李嘉俊

（廣州市設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

暖通系統(tǒng)在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用，暖通系統(tǒng)在提高室內(nèi)空氣品質(zhì)、保證空氣流通、維持室內(nèi)溫度濕度等方面起到了重要作用。對(duì)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，必須認(rèn)識(shí)到節(jié)能設(shè)計(jì)的重要意義，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的思想，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的綠色發(fā)展目標(biāo)。將先進(jìn)的科技、節(jié)能思想與暖通空調(diào)設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合起來，在節(jié)能減排上作出了積極的技術(shù)突破，使得建筑暖通系統(tǒng)的能耗大幅度地下降，為國家的健康、綠色發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。暖通空調(diào)系統(tǒng)既要提高其設(shè)計(jì)建設(shè)的合理性，又要提高其工作性能，從而提高人們的居住環(huán)境的舒適度，提高空氣品質(zhì)，提高人們的生活品質(zhì)。

1 “雙碳”背景下暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在“雙碳”的背景下，為了達(dá)到節(jié)能減排的目的，暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)也要做出相應(yīng)的調(diào)整。在目前的暖通空調(diào)工程中，要緊緊圍繞“雙碳”目標(biāo)，把節(jié)能技術(shù)和理念融入工程設(shè)計(jì)、選型、施工、調(diào)試、運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié)，使節(jié)能目標(biāo)得到實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行暖通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)建筑的具體應(yīng)用要求，對(duì)建筑項(xiàng)目中的每一個(gè)節(jié)能設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化；在建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)材料選擇上，要堅(jiān)持建筑的綠色環(huán)保觀念，要從能源消耗方面著手，控制好暖通空調(diào)系統(tǒng)的總能耗。未來的暖通空調(diào)系統(tǒng)將更多地采用可再生能源，如太陽能、風(fēng)能等，以減少對(duì)化石燃料的依賴；通過采用高效設(shè)備、熱泵技術(shù)、變頻調(diào)節(jié)和智能控制等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，減少對(duì)化石燃料的依賴，降低碳排放，保護(hù)自然資源[1]?？偟膩碚f，對(duì)建筑暖通空調(diào)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，能夠有效地提升其運(yùn)行效率，這對(duì)于提升建筑的節(jié)能環(huán)保性、建筑舒適度等方面都有著積極的實(shí)際意義。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)原則

（1）需求分析。建筑物的類型、用途、面積、人員密度、熱負(fù)荷需求等信息。這有助于確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。

（2）系統(tǒng)選擇。根據(jù)需求分析的結(jié)果，選擇適合的暖通空調(diào)系統(tǒng)類型，如中央空調(diào)系統(tǒng)、分體空調(diào)系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)等?？紤]到建筑物的特點(diǎn)和預(yù)算限制，選擇最合適的系統(tǒng)。

（3）負(fù)荷計(jì)算。進(jìn)行熱負(fù)荷計(jì)算，確定不同區(qū)域的建筑物在全年不同季節(jié)的冷熱負(fù)荷需求。

（4）設(shè)備選擇。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算和空氣流量設(shè)計(jì)的結(jié)果，選擇合適的設(shè)備，如制冷機(jī)組、通風(fēng)風(fēng)機(jī)、空調(diào)末端設(shè)備等。考慮設(shè)備的能效比、噪音水平、可靠性等因素，選擇高效、可靠的設(shè)備。

（5）管道布置和管道設(shè)計(jì)。根據(jù)建筑物的布局和系統(tǒng)需求，選擇合適設(shè)備放置方位及采用合理的管道布置和管道尺寸。確保管道的空間布置合理性，減少輸送阻力損失。

（6）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)合適的控制系統(tǒng)，包括溫度控制、濕度控制、風(fēng)量控制等?？紤]到系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和能源管理需求，選擇合適的控制策略和設(shè)備。

3 “雙碳”背景下暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)

在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工中，大多數(shù)的設(shè)計(jì)者都將重點(diǎn)放在了暖通空調(diào)的最大負(fù)載原則上，而忽視了暖通空調(diào)在實(shí)際運(yùn)行過程中的特點(diǎn)。在雙碳背景下，新需求的影響之下，設(shè)計(jì)人員要充分考慮到各個(gè)方面的因素，運(yùn)用更先進(jìn)的技術(shù)理念，設(shè)計(jì)出一個(gè)適配及高效的空調(diào)系統(tǒng)[2]。

3.1 可再生能源的利用

（1）自然能源是指非礦物能源，如太陽能，地?zé)?，風(fēng)力，水電，生物質(zhì)能。盡管自然能源屬于清潔能源，但是它的使用與建筑需求和戶外環(huán)境有很大關(guān)系，它不能滿足建筑全年任何時(shí)間的需求，通常都需要在自然能源的基礎(chǔ)上，輔以其他形式的冷熱源。

（2）循環(huán)型回?zé)崞?，也就是熱泵技術(shù)，它的高效利用能夠?qū)崿F(xiàn)夏天供冷、冬天供熱的目的。熱泵系統(tǒng)包括空氣源熱泵、水源熱泵和土壤源熱泵3 種。隨著熱泵技術(shù)的不斷成熟，熱泵系統(tǒng)的性能指標(biāo)也在不斷提高[3]。

3.2 變頻技術(shù)

采用變頻調(diào)速技術(shù)，可使電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，使風(fēng)機(jī)的風(fēng)量或水泵的水量發(fā)生變化。由于在設(shè)計(jì)的時(shí)候，是按照最大流量來進(jìn)行選擇的，因此，電機(jī)的功率也是按照最大負(fù)載來選擇的，但是在實(shí)際操作中，所需要的負(fù)載是不一樣的，所以，要按照實(shí)際情況來調(diào)整設(shè)備的流量，保證設(shè)備能夠一直保持在一個(gè)高效率的工作狀態(tài)，從而提高設(shè)備的運(yùn)行效率。

3.3 空氣熱回收技術(shù)

空氣熱回收技術(shù)采用的是排風(fēng)跟新風(fēng)之間的熱量交換，在經(jīng)過合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后，應(yīng)該使用排風(fēng)來對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱（或預(yù)冷），這樣就可以減少新風(fēng)的負(fù)荷，同時(shí)還能獲得良好的節(jié)能和環(huán)保效果。新風(fēng)熱交換原理如圖1 所示。從結(jié)構(gòu)上看，熱回收裝置可分為熱管型、轉(zhuǎn)輪型和板翅型。根據(jù)其性質(zhì)，可將熱回收分為兩種類型：全熱回收和顯熱回收。目前，設(shè)備的全熱回收效率通常高于50%，顯熱回收效率通常高于60%。

圖1 新風(fēng)熱交換原理

3.4 智能調(diào)節(jié)暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

首先，利用暖通空調(diào)的內(nèi)部局域網(wǎng)，將其接入大數(shù)據(jù)庫中，利用大數(shù)據(jù)庫中的外網(wǎng)，獲得當(dāng)天的氣象、溫濕度等信息，并利用傳感器收集室內(nèi)外溫濕度、降雨量等信息，并對(duì)室內(nèi)工作人員人數(shù)、工作人員舒適性等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和更新，并對(duì)這些信息進(jìn)行整理和分析，繪制出暖通空調(diào)的運(yùn)行效率-環(huán)境的關(guān)系曲線，供暖通空調(diào)的運(yùn)行管理人員根據(jù)這條關(guān)系曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)操作。例如，梅雨天氣根據(jù)室外傳感器數(shù)據(jù)，檢測(cè)到室外溫度下降，濕度上升。數(shù)據(jù)分析中心會(huì)以這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為依據(jù)，同步地對(duì)運(yùn)行曲線進(jìn)行更新，暖通空調(diào)控制系統(tǒng)會(huì)按照最新的曲線進(jìn)行操作，從而提高暖通空調(diào)的中央制冷溫度，減少制冷溫差。其次，還會(huì)根據(jù)室內(nèi)溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)，對(duì)暖通空調(diào)的控制系統(tǒng)進(jìn)行緩慢地調(diào)整，從而達(dá)到快速地平衡室內(nèi)溫濕度變化。最后，以室內(nèi)的舒適度評(píng)價(jià)為依據(jù)，在舒適、溫暖、寒冷的判斷數(shù)量上，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的穩(wěn)定調(diào)控。通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，形成了一個(gè)閉環(huán)的控制過程，使暖通空調(diào)的“芯”中藏著“數(shù)”，使系統(tǒng)在最好的工作狀態(tài)下工作，使空調(diào)在最好的環(huán)境下工作，使空調(diào)在最好的舒適環(huán)境下工作，從而達(dá)到精確的控制、精確的節(jié)能、精確的決策。

4 暖通空調(diào)能源消耗原因分析

4.1 暖通空調(diào)關(guān)鍵系統(tǒng)未能實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行

研究發(fā)現(xiàn)，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能量消耗約占整個(gè)建筑能量消耗的50%，所以，如何高效地提升暖通空調(diào)的運(yùn)行品質(zhì)與效率，是實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能低碳化的前提條件。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，水泵、風(fēng)機(jī)、制冷機(jī)、除濕機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)往往與建筑物自身存在較大的偏差，只要偏差的大小不超過建筑物規(guī)定的偏差范圍，就不會(huì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。但是，一旦其數(shù)值超過了建筑規(guī)范規(guī)定的允許范圍，就會(huì)引起室內(nèi)各系統(tǒng)的失效，從而造成巨大的能耗與資源浪費(fèi)。

4.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏合理性

在建筑物設(shè)計(jì)中，建筑物的總體布置和構(gòu)造也會(huì)造成HVAC 系統(tǒng)的高能耗現(xiàn)象。例如，室內(nèi)布局不恰當(dāng)，室內(nèi)光照不足，空氣流通不通暢，承重墻位置不合理，窗戶朝向等客觀原因，都要引起設(shè)計(jì)者的注意。為了達(dá)到暖通空調(diào)系統(tǒng)的綜合節(jié)能最優(yōu)設(shè)計(jì)目的，首先，要注意建筑主體墻壁的設(shè)計(jì)和建造必須符合安全和穩(wěn)定的建筑標(biāo)準(zhǔn)。其次，在玻璃幕墻智能化設(shè)計(jì)中，要將能耗均衡與低碳節(jié)能相結(jié)合，由于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，往往會(huì)造成室內(nèi)與室外的能量損失不均衡，增加暖通系統(tǒng)的不確定性，造成巨大的能耗浪費(fèi)。

4.3 運(yùn)行開關(guān)未能全面實(shí)現(xiàn)智能化管理

隨著綠色低碳生產(chǎn)理念的不斷推廣，智能節(jié)能技術(shù)被越來越多的企業(yè)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)和施工中，智能控制是提高暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率和品質(zhì)的最好方法。設(shè)計(jì)者必須在設(shè)計(jì)之初，將智能科技融入暖通系統(tǒng)中，以提高系統(tǒng)的靈敏度。在具體的應(yīng)用過程中，不難發(fā)現(xiàn)，通過感測(cè)裝置探測(cè)室內(nèi)溫度變化，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)的靈活切換。當(dāng)室內(nèi)溫度出現(xiàn)過高或過低的情況時(shí)，智能探測(cè)設(shè)備將會(huì)對(duì)系統(tǒng)發(fā)出調(diào)整操控指式，來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。這種設(shè)計(jì)方式可以有效地避免由于人工開關(guān)而造成的能源損耗與能量過度供給的現(xiàn)象。但是，從目前我國建筑行業(yè)的現(xiàn)狀來看，大多數(shù)建筑行業(yè)在智能化開關(guān)方面的設(shè)計(jì)力度都比較薄弱，這與智能化開關(guān)的理想設(shè)計(jì)有很大的差距，很多企業(yè)只能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化的設(shè)計(jì)，這就導(dǎo)致了很難達(dá)到理想化的全自動(dòng)化、智能化暖通空調(diào)系統(tǒng)。

5 暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)精細(xì)化設(shè)計(jì)

在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)行周密計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計(jì)，才能夠?qū)㈩A(yù)期目標(biāo)達(dá)成[4]。

5.1 設(shè)計(jì)空氣交換系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，進(jìn)行多個(gè)影響因素的分析，并對(duì)通風(fēng)方式進(jìn)行科學(xué)的選擇。通過對(duì)換氣系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的調(diào)控，能夠獲得較好的節(jié)能效果。如果有大量的新風(fēng)涌入，會(huì)給系統(tǒng)帶來更大的負(fù)擔(dān)和更大的電力消耗。然而，如果沒有充足的新風(fēng)，就無法對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行綜合處理，從而導(dǎo)致室內(nèi)空氣品質(zhì)下降。因此，在設(shè)計(jì)空氣處理機(jī)組的時(shí)候，利用詳細(xì)的負(fù)荷計(jì)算及焓濕圖分析空氣處理過程，合理利用余熱回收技術(shù)，減少空氣過程中不必要的能源消耗。

5.2 科學(xué)運(yùn)用變頻設(shè)備

近年來，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)也在不斷地改進(jìn)。通過該技術(shù)，可以通過對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控，根據(jù)具體需要，合理調(diào)整空調(diào)設(shè)備風(fēng)機(jī)及水泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量、水量等智能按需調(diào)節(jié)。在設(shè)計(jì)過程中，要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以降低系統(tǒng)的能量消耗，盡量使設(shè)備在高效點(diǎn)運(yùn)行，達(dá)到預(yù)定的節(jié)能目標(biāo)。

5.3 優(yōu)化水循環(huán)系統(tǒng)

在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，水循環(huán)系統(tǒng)水力平衡起著舉足輕重的作用。優(yōu)先考慮利用管道的敷設(shè)路由來使得輸配管網(wǎng)水力平衡，如在車庫布置水平同程環(huán)管，再利用核心筒豎井分設(shè)多對(duì)立管。至于水的質(zhì)量，也要達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。特別是利用開式冷卻塔散熱的空調(diào)系統(tǒng)，由于水與外界空氣的接觸，不可避免的將外界空氣中的細(xì)菌及雜物帶入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)中積聚的水垢量到一定程度后，冷凝器的換熱能力會(huì)成指數(shù)下降，從而影響整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。所以對(duì)于水循環(huán)系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)時(shí)我們應(yīng)該考慮設(shè)置水處理設(shè)備，同時(shí)后期運(yùn)維需要專業(yè)的人員，在一定的時(shí)間段內(nèi)，做好系統(tǒng)的清潔工作，保證空調(diào)循環(huán)水的水質(zhì)。

5.4 設(shè)計(jì)智能控制系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)智能化的控制，必須使用空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)。在設(shè)置監(jiān)控設(shè)備時(shí)，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的整體監(jiān)控。如果設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)了故障，監(jiān)控設(shè)備可以通過總控制臺(tái)發(fā)出警報(bào)，對(duì)相關(guān)工作人員起到警示的作用，使得他們可以及時(shí)解決故障，減少風(fēng)險(xiǎn)。也可以通過智能軟件，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的有關(guān)參數(shù)展開分析，在出現(xiàn)異常參數(shù)時(shí)，可以對(duì)工作人員進(jìn)行預(yù)警，快速查找出現(xiàn)異常的原因并進(jìn)行處理。比如在水泵的節(jié)能控制中，應(yīng)該通過供回水溫度傳感器、壓力傳感器等來實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)分區(qū)的供水和回水的智能控制，從而提高水泵的實(shí)際工作效率，達(dá)到降低能耗的目的。在設(shè)計(jì)工作中，要結(jié)合具體的需求來控制水泵的運(yùn)行數(shù)量及各臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速，盡量使其在合理的工作點(diǎn)運(yùn)行，避免某些水泵工作負(fù)載過大，降低故障的發(fā)生，并提升輸配系統(tǒng)的效率。

5.5 正確使用熱回收裝置

在碳中和思想的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對(duì)熱回收裝置對(duì)建筑采暖效果的影響有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)。暖通系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，為了做好節(jié)能工作，設(shè)計(jì)者應(yīng)該將空調(diào)的余熱利用起來，在充分考慮到發(fā)熱的流體差異、狀態(tài)差異等因素的基礎(chǔ)上，來設(shè)置合適的熱回收裝置，保證在使用的過程中，余熱可以與空調(diào)的總熱量進(jìn)行相互交換，更好的為整個(gè)建筑提供熱能。在設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到室內(nèi)環(huán)境的溫度變化和濕熱變化，在采暖的過程中達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的目的。暖通系統(tǒng)為了保證室內(nèi)空氣的流通，在供熱的時(shí)候，會(huì)排放出一定數(shù)量的煤氣，這些煤氣攜帶了很多的熱能，所以在某種程度上，也就是產(chǎn)生了很多的能耗。在具體的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)該強(qiáng)化對(duì)風(fēng)負(fù)荷的熱能回收，通過使用自然界中的可再生資源來推動(dòng)空調(diào)中的熱能交換，從而提升系統(tǒng)的內(nèi)部運(yùn)行效率，降低能耗[5]。

6 結(jié)語

總之，在全國推行“雙碳”政策的背景下，暖通行業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景。為達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)的目的，提升暖通空調(diào)系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，設(shè)計(jì)者必須對(duì)其運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行精確計(jì)算，合理分析負(fù)荷組成及動(dòng)蕩特點(diǎn)，并通過新風(fēng)全熱回收、變風(fēng)量系統(tǒng)以及引入變流量節(jié)能系統(tǒng)等手段，全面提升其節(jié)能設(shè)計(jì)效果。