王劉燦

（華誠博遠(yuǎn)工程咨詢有限公司 北京 100042）

近年來，我國經(jīng)濟(jì)由粗放型增長模式轉(zhuǎn)型到了集約型經(jīng)濟(jì)增長模式，需要減少能源消耗，降低資源浪費(fèi)，有效解決生態(tài)環(huán)境污染問題。隨著中央空調(diào)暖通設(shè)備使用數(shù)量的增多，能耗問題也越來越突出，受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。由于當(dāng)前階段中央空調(diào)暖通設(shè)備生產(chǎn)制造中已經(jīng)通過應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈思維，建立了以研發(fā)設(shè)計(jì)、采購運(yùn)輸、施工建設(shè)、訂單處理、市場(chǎng)營銷、售后運(yùn)維管理為主要內(nèi)容的產(chǎn)業(yè)鏈條，并且形成了設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)引領(lǐng)、其他環(huán)節(jié)按部就班實(shí)施的模式，因而，需要通過在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)增加節(jié)能措施，較好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性節(jié)能目標(biāo)，以此解決能耗問題。

1 節(jié)能理念的內(nèi)涵及應(yīng)用原則

1.1 內(nèi)涵

節(jié)能理念于1979年由世界能源委員會(huì)首次提出，通過后續(xù)在全球可持續(xù)發(fā)展方面的應(yīng)用，獲得了廣泛研究與推廣應(yīng)用。我國在1997年通過了《中華人民共和國節(jié)約能源法》，并且在后續(xù)的歷次修訂中對(duì)其進(jìn)行了完善。我國在提出“雙碳”目標(biāo)的背景下，進(jìn)一步深化了對(duì)節(jié)能理念的研究與在各行業(yè)諸領(lǐng)域的應(yīng)用。從概念界定看，節(jié)能主要指在滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)等需求的條件下，采用科學(xué)技術(shù)、管理技術(shù)，合理利用能源與資源，提高生產(chǎn)效率、降低能耗與資源消耗、減少對(duì)生態(tài)環(huán)境污染等，以此保障應(yīng)用對(duì)象使用過程中產(chǎn)生的綜合效益［1］。

1.2 應(yīng)用原則

在節(jié)能理念應(yīng)用原則方面，主要包括節(jié)約性原則、系統(tǒng)性或整體性原則、適應(yīng)性原則、循環(huán)利用性原則。以節(jié)約性原則為例，既要使能源、資源獲得節(jié)能，也要求將能源、資源的節(jié)能手段所需的成本投入降至最低。因此，要求在節(jié)約能源、資源使用量的情況下，節(jié)約節(jié)能成本與應(yīng)用能源與資源中產(chǎn)生的成本。例如，節(jié)能理念在中央空調(diào)暖通設(shè)計(jì)中的應(yīng)用就能較好地達(dá)到節(jié)約目標(biāo)。以整體性原則為例，節(jié)能理念的應(yīng)用需要在整體上實(shí)現(xiàn)節(jié)能、在局部確保節(jié)能的有效性。目前的經(jīng)驗(yàn)表明，中央空調(diào)應(yīng)用時(shí)屬于一個(gè)完整的暖通系統(tǒng)，整體上的節(jié)能可以使節(jié)能設(shè)計(jì)與節(jié)能減排目標(biāo)趨于一致，并且從更為宏觀的層面提高暖通系統(tǒng)運(yùn)行中的節(jié)能效用。以適應(yīng)性原則為例，中央空調(diào)作為一種設(shè)備，需要借助不同的輔助措施保障其功能的有效應(yīng)用。

但我國幅員遼闊，不同的地區(qū)、不同的中央空調(diào)應(yīng)用對(duì)象及應(yīng)用需求存在差異，所以，應(yīng)用節(jié)能理念時(shí)，需要考慮它的適應(yīng)性。以循環(huán)利用性原則為例，無論是能源還是資源，在其應(yīng)用過程中，如果通過建立一種循環(huán)模式，既可以提高能源與資源利用率，也可以由此推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。中央空調(diào)暖通系統(tǒng)含有不可循環(huán)利用原材料，在應(yīng)用節(jié)能理念后，可以借助對(duì)材料的選擇與對(duì)設(shè)備使用后的回收利用，以及在使用過程中產(chǎn)生的能量的循環(huán)利用，使其轉(zhuǎn)向循環(huán)利用方向［2］。

2 節(jié)能理念下中央空調(diào)暖通設(shè)計(jì)需求

2.1 系統(tǒng)節(jié)能需求分析

中央空調(diào)暖通設(shè)計(jì)要求滿足采暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)三大基本功能。作為一種分戶使用的中央空調(diào)，其中包括了氟利昂系統(tǒng)與水系統(tǒng)，因而，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少能源消耗與資源浪費(fèi)，需要通過系統(tǒng)節(jié)能實(shí)現(xiàn)總的節(jié)能減排目標(biāo)。第一，中央空調(diào)暖通系統(tǒng)規(guī)模大、功能多，具有一定的復(fù)雜性（見圖1）。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)根據(jù)安裝場(chǎng)所的時(shí)間—溫度關(guān)系、每日平均最高氣溫或最低氣溫等進(jìn)行折算?？墒?，由于折算后只有幾小時(shí)的最高氣溫與最低氣溫，導(dǎo)致了冷負(fù)荷、熱負(fù)荷均不能達(dá)到最大值，因此容易出現(xiàn)能耗過剩現(xiàn)象。第二，當(dāng)前，中央空調(diào)暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，使用的原材料具有多樣性，設(shè)計(jì)趨于多元化，系統(tǒng)參數(shù)需要根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)與調(diào)整。但是，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的節(jié)能評(píng)價(jià)相對(duì)不足，當(dāng)中央空調(diào)暖通系統(tǒng)經(jīng)過一些特殊區(qū)域時(shí)，會(huì)產(chǎn)生能源損耗。第三，中央空調(diào)系統(tǒng)、冷熱水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)屬于總系統(tǒng)中的子系統(tǒng)，均具有系統(tǒng)控制特征，在實(shí)際使用中，需要將影響它們的因素結(jié)合起來，合理地根據(jù)季節(jié)、溫度、自動(dòng)控制、風(fēng)量調(diào)節(jié)、冷凍水、蒸發(fā)耗水、飛水、排污換水等進(jìn)行節(jié)能控制，才能達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能目標(biāo)。所以，在系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方面，需要充分考慮系統(tǒng)節(jié)能與專項(xiàng)節(jié)能需求之間的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而保障設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)全面節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)［3］。

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)原理示意（局部）

2.2 專項(xiàng)節(jié)能需求分析

2.2.1 資源節(jié)能

在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)牽引之下，要將節(jié)能理念科學(xué)地應(yīng)用到中央空調(diào)暖通設(shè)計(jì)之中，需要充分考慮資源節(jié)能問題。根據(jù)現(xiàn)階段的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來看，在能源節(jié)能方面，主要以新能源代替舊能源為主。例如，中央空調(diào)暖通系統(tǒng)在使用階段會(huì)耗費(fèi)大量的電能資源，此時(shí)，就可以通過太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、熱力發(fā)電等新能源取代當(dāng)前使用的火電能源。為了保障中央空調(diào)暖通系統(tǒng)應(yīng)用的節(jié)能性，需要在設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)環(huán)節(jié)時(shí)盡可能做好密封設(shè)計(jì)，預(yù)防溫度散失、風(fēng)量損耗；在水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，則應(yīng)該盡量采用循環(huán)利用設(shè)計(jì)，減少水資源消耗，以此滿足資源節(jié)能需求［4］。

2.2.2 成本節(jié)能

中央空調(diào)暖通節(jié)能設(shè)計(jì)中，需要投入相應(yīng)的成本，包括物料成本、設(shè)計(jì)成本、時(shí)間成本、技術(shù)成本，以及系統(tǒng)運(yùn)行階段的使用成本等，此時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的各類成本進(jìn)行精準(zhǔn)核算，才能達(dá)到預(yù)期的成本節(jié)能目標(biāo)。當(dāng)前的設(shè)計(jì)中，主要是按照制定節(jié)能設(shè)計(jì)要素清單、設(shè)置設(shè)計(jì)指標(biāo)的辦法，運(yùn)用定額設(shè)計(jì)方法進(jìn)行成本節(jié)能。例如，在原材料選擇方面，連接管道的設(shè)計(jì)通常要考慮它環(huán)保性能、市場(chǎng)價(jià)格、使用壽命、配套的保溫材料與施工技術(shù)等，進(jìn)而確保管道設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)節(jié)約成本。簡(jiǎn)單來講，在水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，需要結(jié)合材料、工藝、技術(shù)、市場(chǎng)、效用等，促進(jìn)設(shè)計(jì)成本節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)［5］。

2.2.3 使用節(jié)能

中央空調(diào)暖通設(shè)計(jì)方案在投入使用后，為了保證專項(xiàng)節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，通常會(huì)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)引領(lǐng)的思路下，于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提高系統(tǒng)控制方面的參數(shù)設(shè)計(jì)。目前的設(shè)計(jì)中，包括了以人流量調(diào)整設(shè)計(jì)指標(biāo)、根據(jù)實(shí)際使用情況設(shè)置制冷主機(jī)、結(jié)合使用環(huán)境調(diào)節(jié)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。從經(jīng)驗(yàn)看，重點(diǎn)集中于相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)、各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的范圍控制設(shè)計(jì)等，其中包括了傳感器、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。所以，在資源節(jié)能設(shè)計(jì)需求方面，既應(yīng)該注重能源資源、設(shè)備資源，也應(yīng)該從能源、設(shè)備使用的參數(shù)著手，作好數(shù)據(jù)資源節(jié)能設(shè)計(jì)，尤其應(yīng)該結(jié)合中央空調(diào)暖通系統(tǒng)運(yùn)行管理中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保障設(shè)計(jì)方案在后續(xù)使用中的有效性［6］。

3 節(jié)能理念下中央空調(diào)暖通設(shè)計(jì)措施

3.1 科學(xué)設(shè)計(jì)機(jī)房位置

中央空調(diào)暖通設(shè)計(jì)方案以具體的建筑物為載體，其中包括不同類型的機(jī)房，如排風(fēng)、空調(diào)、熱交換、制冷機(jī)房。就設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性而言，冷熱源通常要進(jìn)行集中布置，空調(diào)機(jī)房則宜采用分散設(shè)置。簡(jiǎn)單來講，不同的機(jī)房功能及作用存在差異，而且其功能的實(shí)現(xiàn)主要通過管道實(shí)現(xiàn)，因而，需要盡可能選擇管道短、段面小、節(jié)省空間的方案。例如，在現(xiàn)代的高層建筑物中，中央空調(diào)暖通系統(tǒng)要借助總管道、分支管道將熱風(fēng)與冷風(fēng)輸送到各家各戶，此時(shí)，對(duì)于處在核心地位的中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，既要考慮到管道的占用的空間位置是處于相對(duì)較小的范圍，也應(yīng)該將段面控制到較小范圍，提高輸送能源的最大化，另外，管道長短直接影響了材料的選擇、使用量、成本投入、使用效果。再如：冷凍機(jī)、熱交換機(jī)房的設(shè)計(jì)要考慮能量的傳輸方式，盡量將其布置在地下室，使其在能量傳輸時(shí)產(chǎn)生較大的效用；而排風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該以屋面為準(zhǔn)，盡可能使所有的能量在最大使用效用的條件下獲得有效利用后經(jīng)過最高位置進(jìn)行排出。由此可見，科學(xué)設(shè)計(jì)機(jī)房位置，實(shí)際上要求設(shè)計(jì)師將建筑體、不同機(jī)房的功能，以及機(jī)房間的資源利用情況結(jié)合起來，從而使能源、資源利用達(dá)到最大化、能耗達(dá)到最小化。

3.2 細(xì)化室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

中央空調(diào)暖通系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)象是室內(nèi)，而集中在辦公區(qū)域或居住區(qū)域，在公共空間的使用相對(duì)受限。從整體上看，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案在實(shí)質(zhì)上是一個(gè)封閉系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)控制需求看，封閉系統(tǒng)中的節(jié)能目標(biāo)之實(shí)現(xiàn)旨在提高系統(tǒng)控制的精準(zhǔn)度。首先，室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)取值會(huì)對(duì)舒適度、造價(jià)、運(yùn)行效率、運(yùn)行能耗產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響，因此，在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮參數(shù)的實(shí)際影響，再結(jié)合ASHRAE62標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)?shù)亟档驮O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其次，中央空調(diào)暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是為了滿足其應(yīng)用效用的最大化、投入資源的最小化目標(biāo)，因而，在室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)取值控制方面，應(yīng)注重設(shè)備使用指標(biāo)與外部環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)性。例如，一天中的溫度有變化，變化具體體現(xiàn)在不同的時(shí)間段，而中央空調(diào)暖通系統(tǒng)應(yīng)用中，要做到精準(zhǔn)調(diào)節(jié)具有一定的困難，在這種情況下，應(yīng)該結(jié)合節(jié)能評(píng)價(jià)、外部環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，合理地設(shè)計(jì)室內(nèi)參數(shù)調(diào)節(jié)范圍。

3.3 降低空調(diào)運(yùn)行能耗

首先，在運(yùn)行能耗控制方面，應(yīng)該以節(jié)能理念為主導(dǎo)，選擇可再生能源，如當(dāng)前應(yīng)用較多的太陽能、地源熱泵。利用太陽能時(shí)，可以在設(shè)計(jì)中選擇主動(dòng)型、被動(dòng)型兩種方案，考慮到主動(dòng)型設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用成本較高，可以選擇被動(dòng)式方案，借助調(diào)整建筑構(gòu)件與暖通設(shè)備位置進(jìn)行設(shè)置。利用地源熱泵時(shí)，制冷與供熱均可滿足，工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單。建議在比較成本投入后選擇合適的方案。

其次，在新風(fēng)量節(jié)方面，新風(fēng)負(fù)荷通常占到中央空調(diào)總負(fù)荷的20%～40%，當(dāng)滿足室內(nèi)衛(wèi)生需求后，可以適度地減少新風(fēng)量，在該方面應(yīng)該注重設(shè)計(jì)風(fēng)量時(shí)的取值范圍控制。由于運(yùn)行能耗與圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、氣候變化、室內(nèi)空間使用功能相結(jié)合，此時(shí)，應(yīng)該結(jié)合數(shù)據(jù)分析方法，先作好預(yù)測(cè)控制，再根據(jù)降低空調(diào)運(yùn)行能耗的目標(biāo)，進(jìn)行舒適度、設(shè)備容量、運(yùn)行時(shí)間方面的參數(shù)控制設(shè)計(jì)。目前，在中央空調(diào)暖通設(shè)計(jì)中增加了智能控制系統(tǒng)，因此，建議借助傳感器設(shè)置、通信關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)分析，將終端的數(shù)據(jù)采用、PC端的數(shù)據(jù)分析、管理中心的空調(diào)運(yùn)行控制結(jié)合起來，進(jìn)行系統(tǒng)性設(shè)計(jì)，確保冷熱源能源控制、中央空調(diào)系統(tǒng)控制、室內(nèi)外空氣狀態(tài)參數(shù)控制達(dá)到最佳節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.4 降低水系統(tǒng)的能耗

建議在設(shè)計(jì)階段區(qū)分隱性能源的來源，減少水量消耗同時(shí)耗費(fèi)大量電能的情況。例如，當(dāng)前的隱性能耗主要集中在冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)，其中，冷卻水系統(tǒng)包括了蒸發(fā)耗水、飛水消耗、排污換水消耗。此時(shí)，可以按照專項(xiàng)設(shè)計(jì)思路，在冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，加強(qiáng)管路保溫設(shè)計(jì)，包括保溫材料選擇、保溫方式設(shè)計(jì)、排污閥與旁通閥控制設(shè)計(jì)。在冷卻水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方面，風(fēng)機(jī)大量送風(fēng)的設(shè)計(jì)辦法雖然降低了冷卻塔出水溫度，卻增加了電能損耗，此時(shí)，應(yīng)該考慮冷凝壓力與機(jī)組耗電指標(biāo)間關(guān)系進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。而飛水方面的節(jié)能設(shè)計(jì)，應(yīng)該從風(fēng)機(jī)葉片的調(diào)整設(shè)計(jì)進(jìn)行控制；至于排污換水方面的節(jié)能設(shè)計(jì)，建議從清潔水系統(tǒng)方向考慮，能夠減少換水頻率的設(shè)計(jì)辦法，因此，排污換水過程中的消耗無法規(guī)避，只能選擇盡可能小的換水頻率，以此達(dá)到降低能耗的目標(biāo)。

4 結(jié)語

總之，節(jié)能已經(jīng)成為了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的重要實(shí)踐途徑，在中央空調(diào)暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用節(jié)能理念，一方面需要在深度、廣度、精度層面加強(qiáng)對(duì)節(jié)能理念的研討；另一方面則應(yīng)該結(jié)合中央空調(diào)暖通設(shè)計(jì)需求，制訂合理的研發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)用方案。通過以上初步分析，可以看出，系統(tǒng)節(jié)能、專項(xiàng)節(jié)能應(yīng)該體現(xiàn)在中央空調(diào)暖通設(shè)計(jì)的各個(gè)層面，因此，建議在機(jī)房位置、室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)、空調(diào)運(yùn)行能耗、水系統(tǒng)能耗等方面以節(jié)能理念為主導(dǎo)，合理地制定相應(yīng)的節(jié)能措施。