo)和相關(guān)經(jīng)濟(jì)要素會選擇第四種設(shè)計方案［2］。

1.1.2注重梯級利用能源

實踐證明，高能級段能源在發(fā)電的過程中其余熱可以直接供熱制冷，使效率提升，例如在利用1m3的低位熱值為8500kcal的天然氣時，采用燃?xì)獍l(fā)電+電熱泵+煙氣余熱吸收式冷溫水機組的梯級利用形式時，其經(jīng)過計算供熱能力為18.78kW，制冷能力為24.7kW，而利用直燃吸收式冷溫水機組供熱制冷的非梯級利用形式時，其供熱和供冷能力分別為8.9kW和14.83kW，可見能源梯級利用在節(jié)能設(shè)計中的重要性。

1.1.3考慮熱泵對建筑節(jié)能的真正價值

通過實踐人們發(fā)現(xiàn)，利用熱泵可以將不能直接應(yīng)用，但分布廣泛、賦存量理想的低品位熱轉(zhuǎn)化為可以利用的熱量。例如，在節(jié)能方面，可以實現(xiàn)一系能源高位熱值效率大于1，使電力設(shè)備的年負(fù)荷率升高；在減排方面，由于一次能源在梯級利用中規(guī)模的增加，采用集中供熱的形式，集中監(jiān)管的效果更理想，可以實現(xiàn)現(xiàn)場零排放，使城市冬季環(huán)境得到有效的改善，所以此方面在暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計中也至關(guān)重要。

1.2實現(xiàn)低溫供熱高溫供冷

1.2.1理論分析

通常情況下建筑室內(nèi)供冷或供熱末端安置的水/冷媒-空氣換熱器的經(jīng)濟(jì)換熱溫差在10℃附近，所以供熱和供冷機制溫度可分別達(dá)到30℃、18℃，實現(xiàn)低溫供熱高溫供冷，但現(xiàn)階段暖通空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計的過程中通常以系統(tǒng)性能評價作為額定參數(shù)，忽視經(jīng)濟(jì)技術(shù)的作用。

1.2.2技術(shù)條件分析

①在建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)不斷優(yōu)化的過程中，暖通空調(diào)冷熱末端的負(fù)荷容量空間加壓縮減，這在一定程度上彌補了輻射換熱為主的冷熱末端單位面積冷熱負(fù)荷能力相對較小的缺陷；②將潛熱冷負(fù)荷和潛熱冷負(fù)荷分離處理的溫濕度獨立調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的產(chǎn)生，將顯熱冷負(fù)荷載冷劑溫度提升到 15～20℃之間，這表明，人工制冷過程中雖然相關(guān)的能耗會提升，但能效比也會提升10～25%，非人工制冷的利用時間增長，自然冷源的應(yīng)用空間和能源的單位體積密度增加。除此之外，具有溫度工況針對性的新型空調(diào)產(chǎn)品的開發(fā)也為其提供了技術(shù)保證，例如干式風(fēng)機盤管等在對應(yīng)溫度區(qū)間內(nèi)的熱力完善程度、轉(zhuǎn)熱流程、性能系數(shù)等方面都具有優(yōu)越性。

1.3合理確定室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

室內(nèi)設(shè)計參數(shù)，如新風(fēng)量、溫度等對暖通空調(diào)系統(tǒng)的耗能也會產(chǎn)生影響，其參數(shù)確定需要考慮其是否滿足室內(nèi)舒適度和工藝的要求，保證率是否合理等因素，例如天津市動機室內(nèi)設(shè)計參數(shù)取值22℃/30%或24℃/40%都可以滿足其設(shè)計參數(shù)的要求，但能量分析發(fā)現(xiàn)，采用24℃/40%方案使空調(diào)熱負(fù)荷提升近16%，加濕熱負(fù)荷增加一半以上［3］。

1.4重視對關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化

空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計供回水參數(shù)的彈性和對系統(tǒng)能效的影響是暖通空調(diào)系統(tǒng)中最明顯的部分，例如量管制風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，以5℃溫差對應(yīng)的流量確定水系統(tǒng)管道和管件的規(guī)格，在ER供冷ER供熱分別為0.0214和0.0173的情況下，不同供回水溫度時系統(tǒng)能效比的變化如表1所示，可見關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)的選擇對暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果具有重要的影響。

表1　不同供回水溫度時系統(tǒng)能效比的變化數(shù)據(jù)

1.5其他方面不斷優(yōu)化

除以上方面外，人們發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計的過程中能否保證高效率設(shè)備被積極應(yīng)用，而且保證其在多數(shù)時間內(nèi)可以在高效率區(qū)運行；能否對冷熱源品質(zhì)進(jìn)行充分利用；能否準(zhǔn)確、合理的確定小溫差換熱和輸配系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)等對暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計也具有重要的影響，所以在節(jié)能設(shè)計的過程中需要針對性的不斷完善。

2　暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計方法的探索

現(xiàn)階段主要通過篩選節(jié)能設(shè)計方案、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)、建立數(shù)據(jù)庫、利用仿真模擬技術(shù)四種途徑，進(jìn)行暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計水平的提升。其中，篩選節(jié)能設(shè)計方案和優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)都包括簡單、較簡單和復(fù)雜三種層次的方法。例如篩選節(jié)能設(shè)計方案的簡單方法如圖1所示，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的復(fù)雜方法如圖2所示。數(shù)據(jù)庫的建立，可以推動暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計在參數(shù)選擇的過程中突破額定工況的限制，結(jié)合全工況的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)能效最優(yōu)化設(shè)計，保證系統(tǒng)礦物能源消耗合理縮減或排放的污染氣體總量降低，現(xiàn)階段被推廣應(yīng)用的BIM系統(tǒng)，對此類數(shù)據(jù)庫的建設(shè)具有較理想的作用。而利用仿真模擬技術(shù)對暖通空調(diào)系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)在運行的過程中可能產(chǎn)生的能源消耗和可能排放的污染氣體進(jìn)行預(yù)見，可以結(jié)合預(yù)見結(jié)果對相關(guān)的數(shù)據(jù)、參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而使暖通空調(diào)系統(tǒng)整體的節(jié)能效果提升，可見此方法將暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計效果優(yōu)化的順序進(jìn)行了調(diào)整，使節(jié)能的主動性提升，符合現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基本思路，隨著計算機技術(shù)、設(shè)計平臺等信息技術(shù)的發(fā)展，此途徑將得到不斷的完善，使暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計越來越有保證，但現(xiàn)階段此方法仍需要不斷的完善和實踐論證，需要相關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和深化，目前仍以前三種途徑為主。

圖1　篩選節(jié)能設(shè)計方案的簡單方法

3　結(jié)論

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，我國暖通空調(diào)系統(tǒng)的市場需求在不斷加大，但現(xiàn)階段暖通空調(diào)設(shè)計水平并不能滿足消費者對其節(jié)能方面的要求，這不僅造成大量的資源、能源浪費，而且嚴(yán)重阻礙我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的貫徹落實，所以針對暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計展開研究具有重要的現(xiàn)實意義。

［1］吳曉艷.公共建筑空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計與優(yōu)化管理［D］.長沙：湖南大學(xué)，2006.

［2］李小會.廣東商場建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計研究［D］.廣州：廣州大學(xué)，2014.

［3］強兆燕.大型公共建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計評價研究［D］.天津：天津大學(xué)，2011.

2016-4-20

TU831

A

2095-2066（2016）13-0125-02