【摘要】在智能城市背景下，提高建筑暖通空調(diào)能效是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和挑戰(zhàn)。文中探討了利用智能技術(shù)提升建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的能效。首先，對(duì)智能城市與建筑能效現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)研，分析了基于智能技術(shù)的建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)。其次，以案例醫(yī)院建筑為研究對(duì)象，研究了建筑暖通空調(diào)用電情況并對(duì)建筑能耗進(jìn)行了詳細(xì)概述。最后，提出了建筑暖通控制節(jié)能改造方案。結(jié)果表明，方案不僅在學(xué)術(shù)上豐富了相關(guān)領(lǐng)域的理論體系，還具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，為智能城市建設(shè)與綠色建筑發(fā)展和深入實(shí)踐提供了參考。

【關(guān)鍵詞】智能城市；建筑暖通空調(diào)能效；用電能耗；節(jié)能改造

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU984.2 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）07-0043-03

0 引言

隨著智能技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入，智能城市建設(shè)也日益受到重視。建筑作為智能城市的重要組成部分，其能效問(wèn)題已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)之一[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球建筑能耗占總能耗的比重超過(guò)三分之一，而暖通空調(diào)系統(tǒng)又是建筑能耗中的重要部分。因此，提高建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的能效，不僅有利于減少能源消耗，降低碳排放，還能改善室內(nèi)環(huán)境舒適度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與舒適度的雙贏[2]。本研究從實(shí)際出發(fā)，考慮到研究的是某醫(yī)院建筑能耗，建筑物已經(jīng)建造完成，不存在建造過(guò)程的能耗，也未到拆除年限，不存在拆除能耗，主要的能耗和節(jié)能管理都是針對(duì)建筑運(yùn)行能耗，因此文中采用的是狹義上的建筑能耗定義。

1 基于智能技術(shù)的建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)分析

在過(guò)去的研究中，許多學(xué)者已經(jīng)意識(shí)到智能城市與建筑能效之間的聯(lián)系并進(jìn)行了相關(guān)研究。提出了各種方法和技術(shù)來(lái)提高建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的能效。其中一些方法包括利用智能傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，采用智能控制系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，以及利用人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)進(jìn)行模型優(yōu)化等。

1.1 智能城市與建筑能效分析

智能城市的發(fā)展為提高建筑能效提供了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。智能城市是指應(yīng)用新興技術(shù)和信息通信技術(shù)來(lái)管理和運(yùn)營(yíng)城市的發(fā)展模式，旨在提高城市的可持續(xù)性、生活質(zhì)量和效率。在智能城市的背景下，建筑能效成為一個(gè)重要的議題。智能城市的發(fā)展對(duì)建筑能效有著明顯的影響。首先，智能城市的發(fā)展使得建筑成為能源和信息的集成平臺(tái)。建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)作為建筑能效的重要組成部分，需要與智能城市建設(shè)相協(xié)同發(fā)展。其次，智能技術(shù)的應(yīng)用為建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)提供了更多的優(yōu)化空間和控制手段[3]。

1.2 智能技術(shù)在提升建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

在這種背景下，借助智能技術(shù)來(lái)提升建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的能效顯得尤為重要。智能技術(shù)可以為建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行提供技術(shù)支持，通過(guò)智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，使能效得以?xún)?yōu)化。與此同時(shí)，智能傳感器與監(jiān)測(cè)設(shè)備的廣泛應(yīng)用也為建筑暖通系統(tǒng)的運(yùn)行管理提供了更加精準(zhǔn)和及時(shí)的數(shù)據(jù)支持，從而改善了實(shí)時(shí)監(jiān)控和運(yùn)維效率[4]。因此，探討如何充分利用智能技術(shù)，研究提升建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的能效，從而為智能城市建設(shè)和建筑節(jié)能改造提供更為可行的方案和技術(shù)支持。

2 建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)用電分析

2.1 建筑概述

某醫(yī)院擁有完善的專(zhuān)業(yè)配套設(shè)施，醫(yī)院1#病房樓建筑面積約16 970 ㎡，框架結(jié)構(gòu)建筑，地上13層，地下1層，采用直流變頻多聯(lián)中央空調(diào)系統(tǒng)，生活熱水采用太陽(yáng)能提供，不足部分由空氣源熱泵熱水系統(tǒng)提供，照明采用LED節(jié)能燈具。醫(yī)院建筑當(dāng)前用能包括供冷、供暖、供電、供水、天然氣等。其中供電能耗約占68%，天然氣能耗約占20%，供水的消耗約占10%，剩余為其他能耗。其中，建筑用電能耗主要由照明、空調(diào)、動(dòng)力、特殊用電及其他能耗構(gòu)成。

2.2 建筑空調(diào)系統(tǒng)用電能耗分析

醫(yī)院擁有兩類(lèi)空調(diào)系統(tǒng)。一類(lèi)為蒸汽型溴化鋰制冷機(jī)組，共有兩臺(tái)，其制冷功率達(dá)到2 326 kW，已經(jīng)運(yùn)行超過(guò)20年。溴化鋰機(jī)組是一種利用溴化鋰水溶液作為吸水劑和水作為制冷劑的機(jī)器，通過(guò)溴化鋰水溶液使作為制冷劑的水產(chǎn)生不同形態(tài)的轉(zhuǎn)化進(jìn)行熱量的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)制冷的目的。目前存在的問(wèn)題有以下幾點(diǎn)。

1）節(jié)電不節(jié)能。盡管溴化鋰機(jī)組在運(yùn)行時(shí)耗電量較少，僅需要一臺(tái)溶液泵，而且這臺(tái)泵的功率相對(duì)較小，可以使用煤氣、油、蒸汽等各種能源，如果按照標(biāo)準(zhǔn)煤的計(jì)算，每萬(wàn)大卡的消耗量可以達(dá)到3.3 kg，而電制冷機(jī)的耗煤量在1.11～1.32 kg，溴化鋰機(jī)組的能耗比電制冷機(jī)高出2 kg，因此它節(jié)電不節(jié)能。

2）運(yùn)行時(shí)存在腐蝕現(xiàn)象。溴化鋰機(jī)組的溴化鋰溶液可能導(dǎo)致機(jī)組的真空度下降，并且容易造成機(jī)組的腐蝕。此外，由于機(jī)組中的燃料和壓縮機(jī)都可能導(dǎo)致機(jī)組的硫化和氧化，所以溴化鋰機(jī)組的效率通常不太理想。特別是當(dāng)機(jī)組處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如果長(zhǎng)期暴露于高溫環(huán)境，可能導(dǎo)致機(jī)組的性能急劇惡化。

3）真空度難以保障。當(dāng)機(jī)器正在工作時(shí)，可能會(huì)釋放一些難以分離的氣體，例如氮和氧。為了避免真空狀態(tài)的惡化，必須盡快進(jìn)行排放。然而，在進(jìn)行排放操作的過(guò)程中，還要把一部分冷卻水和溴化鋰混合物排放到環(huán)境中，以防止它們?cè)诃h(huán)境中沉淀。

3 建筑能耗分析

3.1 建筑能耗概念

建筑能耗有兩種定義方法。廣義的建筑能耗是指從建筑材料制造、建筑施工，一直到建筑使用的全過(guò)程能耗。狹義的建筑能耗，即建筑的運(yùn)行能耗，就是人們?nèi)粘Ｓ媚?，如采暖、空調(diào)、照明、炊事、洗衣等的能耗。目前普遍認(rèn)同的是廣義上的建筑能耗，即建筑物在整個(gè)使用壽命內(nèi)所產(chǎn)生的能源消耗。這種理解更加寬泛，涵蓋了建筑物的各個(gè)階段，從建造到拆除，再到最終消失。還涉及建筑物與自然資源、材料、裝修材料、拆除過(guò)程等方面的能源消耗。這些類(lèi)型的能耗覆蓋了整個(gè)建筑周期過(guò)程[5]。

3.2 建筑能耗特點(diǎn)

隨著現(xiàn)代人類(lèi)對(duì)生活需求層次的提升，具體到建筑物上就需要建筑的功能更加綜合化、多樣化、復(fù)雜化，不僅適合人們?nèi)粘５纳睢⑥k公需要，還要在科技、智能化、安防等各方面達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，可以說(shuō)現(xiàn)代建筑服務(wù)水平的高低也是人們生活水平、科技水平高低的重要體現(xiàn)內(nèi)容。對(duì)于建筑來(lái)說(shuō)就要在綠色建筑、智能化建筑的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范約束下承載更多的功能，發(fā)揮社會(huì)功能，改善國(guó)民服務(wù)質(zhì)量的基本功能，滿(mǎn)足人員技術(shù)和環(huán)境要求[6]?？偨Y(jié)案例建筑能耗特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

1）能耗點(diǎn)多。一般的公共建筑主要的能耗點(diǎn)集中在用水能耗、用電能耗、采暖能耗、制冷能耗等方面。建筑因人對(duì)生命、健康的關(guān)注度的提高需要設(shè)置更多的設(shè)計(jì)規(guī)劃原則和要點(diǎn)。

2）能耗負(fù)荷大。不同于一般的公共建筑可以通過(guò)用戶(hù)行為管理、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理等降低建筑內(nèi)設(shè)備設(shè)施的能耗，案例建筑需要配備大量的大型醫(yī)技設(shè)備，如診斷設(shè)備，這些設(shè)備需要非常嚴(yán)格的溫度、濕度環(huán)境，需要配套的通風(fēng)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等，潔凈度要求很高，且需要常年保持環(huán)境，形成較大的負(fù)荷。

3）信息化背景下能耗難控制。雖然案例建筑因特殊功能一般需要保持多層建筑，為病人康復(fù)、門(mén)診醫(yī)療等提供更加便利的環(huán)境，但是隨著信息化的推進(jìn)，現(xiàn)代的樓層越來(lái)越高的趨勢(shì)已經(jīng)無(wú)法避免，這就對(duì)供熱、供氣等系統(tǒng)的供應(yīng)半徑有著更高的要求。

3.3 能耗計(jì)算

建筑能耗的計(jì)算需要根據(jù)建筑的能耗需要和實(shí)際能耗計(jì)算。能耗計(jì)算方法如下。

1）建筑總能耗為建筑物內(nèi)所有產(chǎn)生能耗的綜合，即建筑總能耗=空調(diào)系統(tǒng)能耗+照明系統(tǒng)能耗+高溫能耗+中溫能耗+低溫能耗+……

2）高（中、低）溫能耗=高（中、低）溫設(shè)備數(shù)量×單個(gè)高（中、低）溫設(shè)備能耗。

3）空調(diào)系統(tǒng)能耗=空調(diào)設(shè)備數(shù)量×單個(gè)空調(diào)設(shè)備能耗。

這種計(jì)算方法簡(jiǎn)單地將建筑物的能耗計(jì)算為所有能耗的綜合，具體計(jì)算中需要考慮運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行模式、能源效率等進(jìn)行綜合計(jì)算和分析。這些空間的人均空間、設(shè)備的能量密集程度、光線的強(qiáng)弱以及光線的使用壽命都有詳細(xì)的規(guī)定。窗墻面積比應(yīng)為27%。在能耗計(jì)算中的相關(guān)計(jì)算見(jiàn)式（1）～式（3）。

供熱能耗計(jì)算：

（1）

通風(fēng)能耗計(jì)算：

（2）

式中：為設(shè)備實(shí)際工作時(shí)間；為系數(shù)。

設(shè)備年能耗總量計(jì)算：

（3）

式中：為年總能耗；為平均功率；為設(shè)備實(shí)際工作時(shí)間。

4 建筑暖通空調(diào)節(jié)能方案

針對(duì)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中溴化鋰機(jī)組存在的若干問(wèn)題，對(duì)溴化鋰機(jī)組進(jìn)行升級(jí)改造，采用電制冷的制冷機(jī)，以源頭措施實(shí)現(xiàn)醫(yī)院節(jié)能。螺桿式冷水機(jī)組具有節(jié)能省電、低噪低振、高效率等優(yōu)點(diǎn)，其調(diào)節(jié)范圍可達(dá) 10%～100%，并且維護(hù)工作簡(jiǎn)單。因此，建議將原有型號(hào)的溴化鋰機(jī)組替換為1臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組。大部分時(shí)候只需開(kāi)啟螺桿式冷水機(jī)組即可滿(mǎn)足需求，只在遇到極高溫天氣時(shí)才需要啟用溴化鋰機(jī)組進(jìn)行制冷。根據(jù)醫(yī)院現(xiàn)有空調(diào)機(jī)組的數(shù)量和負(fù)荷情況，用螺桿式冷水機(jī)組替換現(xiàn)有機(jī)組，保持供回水溫度和溫差不變，無(wú)需更換配套的水泵和冷卻塔型號(hào)，同時(shí)室內(nèi)的末端形式也可以繼續(xù)使用，如圖1所示。

對(duì)綜合樓多聯(lián)機(jī)空調(diào)安裝了集中控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)新綜合病房樓多聯(lián)機(jī)空調(diào)的集中監(jiān)測(cè)及后臺(tái)集中管理。在普通病房中，除了設(shè)備間等有特殊溫度要求的房間，在夏季，多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的最低控制溫度被設(shè)定為26 ℃ 。即使使用手動(dòng)調(diào)整室溫，也無(wú)法將其降低到26 ℃以下。同樣，在冬季供暖期間，也設(shè)定了室內(nèi)溫度的上限。如果有公共區(qū)域或空置房間的空調(diào)忘了關(guān)閉，集中控制平臺(tái)將強(qiáng)制關(guān)閉這些設(shè)備并發(fā)送通知。這一系統(tǒng)的目標(biāo)是在確保舒適使用的前提下，最大程度地減少空調(diào)運(yùn)行時(shí)間及運(yùn)行負(fù)荷，以降低電力消耗的作用。

溴化鋰濃溶液通過(guò)吸收器將水蒸氣完全捕獲，并將其放出的潛熱轉(zhuǎn)化為熱能，隨即由溶液泵將熱能傳遞到周?chē)h(huán)境。通過(guò)使用特定的設(shè)備，溴化鋰稀溶液可以通過(guò)加熱來(lái)獲得最佳效果。隨后，這些液體會(huì)經(jīng)過(guò)冷凝器的降溫，并最終形成低溫的液體。最后，這些液體會(huì)經(jīng)過(guò)氣化處理，完成后續(xù)的制冷過(guò)程。除溴化鋰制冷機(jī)組外，醫(yī)院另一類(lèi)空調(diào)系統(tǒng)為多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。使用多聯(lián)機(jī)空調(diào)的面積約70 000 m2，在夏天空調(diào)制冷時(shí)設(shè)備制冷負(fù)荷為8 000 kW，在冬天使用多聯(lián)機(jī)制熱，設(shè)備制熱負(fù)荷在7 600 kW左右。在多聯(lián)機(jī)使用過(guò)程中，可以為病患及職工提供舒適的就醫(yī)及工作環(huán)境，但是耗能偏高，夏季制冷高峰時(shí)期，每天消耗電能超過(guò)43 000 kW·h，全院每天消耗電能72 000 kW·h。

5 結(jié)語(yǔ)

研究在智能城市背景下提出并實(shí)踐了一系列提高建筑暖通空調(diào)能效的方法，為智能建筑的可持續(xù)發(fā)展和能源節(jié)約作出了積極貢獻(xiàn)。未來(lái)，將進(jìn)一步完善此方法并探索其在更廣泛范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用，以更好地適應(yīng)智能城市建設(shè)的需求，實(shí)現(xiàn)建筑能效的持續(xù)提升和智能化發(fā)展的目標(biāo)。

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[作者簡(jiǎn)介]錢(qián)駿輝（1994—），男，浙江嵊州人，本科，助理工程師，研究方向：暖通。