陳錦華

（福建省合道建筑設(shè)計(jì)有限公司，福州 350003）

1 暖通空調(diào)系統(tǒng)的分類及基本原理

暖通空調(diào)系統(tǒng)主要包括供暖、通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)3 部分，涉及熱力學(xué)、流體力學(xué)、流體機(jī)械等機(jī)械工程學(xué)科。其中，中央空調(diào)是在日常生活當(dāng)中較為常見的系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

圖1 中央空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

根據(jù)工作原理劃分，暖通空調(diào)系統(tǒng)可分為冷水機(jī)組、冷卻塔、外部熱交換系統(tǒng)和冷卻風(fēng)扇4 部分。

1）冷水機(jī)組。用于將輸送給每個(gè)房間的循環(huán)水經(jīng)過熱交換處理后轉(zhuǎn)換為“冷凍水”。

2）冷卻塔。用來接收冷卻泵送來的溫度較高的水，經(jīng)過冷卻之后為冷卻機(jī)組提供冷卻水。

3）外部熱交換系統(tǒng)包含冷凍水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。

冷凍水循環(huán)系統(tǒng)主要完成以下過程：中央空調(diào)設(shè)備的冷凍水回水經(jīng)集水器、除污器、循環(huán)水泵進(jìn)入冷水機(jī)組蒸發(fā)器內(nèi)，吸收了制冷劑蒸發(fā)的冷量，使其溫度降低成為冷水，進(jìn)入分水器后再送入空調(diào)設(shè)備的表冷器或冷卻盤管內(nèi)，與被處理的空氣進(jìn)行熱交換后，再回到冷水機(jī)組內(nèi)進(jìn)行循環(huán)再處理。

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是將經(jīng)過熱交換的冷卻水由冷卻水泵送入冷卻水塔中，在冷卻塔中降濕降溫之后送回冷水機(jī)組。

4）冷卻風(fēng)扇，冷卻風(fēng)扇的性能與暖通空調(diào)的性能密切相關(guān)，是暖通空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，冷卻風(fēng)扇在暖通空調(diào)中主要有兩方面的功能：（1）降低暖通系統(tǒng)的溫度，避免使用中系統(tǒng)溫度過高影響整體性能；（2）為暖通系統(tǒng)提供冷水，保證暖通系統(tǒng)制冷性能的正常使用。

2 建筑暖通設(shè)計(jì)的要意義

集中空調(diào)系統(tǒng)能耗在大型公共建筑總能耗中占25%～60%，而制冷機(jī)房系統(tǒng)（冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔等）的能耗占集中空調(diào)系統(tǒng)能耗的50%～80%[2]。顯然，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)使制冷機(jī)房系統(tǒng)的能效降低，是建筑節(jié)能減排工作的重要目標(biāo)。

1）建筑暖通設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展。我國(guó)建筑行業(yè)早年實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，但是近年來，由于受到技術(shù)和理念方面的停滯而導(dǎo)致發(fā)展趨勢(shì)漸趨平緩。暖通系統(tǒng)是建筑中的重要部分，建筑暖通設(shè)計(jì)與建筑實(shí)用性息息相關(guān)，是追趕世界管理理念和先進(jìn)技術(shù)的重要一步。

2）建筑暖通設(shè)計(jì)順應(yīng)了我國(guó)可持續(xù)發(fā)展理念。目前，我國(guó)的能源供需矛盾愈來愈激烈，這是國(guó)家發(fā)展過程中難以忽視的方面，暖通空調(diào)系統(tǒng)每年的用電量在我國(guó)總用電量中所占比重不容忽視，是國(guó)家能源供需矛盾產(chǎn)生的主要原因。建筑暖通設(shè)計(jì)融入了節(jié)能和新型設(shè)計(jì)理念，可以減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能發(fā)展。因此，可以通過對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能化設(shè)計(jì)增強(qiáng)對(duì)能源使用量的有效控制。

3 國(guó)內(nèi)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中存在的問題

3.1 設(shè)計(jì)管理方面的問題

建筑在建設(shè)過程中，投資者通常會(huì)追求利益最大化，暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)人員也會(huì)首先考慮投資成本，盡可能選擇能效較低的暖通空調(diào)系統(tǒng)，導(dǎo)致后續(xù)使用中能耗較高。另外，要實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)，需要綜合考慮初投資、運(yùn)行費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用等方面，不斷地優(yōu)化和完善才能獲得較為滿意的方案，但總體來說周期較長(zhǎng)。而投資者在建設(shè)中縮減成本的首要措施就是縮短建設(shè)周期，這樣留給設(shè)計(jì)人員更新和完善設(shè)計(jì)方案的時(shí)間也是有限的，所以，最終的結(jié)果可能是沒有得到全面優(yōu)化和完善的設(shè)計(jì)方案。

3.2 設(shè)計(jì)方案中的問題

建筑暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)方案是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的基礎(chǔ)，所以，暖通空調(diào)目前存在耗能嚴(yán)重的原因之一是設(shè)計(jì)方案不合理。耗能較高的建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案通常沒有綜合考慮建筑本身實(shí)際情況、環(huán)境條件、節(jié)能理念以及資源情況等方面，因此，形成了不合理的設(shè)計(jì)方案。一方面冷熱負(fù)荷是建筑暖通設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考量的數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)中往往需要通過衡量設(shè)備的冷熱負(fù)荷能力來確定設(shè)備系統(tǒng)的應(yīng)用水平；另一方面，還需考慮暖通空調(diào)控制系統(tǒng)的選擇。暖通空調(diào)控制系統(tǒng)主要由制冷機(jī)房的群控、新風(fēng)機(jī)組監(jiān)控、空調(diào)機(jī)組的監(jiān)控和變風(fēng)量系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)組成，在設(shè)計(jì)過程中要同時(shí)考慮控制系統(tǒng)的智能化和節(jié)能兩方面。若設(shè)計(jì)人員忽視其中某個(gè)方面，會(huì)導(dǎo)致暖通空調(diào)系統(tǒng)整體運(yùn)行能耗增加，這就要求設(shè)計(jì)人員在開展設(shè)計(jì)工作時(shí)要有全局觀，充分考慮每個(gè)細(xì)節(jié)問題。

4 新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念

4.1 協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)理念

節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮暖通空調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)方面，即設(shè)計(jì)人員要具備協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的理念。因?yàn)榕照{(diào)系統(tǒng)包括通風(fēng)、供暖、空氣調(diào)節(jié)等多個(gè)系統(tǒng)，在節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，要從各系統(tǒng)的角度出發(fā)，以實(shí)用性和節(jié)能性為前提對(duì)其開展節(jié)能分析，最終回歸到暖通空調(diào)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行全面分析。

4.2 可循環(huán)設(shè)計(jì)理念

可循環(huán)設(shè)計(jì)理念是在可持續(xù)發(fā)展觀念的基礎(chǔ)上提出的，從建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的角度來說，是指提高可再生資源的利用率。目前，我國(guó)大部分地區(qū)取暖設(shè)備使用頻率較高，也消耗了大量的能源，要從根本上改善我國(guó)能源損耗的問題，需要樹立可循環(huán)設(shè)計(jì)的理念，在節(jié)能設(shè)計(jì)中充分考慮可再生資源的充分利用。如在建筑暖通設(shè)計(jì)中運(yùn)用太陽(yáng)能技術(shù)，利用有關(guān)技術(shù)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，促使機(jī)械發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；還可以利用太陽(yáng)能直接驅(qū)動(dòng)吸收劑，從而達(dá)到制冷效果。

5 新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念在建筑暖通設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

5.1 運(yùn)用新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念優(yōu)化暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

將新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要對(duì)設(shè)計(jì)人員開展系統(tǒng)的培訓(xùn)，針對(duì)新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念展開全面的培訓(xùn)，保證節(jié)能設(shè)計(jì)理念深入每一位設(shè)計(jì)人員的意識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，使設(shè)計(jì)人員從實(shí)際性、節(jié)能型、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型以及環(huán)保性等方面綜合制訂建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案[3]。

5.2 運(yùn)用新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念優(yōu)化蓄冷以及變頻系統(tǒng)

在建筑工程暖通空調(diào)系統(tǒng)中，蓄冷設(shè)計(jì)以及變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)是較為重要的內(nèi)容，也是使用頻率最高的兩個(gè)功能。在蓄冷以及變頻系統(tǒng)中融入新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念是開展節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

1）蓄冷設(shè)計(jì)。其原理是在用電低谷的時(shí)間段開展制冷工作，將產(chǎn)生的冰或冷氣儲(chǔ)存在蓄冷設(shè)備中，在用電高峰時(shí)將儲(chǔ)存的冰及冷氣釋放，以達(dá)到制冷效果，同時(shí)又減輕了用電壓力，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。蓄冷設(shè)計(jì)重點(diǎn)需要考慮制冷設(shè)備的智能性及蓄冷效果。要保證暖通系統(tǒng)能夠智能識(shí)別用電量，并且無須人工操作，自動(dòng)進(jìn)行蓄冷，還要選用蓄冷效果好的蓄冷材料運(yùn)用于蓄冷設(shè)備中。

2）變頻系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)。變頻系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)主要是通過水泵和風(fēng)機(jī)對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)配，使室內(nèi)溫度保持均衡。當(dāng)室外太陽(yáng)輻射較強(qiáng)或者溫度較高時(shí)，室內(nèi)外的溫差較大，通過降低水泵頻率和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方式可以有效減少能量的輸出，以此達(dá)到室內(nèi)溫度的均衡，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。在實(shí)際項(xiàng)目中，變頻系統(tǒng)的使用確實(shí)可以緩解能源損耗嚴(yán)重的問題，也可以節(jié)省使用成本。

5.3 運(yùn)用新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念改進(jìn)能量管理模塊

建筑暖通空調(diào)的工作過程實(shí)質(zhì)上是完成各類能量的運(yùn)輸及轉(zhuǎn)換。將新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念運(yùn)用到能量管理中，可以有效降低在建筑暖通空調(diào)的能量損耗，當(dāng)能量消耗值達(dá)到某設(shè)定范圍后，能量管理模塊可以自動(dòng)調(diào)節(jié)開關(guān)或控制設(shè)備，減少資源消耗，降低使用成本。對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以從以下幾方面入手：

1）優(yōu)化啟動(dòng)和停止模塊。要先對(duì)設(shè)備設(shè)置臨界溫度，當(dāng)設(shè)備的實(shí)際溫度超過設(shè)定溫度時(shí)，通過計(jì)算暖通空調(diào)系統(tǒng)中各設(shè)備的最優(yōu)啟停時(shí)間自動(dòng)啟停。

2）負(fù)載循環(huán)。主要以一定的時(shí)間周期為準(zhǔn)關(guān)停設(shè)備來降低能量消耗的方式。

3）能量管理與統(tǒng)計(jì)模塊。首先計(jì)算之前的電量和能量消耗成本，并且以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)形成圖標(biāo)，以日、月、年為單位進(jìn)行分析。

5.4 在建筑暖通設(shè)計(jì)中運(yùn)用可再生能源

在暖通空調(diào)系統(tǒng)中融入新型節(jié)能理念，需要將節(jié)能理念貫徹到整體設(shè)計(jì)中。除設(shè)計(jì)方案、節(jié)能理念等方面，還可以從使用能源的種類方面進(jìn)行創(chuàng)新。目前已知的綠色能源包括地源熱泵技術(shù)、風(fēng)冷熱泵技術(shù)等。

1）地源熱泵技術(shù)是以巖土體、底層土壤、地下水或者地表水為低溫?zé)嵩?，將水地源熱泵機(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)和建筑物內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行組合的空調(diào)系統(tǒng)。

2）風(fēng)冷熱泵技術(shù)是給予壓縮式制冷循環(huán)將冷媒作為載體，在風(fēng)機(jī)強(qiáng)制換熱時(shí)，從大氣吸取或者排放熱量。如果能對(duì)這些新能源進(jìn)行合理的利用，可以有效實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約。比如，利用地源熱泵技術(shù)，在建筑暖通設(shè)計(jì)中融入土一氣型技術(shù)，從地下水中取熱及排熱，在熱泵機(jī)組的幫助下轉(zhuǎn)換為熱水或者冷水，再將這些熱水及冷水傳輸?shù)矫總€(gè)房間的風(fēng)機(jī)盤道，以此達(dá)到供熱的目的。

6 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的背景下，國(guó)家對(duì)于新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念也愈發(fā)重視，新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念即實(shí)現(xiàn)低碳、協(xié)調(diào)及可循環(huán)的設(shè)計(jì)理念。為了順應(yīng)我國(guó)雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)面對(duì)國(guó)內(nèi)能源供需、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與環(huán)境之間的種種壓力，將新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于實(shí)際工作中迫在眉睫。在此過程中需要注意的是，新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念在建筑暖通設(shè)計(jì)中的應(yīng)用需要因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況不斷更改節(jié)能設(shè)計(jì)的思路，不同的建筑有不同的使用功能，暖通系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)也需要及時(shí)變通，不能將節(jié)能理念生搬硬套于所有建筑中。