許浩 王爭利 王鵬飛 王興龍

中聯(lián)西北工程設計研究院有限公司 陜西 西安 710000

引言

2020年，我國正式宣布了“碳中和”、“碳達峰”的“雙碳”目標。在此背景下，建筑行業(yè)應積極響應國家號召，堅持以綠色施工為核心原則，為我國節(jié)能、降耗的“雙碳”愿景提供助力。暖通空調(diào)系統(tǒng)在建筑工程中的能耗占比極高，常見的大型公共建筑中，其暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗占比可達建筑整體能耗占比的30%～50%。因此，完善暖通空調(diào)節(jié)能技術的設計，優(yōu)化節(jié)能技術的合理應用，以精細化設計，降低建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗極有必要。

1 建筑暖通空調(diào)節(jié)能設計的原則

1.1 節(jié)能原則

顧名思義，建筑節(jié)能型暖通空調(diào)系統(tǒng)設計時，必須要遵循節(jié)能性原則，堅持綠色施工理念，在保障該建筑基礎功能性需求的基礎上，提升建筑的節(jié)能效果。設計師必須要充分考慮到建筑所在地氣候環(huán)境、氣溫、空氣濕度等客觀因素對該建筑暖通空調(diào)運行能耗造成的影響，并對該系統(tǒng)的設計做出針對性調(diào)整，實現(xiàn)“因地制宜”式的暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)設計。

1.2 需求原則

建筑暖通空調(diào)設計中節(jié)能技術的應用，必須要建立在滿足業(yè)主對該建筑節(jié)能功能的基本需求之上[1]。因此在設計時，設計師必須要遵循需求原則，考慮到該建筑的宜居度，最大限度滿足人們的現(xiàn)實需求，為人們提供更加舒適的生活或工作環(huán)境。

1.3 整體、局部原則

建筑工程的暖通空調(diào)系統(tǒng)設計時，每個模塊甚至每個房間的控制系統(tǒng)都應該是互相獨立的，因此在設計時，要正確處理整體與局部之間的關系，以此保障暖通空調(diào)系統(tǒng)的功能。

1.4 空氣質(zhì)量控制原則

建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)不僅要具備保溫功能，還要精準控制系統(tǒng)的輸送風量，以此控制建筑內(nèi)部的空氣質(zhì)量，因此系統(tǒng)設計時，應注意優(yōu)化空氣質(zhì)量控制模塊的性能，在盡可能節(jié)約系統(tǒng)能耗的基礎上，保障建筑內(nèi)的空氣質(zhì)量。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術的精細化設計

以某地醫(yī)院建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)項目為例。

2.1 樓宇控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)使用樓宇自控系統(tǒng)（即BA系統(tǒng)）的自動檢測、智能化控制功能，對該建筑內(nèi)部所有的空調(diào)設備、通風設備、冷熱源設備、給排水系統(tǒng)、照明設備、供配電系統(tǒng)及其下搭載的所有重要電力設備進行全過程監(jiān)管。BA系統(tǒng)可以降低系統(tǒng)運行能耗，并收集各個子系統(tǒng)在運行過程中的全部數(shù)據(jù)，在初步整理后，匯總收集在數(shù)據(jù)處理端口，也能夠在特殊環(huán)境下或某一系統(tǒng)數(shù)據(jù)異常時，及時察覺并做出預警，可以在保障運行效率的同時，最大限度地節(jié)約能源、人力等成本，并保障各設備、子系統(tǒng)的安全運行，還能有效延長設備的使用壽命，可以進一步降低因設備故障、損壞造成的資源浪費[2]。

2.2 氣體監(jiān)控報警系統(tǒng)

2.2.1 冷源系統(tǒng)： 該醫(yī)院冷水機房監(jiān)控系統(tǒng)的控制功能獨立于BA系統(tǒng)存在，此時BA系統(tǒng)只接受該冷水機房控制系統(tǒng)上傳的信號，不會干預或控制該系統(tǒng)的運行。冷源系統(tǒng)可以對冷卻泵、冷凍泵、冷卻塔、冷水機組與閥門等各個重要節(jié)點的運行狀況，實施自動化監(jiān)控，確保各設備能夠按照要求及規(guī)范順序執(zhí)行啟停命令，并監(jiān)測系統(tǒng)下各設備的實時運行情況，遇到故障或數(shù)據(jù)異常時可自動報警。冷源系統(tǒng)上傳的信號包括目前制冷系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)、故障報警信號、啟停程序配置、群控控制機組運行及運行過程中的能耗累計，另外也包括冷水系統(tǒng)、各處的回水/出水口溫度、水壓監(jiān)測信號、冷凍泵與冷卻塔風機的實時運行狀態(tài)顯示。

2.2.2 新風機組：考慮到不同季節(jié)、晝夜溫差、日空氣質(zhì)量需求等指標，擬定不同情況下的運行計劃及節(jié)能運行控制程序，實現(xiàn)自動化風機啟停控制，同時監(jiān)測新風機組當下的運行情況，完善故障檢測，并制定定時維修計劃以及定時維修提示程序。節(jié)能運行控制程序還應具備自動調(diào)節(jié)電動水閥開度的功能，確保新風機組的送風量、送風溫度始終處于標準范圍內(nèi)。

2.2.3 送/排風系統(tǒng)：根據(jù)預設時間及空氣質(zhì)量指標，自動控制送/排風系統(tǒng)的啟停，監(jiān)測送/排風系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，并具備故障報警功能，另外，可實時檢測目標區(qū)域的實時空氣質(zhì)量，可顯示一氧化碳、二氧化碳等影響空氣質(zhì)量的氣體濃度?？刂葡到y(tǒng)還需要統(tǒng)計送/排風機組的實際工作時間，并設置定時維護程序[3]。消防兩用送/排風機的控制由BA時間程序管理，遭遇火警時，優(yōu)先控制權(quán)為消防控制室，并與防火閥報警系統(tǒng)聯(lián)動。

2.3 空調(diào)及供暖系統(tǒng)

2.3.1 傳染病院病區(qū)。新風系統(tǒng)設計時，將傳染病院病區(qū)劃分為污染區(qū)、半污染區(qū)與清潔區(qū)3個大分區(qū)，隨后在病院每一層的3個分區(qū)內(nèi)，分別設置獨立的新風機組與排風系統(tǒng)，并使用在單獨區(qū)域獨立設置的壓差控制器，控制該區(qū)域內(nèi)的新風系統(tǒng)與排風系統(tǒng)，并根據(jù)該區(qū)域目前狀況，自動調(diào)節(jié)區(qū)域的實時排風量。清潔區(qū)、半污染區(qū)及污染區(qū)房間內(nèi)壓力設計應以梯度呈現(xiàn)，壓力數(shù)值依次降低，分別為+10Pa、-10Pa、-20Pa。通過BA系統(tǒng)，實時監(jiān)測室內(nèi)的清潔程度、空氣含菌量及含病毒濃度，并適時調(diào)節(jié)該區(qū)域的送/排風計劃。在某病房含菌量或含病毒濃度超標時，應及時預警提醒工作人員[4]。

在取新風量值時，需要劃分為呼吸類與非呼吸類，呼吸類應新風6次換氣次數(shù)取值，非呼吸類則需按3次換氣次數(shù)取值，負壓隔離房則應按照12次換氣次數(shù)取值。在設計新風排風量時，根據(jù)醫(yī)院的需求，將最小排風量定為150m3/h，或始終保持負壓隔離病房所需風量的最大值。

送風口需設置在每個病房的上部，送風口的風速不得超過1m/s，排風口則設置在病房的下部，且排風口與地面的距離應超過0.1m。

負壓隔離病房內(nèi)，使用全新風直流式空調(diào)系統(tǒng)。負壓隔離病房以外，所有區(qū)域的排風系統(tǒng)主管道和總送間加設了可單獨關閉的電動密閉閥，便于工作人員定期對某一病房單獨消毒。

為突出傳染病防暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效應，在傳染病樓區(qū)域設置了分體式顯熱回收系統(tǒng)，同時，在非空調(diào)使用季，新風系統(tǒng)僅具備送風功能，不處理空氣。

呼吸類傳染病區(qū)域與負壓隔離病房相對特殊，送風需通過三層過濾器方可進入室內(nèi)，排風時通過高效過濾器系統(tǒng)處理后，于高空排放。

冬季供暖以散熱器為主，熱力入口在單體首層的空調(diào)機房內(nèi)部。

由于醫(yī)院位置處于嚴寒地區(qū)，門廳及醫(yī)院街采用地暖系統(tǒng)，使用混水器將供暖水溫降低供給地暖系統(tǒng)。

2.3.2 綜合醫(yī)院院區(qū)。綜合醫(yī)院區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)，全部使用風機盤管加新風的形式，做兩管制系統(tǒng)。夏季水供、回水溫度為7/12℃，冬季則為60/50℃。

暖通空調(diào)系統(tǒng)中的水系統(tǒng)管路選用同程、異程結(jié)合的設計模式，每一層的水平干管和每一環(huán)路的回水總管上，都設置了同樣的自力式壓差控制閥，用以調(diào)控各層暖通空調(diào)系統(tǒng)中水系統(tǒng)管路的實時水量，保障每層的空調(diào)水量平衡。

雙位式、常閉型的電動二通閥與具備節(jié)能效應的中央空調(diào)控制器，共同組成了傳染病院病區(qū)的風機盤管控制系統(tǒng)[5]。

暖通空調(diào)送風口處選擇了雙層鋁合金百葉的設計，而在回風口處，選擇了自帶濾網(wǎng)的可開式單層鋁合金百葉。

傳染病院病區(qū)的新風系統(tǒng)相同，綜合醫(yī)院院區(qū)的新風系統(tǒng)也設置了分體式顯熱回收系統(tǒng)，提高節(jié)能效果。綜合院區(qū)的新風系統(tǒng)按兩次換氣次數(shù)取值，送風機組以組合式空調(diào)機組為主，同樣的，該機組在非空調(diào)使用期僅送風，不處理空氣。

綜合院區(qū)的新風采集口與風機盤管回風口處，設置了非通電型的駐極式靜電過濾網(wǎng)，并將終阻力控制在30Pa以內(nèi)。經(jīng)調(diào)試后，將其微生物通過率控制在10%以內(nèi)，顆粒物一次通過率控制在5%以內(nèi)，PM2.5的一次性有效過濾率則必須超過70%。

本次暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)設計時，還特別將綜合院區(qū)的新風系統(tǒng)與二氧化碳濃度的檢測裝置整合，突出聯(lián)合作用。

2.3.3 后期辦公區(qū)?？蒲行姓羌昂笄诰C合樓使用了多聯(lián)式新風機，新風外機設于屋面，新風機組的送風量設定為30m3/（hx人）。同樣，非空調(diào)使用季僅送風，不處理空氣。新風機入口裝有過濾器、消殺裝置、凈化裝置，過濾器凈化標準為PM10≤0.15mg/m3。冬季以散熱器供暖，供/回水溫度為65/40℃。

2.3.4 發(fā)熱門診。發(fā)熱門診使用多聯(lián)式空調(diào)機組，新風系統(tǒng)則使用了空氣處理機組。夏季與冬季的冷凍水供、熱水供、回水溫度與其他區(qū)域相同。新風量取值、新風系統(tǒng)過濾標準參數(shù)均與綜合院區(qū)相同。發(fā)熱門診醫(yī)生區(qū)域應始終保持正壓，患者區(qū)域則需始終保持負壓。冬季散熱器供暖供/回水溫度為65/40℃。

2.4 供暖、空調(diào)室外工程

熱源中心設置在地上一層的獨立單體內(nèi)，制冷站房及板式換熱機組則設置在地下一層的車庫內(nèi)。熱源中心位于院區(qū)北側(cè)，一次熱媒溫度為75/55℃。

制冷站房內(nèi)配有四套板式換熱集成機組，一次熱媒將借助管溝引至該機組，換熱集成機組可將一次熱媒轉(zhuǎn)換至不同溫度，使其服務各個區(qū)域。其中空調(diào)熱負荷供應為1800kW，二次測供的回水溫度為60/50℃，生活熱水供應為1800kW。二次測控的回水溫度為60℃，并與空調(diào)熱負荷，同時接入獨立的室外管網(wǎng)。日常情況下，空調(diào)新風的熱負荷供應為3723kW，二次側(cè)供回水溫度為60/50℃，接入制冷站房內(nèi)部設置的分、集水器。散熱器熱負荷供應為3108kW，二次測供回水溫度為65/40℃，一并接入室外獨立管網(wǎng)。

制冷機組的冷媒溫度為7/12℃，接入制冷站房內(nèi)分機后，在二者之間設置了電動壓差旁通閥組，以維持夜間部分負荷狀況下的系統(tǒng)運行。分、集水器的設置，根據(jù)該醫(yī)院的白天負荷區(qū)及全天負荷區(qū)劃分為四大環(huán)路，白天負荷區(qū)主要集中于門診區(qū)域，而全天負荷區(qū)域則集中于急診與住院區(qū)域，四大環(huán)路如下：第一，門診風機盤管的供水、回水管。第二，門診空調(diào)箱的供水、回水管。第三，住院風機機組盤管的供水、回水管。第四，住院空調(diào)箱的供水、回水管。

此外，考慮到醫(yī)院傳染病院病區(qū)的新風量較大，在冬季時，新風負荷占據(jù)該醫(yī)院暖通空調(diào)總熱負荷的60%甚至以上。因此，在設計暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)時，使用了大量的分體式能量回收系統(tǒng)，經(jīng)過縝密的計算后得出，該設計方案可節(jié)約暖通空調(diào)能耗的20%左右。

2.5 通風系統(tǒng)

該設計的通風系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)位于地下車庫。通風系統(tǒng)排風量控制在500m3/（h·車）。另外，地下車庫加設了一氧化碳檢測與風機控制板塊，在檢測到一氧化碳濃度超出25ppm后，會自動開啟排風系統(tǒng)，直至系統(tǒng)檢測值一氧化碳濃度降為10ppm以下后，通風系統(tǒng)將在持續(xù)運行5min之后自動關停。

3 結(jié)束語

暖通空調(diào)系統(tǒng)是建筑工程中機電系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)，與該建筑的功能特征及宜居性息息相關。但暖通空調(diào)系統(tǒng)一直是建筑工程的能耗“大頭”，在“雙碳”背景下，勢必要從暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化抓起，以精細化設計突出暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能特征，引入暖通空調(diào)節(jié)能技術，堅持綠色工程、低碳環(huán)保的理念，設計出更適合現(xiàn)代化綠色城市發(fā)展的暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)。