丁澤瀚

在民用建筑中，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗一直是設(shè)計(jì)人員關(guān)注的問題，隨著全球氣候變暖問題日趨嚴(yán)峻，以及人們對生活環(huán)境舒適性要求的提高，解決暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗同節(jié)能之間的矛盾成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。設(shè)計(jì)人員必須在以往的設(shè)計(jì)思路中，更加注重系統(tǒng)的節(jié)能性，并遵循“綠色可持續(xù)”、“碳中和”等基礎(chǔ)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。只有設(shè)計(jì)人員將“節(jié)能理念”重視起來，在設(shè)計(jì)中采用合理有效的優(yōu)化方法，才能使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最大化效能。在享受空調(diào)系統(tǒng)帶來的舒適感外，進(jìn)一步降低能源消耗，貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，更好實(shí)現(xiàn)“人與能源”和諧共處。通過應(yīng)用清潔型能源、可再生能源，以加強(qiáng)暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果，促進(jìn)建筑行業(yè)的節(jié)能化發(fā)展。

圖1 暖通空調(diào)系統(tǒng)框架圖

一、建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)概述

1.節(jié)能設(shè)計(jì)的原則性

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，必須遵循“以人為本”原則，在不降低人類對環(huán)境溫度、濕度、清潔度要求的前提下，在發(fā)揮暖通空調(diào)系統(tǒng)的功能作用基礎(chǔ)上，以合理化技術(shù)手段盡量提高能源利用率，以降低能源消耗，來為人們提供舒適的空間環(huán)境。

2.節(jié)能設(shè)計(jì)的必要性

社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，逐漸突顯出資源匱乏問題，對人類社會未來的可持續(xù)發(fā)展影響巨大。建筑中的空調(diào)系統(tǒng)更是不可避免的能源消耗大戶，在當(dāng)前注重綠色節(jié)能、碳排放的大環(huán)境下，暖通設(shè)計(jì)人員更應(yīng)該注重節(jié)能降耗，并以此為目標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能發(fā)展，這是當(dāng)前設(shè)計(jì)的重中之重。

二、建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)高能耗原因

1.節(jié)能設(shè)計(jì)普及率不足

綠色節(jié)能設(shè)計(jì)在得到大家重視后才逐步形成相關(guān)國家規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，我國這方面的發(fā)展起步晚，在目前的建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，僅要求公共建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)符合綠色建筑要求。雖說相較之前已得到了重視，但占據(jù)大比例的非公共建筑項(xiàng)目仍因未按照相關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，在業(yè)主的要求或設(shè)計(jì)者的主觀要求下，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案未能符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)不同的方案間也缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，絕大部分因過度追求用戶體驗(yàn)、關(guān)注成本效益而忽視節(jié)能減排，影響整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果。

2.節(jié)能設(shè)計(jì)重視度不足

分析當(dāng)前已建或在建的項(xiàng)目可知，暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)仍得不到重視。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，業(yè)主沒有認(rèn)識到系統(tǒng)節(jié)能的真正意義，很多時(shí)候會因裝飾空間、外立面美觀、造價(jià)成本等原因而無法顧及到節(jié)能。多數(shù)設(shè)計(jì)人員的意識不足，讓節(jié)能設(shè)計(jì)僅為空談口號，不能真正落實(shí)到實(shí)際應(yīng)用中，進(jìn)一步影響了暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)效果。

3.系統(tǒng)主觀影響大

當(dāng)下，我國居民節(jié)能意識薄弱，在冬季采暖和夏季制冷兩種工況下，多數(shù)用戶為了改善居住的舒適度，經(jīng)常會因環(huán)境因素略微改變而立即通過控制器調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度，甚至在短時(shí)間內(nèi)頻繁調(diào)整，導(dǎo)致機(jī)組頻繁啟停；加上大多數(shù)用戶在運(yùn)行空調(diào)設(shè)備時(shí)沒能養(yǎng)成常關(guān)門窗的習(xí)慣，為求制冷（熱）效果而加大溫度設(shè)置，導(dǎo)致能源白白流失，這兩方面造成的能源消耗是比較大的。

三、暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)

建筑室外設(shè)計(jì)參數(shù)，對暖通空調(diào)系統(tǒng)影響較大，且溫度與濕度因素的干擾明顯。對于暖通空調(diào)系統(tǒng)而言，室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)必須考慮溫度與濕度問題，利用上述因素衡量系統(tǒng)節(jié)能效果?？茖W(xué)計(jì)算室內(nèi)溫度與濕度，確保區(qū)域劃分合理，以滿足不同時(shí)間段居住需求。在設(shè)計(jì)新風(fēng)量時(shí)，必須滿足生產(chǎn)要求、節(jié)能降耗要求。

2.計(jì)算冷熱負(fù)荷

暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，冷熱負(fù)荷的不良影響大多表現(xiàn)在末端設(shè)備設(shè)計(jì)、冷熱輸送配管、水泵配置、冷熱源能源中。為了維護(hù)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)成效，確保冷熱負(fù)荷計(jì)算準(zhǔn)確性，同時(shí)加大數(shù)據(jù)支持力度，使暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗降低。優(yōu)化方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)時(shí)，由于工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不詳細(xì)，在計(jì)算冷熱負(fù)荷時(shí)，必須選擇科學(xué)計(jì)算方法。冷熱負(fù)荷計(jì)算時(shí)，聯(lián)合建筑冷熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)值，實(shí)行回歸計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果作為設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.優(yōu)化選擇冷熱源

冷熱源選擇時(shí)，需要設(shè)置冷水機(jī)組、供熱設(shè)備、換熱設(shè)備。機(jī)組設(shè)備選擇時(shí)，深入分析以下因素：建筑規(guī)模、功能要求、能源結(jié)構(gòu)價(jià)格、環(huán)境保護(hù)要求等。在設(shè)置機(jī)組數(shù)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)參考建筑實(shí)際情況，落實(shí)標(biāo)準(zhǔn)化原則：第一，當(dāng)建筑周邊分布熱力廠時(shí)，則以熱力廠余熱為供熱元；當(dāng)具備較佳供冷條件時(shí)，則充分發(fā)揮出供冷效果。第二，建筑區(qū)域分布供熱點(diǎn)時(shí)，可以作為暖通空調(diào)系統(tǒng)熱源。第三，建筑周邊富含天然氣能源，為了確保冷熱源穩(wěn)定，提升能源利用效率，推廣應(yīng)用燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)。第四，建筑周邊擁有豐富水資源、地?zé)豳Y源時(shí)，借助水源熱泵裝置，可以實(shí)現(xiàn)供冷供熱效果。熱泵機(jī)組、冷水機(jī)組指標(biāo)，在于單臺容量與機(jī)組數(shù)量，能夠滿足滿負(fù)荷運(yùn)行、日常運(yùn)行要求。建筑所在區(qū)域有過渡季供冷需求時(shí)，應(yīng)當(dāng)深入分析技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性。如果技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢顯著，則應(yīng)用冷卻塔提供空調(diào)冷水。當(dāng)建筑全年都有調(diào)控空氣的需求，室內(nèi)與周邊環(huán)境負(fù)荷大，會出現(xiàn)同時(shí)供冷、供熱問題。在滿足經(jīng)濟(jì)合理性、技術(shù)可行性前提下，應(yīng)用水循環(huán)熱能空調(diào)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)供熱供冷。

四、建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)方法

1.合理選擇變頻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，可發(fā)現(xiàn)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備能耗，約為建筑總能耗的20%。設(shè)計(jì)人員開展暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)深入了解建筑實(shí)際情況、暖通空調(diào)設(shè)備，按照暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)況，優(yōu)化調(diào)整設(shè)備運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗效果。

2.基于熱回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間，會產(chǎn)生大量熱能，同時(shí)釋放到空氣中，這方面不僅引發(fā)能源浪費(fèi)，且一定程度上破壞大氣環(huán)境。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理利用熱回收技術(shù)，能夠集中回收該部分熱能，通過流體傳導(dǎo)方式，為暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行提供熱濕環(huán)境，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部能量循環(huán)應(yīng)用，減少暖通空調(diào)系統(tǒng)能源消耗。同時(shí)，針對暖通空調(diào)系統(tǒng)通風(fēng)換氣能耗，利用熱回收技術(shù)收集、存儲能量，為空氣交換提供能源。圖2為熱回收技術(shù)原理圖。設(shè)計(jì)實(shí)踐中，設(shè)計(jì)人員在建筑排風(fēng)端位置，合理設(shè)置熱交換器。室內(nèi)外空氣流通時(shí)，通過暖通空調(diào)系統(tǒng)余溫、余熱，預(yù)降和預(yù)熱空氣，降低暖通空調(diào)設(shè)備能耗與負(fù)荷。收集排風(fēng)系統(tǒng)的能量，待到能量積攢到一定程度，就可以交換新空氣。通過此種方式能夠減少空調(diào)設(shè)備能量負(fù)荷，還能夠降低系統(tǒng)能耗，經(jīng)濟(jì)環(huán)保性能優(yōu)勢，滿足低碳生活理念。

圖2 熱回收技術(shù)原理圖

3.基于冷熱水循環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的

設(shè)計(jì)冷熱水系統(tǒng)時(shí)，通過溫度調(diào)節(jié)裝置控制進(jìn)出端水溫，降低冷熱水溫差所致能耗。設(shè)計(jì)人員應(yīng)用封閉循環(huán)模式，優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，循環(huán)使用空調(diào)系統(tǒng)能源。應(yīng)用此種設(shè)計(jì)方法，通過設(shè)置水泵實(shí)現(xiàn)循環(huán)運(yùn)行，確保暖通空調(diào)系統(tǒng)檢修與維護(hù)的便利性。采取此種措施，既可以降低空調(diào)設(shè)備損耗，又可以減少能源消耗。同時(shí)，在建筑室內(nèi)設(shè)置溫控調(diào)節(jié)設(shè)備，確保溫度調(diào)控的即時(shí)性。

4.基于暖通系統(tǒng)布局優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)注重優(yōu)化系統(tǒng)的管路布局，不僅要簡化管路設(shè)置，還需要優(yōu)化系統(tǒng)控制邏輯，根據(jù)不同用戶的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)不同場所的室內(nèi)環(huán)境指標(biāo)，靈活分區(qū)、簡易控制、按需供給，既可以降低系統(tǒng)能源消耗，還可以確保用戶計(jì)費(fèi)的合理性。

5.基于聯(lián)供技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員按照實(shí)際情況，優(yōu)化選擇天然氣為能源。天然氣為清潔能源，設(shè)計(jì)人員利用聯(lián)供技術(shù)，能夠?yàn)閮?yōu)化提供電力能源，通過發(fā)電余熱，實(shí)現(xiàn)建筑制冷和供熱，有效調(diào)控室內(nèi)溫度。應(yīng)用聯(lián)供技術(shù)，能夠降低暖通空調(diào)系統(tǒng)對環(huán)境的影響，提升能源利用效率，降低能源消耗。

6.基于新能源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的

隨著新能源技術(shù)成熟發(fā)展，設(shè)計(jì)人員通過新能源技術(shù)，優(yōu)化暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗效果。第一，地源熱泵技術(shù)。在現(xiàn)代技術(shù)支持下，地源熱泵技術(shù)越來越受社會關(guān)注，被廣泛應(yīng)用到暖通空調(diào)系統(tǒng)中。地源熱泵技術(shù)通過淺層地?zé)豳Y源實(shí)現(xiàn)建筑制冷與供熱。地?zé)崮芪挥诘叵聹\層位置，不會受到季節(jié)變化影響，可以長時(shí)間保持穩(wěn)定溫度。建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)，能夠在夏季作為冷源。建筑室內(nèi)環(huán)境熱量，利用地源熱泵傳遞至地層。借助地能，可以作為暖通空調(diào)系統(tǒng)熱源。利用地源熱泵，能夠?qū)崃總鬟f至低溫度位置。同時(shí)，在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，將地源熱泵作為蓄熱裝置，可以充分應(yīng)用能源，減少能源消耗與浪費(fèi)。設(shè)計(jì)人員可以按照民用建筑實(shí)況，通過地源熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)效果。第二，太陽能技術(shù)。當(dāng)前，我國太陽能技術(shù)發(fā)展效果顯著，利用主動(dòng)式技術(shù)、被動(dòng)式技術(shù)，能夠高效應(yīng)用太陽能。圖3為太陽能技術(shù)原理圖。太陽能主動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)復(fù)雜，對設(shè)計(jì)人員的要求高，所以設(shè)計(jì)與建設(shè)成本高，相應(yīng)限制設(shè)計(jì)實(shí)踐推廣。太陽能被動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，具備適用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢。設(shè)計(jì)人員按照建筑結(jié)構(gòu)朝向與特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。合理應(yīng)用太陽能集熱板、集熱墻、光電板技術(shù)，將太陽能作為暖通空調(diào)系統(tǒng)能源來源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗效果。

圖3 太陽能技術(shù)原理圖

五、結(jié)語

綜上所述，建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較綜合且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，但目前?jié)能設(shè)計(jì)普及率不足、重視度不足，嚴(yán)重影響了當(dāng)前暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)成果。為了改善上述問題，更好實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，作為該專業(yè)的設(shè)計(jì)人員，在日常的工作中應(yīng)該更加注重“綠色節(jié)能”設(shè)計(jì)理念，且在實(shí)際項(xiàng)目上嚴(yán)格遵循相關(guān)節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過合理選擇系統(tǒng)冷熱源、設(shè)備、適當(dāng)運(yùn)用新能源和新技術(shù)，優(yōu)化暖通系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)、控制邏輯，才能夠更好實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)效果，不斷提升暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效益。