论文部分内容阅读
摘要：
随着科技的进步，新的空调节能技术和节能产品也不断涌现，在确定空调系统以及选择设备时，应综合考虑建筑物的功能，空调系统运行状况、设备初投资、运行维护费用等因素，经过技术经济分析合理可行时，应大胆创新，尝试运用新的空调节能技术方案与设备，可以达到很好的节能效果。本文根据笔者多年工作实践，对暖通空调节能技术在建筑设计中的应用进行了探讨。
关键词：暖通空调 节能技术 建筑设计 应用
中图分类号：U260文献标识码： A
一、利用自然通风优化建筑热工设计
建筑在方案设计阶段，基本确定了建筑空调负荷大小。在空调负荷构成中，外围护结构传热损失占 25%～50%，寒冷地区甚至高达 70%。可见建筑外围护结构对于暖通空调系统能耗是至关重要的。
(1)建筑在方案设计之初，应对建筑的总平面布置、平面、外立面形式、各朝向的太阳辐射照度、自然通风迎风面角度等因素对建筑能耗的影响作用进行分析。在夏季最大限度地减少日照时间，并充分利用夏季主导风进行自然通风散热降温；在冬季多获得足够的日照热量，并避免冬季主导风向。
(2)建筑围护结构热工性能设计应满足国家节能规范的要求，对于外围护结构应优先采用热阻大、传热系数小的材料，严格控制建筑的形体系数和窗墙比，尽量不采用玻璃幕墙或玻璃屋面。对于太阳辐射强度大、日照时间长的外窗，还应考虑增加内、外遮阳，有条件还可以考虑在建筑物外墙及屋顶增加立体绿化植被等措施，尽可能提高建筑物的被动式节能特征，从建筑自身的构造来完善建筑节能措施。
二、因地制宜制定冷热源方案
暖通空调系统主要由冷(热)源主机、输送管道(包括水管、冷媒管和风管等)、末端设备以及自动控制系统等组成。冷(热)源主机的能耗约占整个空调系统能耗 50%，另外 30%～40% 是空调新风处理设备及末端设备所需能耗，水泵输送系统及控制系统能耗则为 10%～20%。因此如何科学合理地确定冷热源是空调节能设计首要考虑的问题。[2]目前常用的冷热源节能技术，主要有热泵技术(地下水源热泵、地表水源热泵、土壤源热泵以及空气源热泵等)，热电冷联供技术，太阳能集热器与吸收式空调主机联合的空调系统等。在选择空调冷热源时，应结合当地气象资料，分析周边地理环境、地质状况、有无可直接利用的天然能源或可回收利用的人工废弃热源等，因地制宜、科学合理的制定冷热源方案。例如，周边地区有发电厂的余热废水排放时，优先考虑采用污水源热泵技术对废热进行回收再利用，用于加热制取生活热水和冬季空调供暖；在靠近有江河湖水等地表水源较为丰富的建筑物，优先考虑使用地表水源热泵，可以提高主机能效比，降低空调能耗；在煤矿、天然气等能源丰富的地区，通过技术经济比较合理可考虑采用热电冷联供技术，通过燃气(煤)锅炉、蒸汽轮机和吸收式制冷机，实现夏季制冷、冬季供暖(生活热水)以及全年供电三联供，既能就地利用天然能源避免长距离输送，又能提高能源的综合利用率。
三、合理选择室内设计参数
(1)合理的设计参数。室内设计参数是计算空调负荷的基本参数，主要有温度、湿度、洁净度以及空气流速等，室内设计参数的选择直接影响着空调负荷。据了解，夏季空调温度每提高 1 K，空调主机负荷可以减小 8%～10%，能够节省 6%～11% 能耗。因此，室内参数的确定应结合建筑实际使用情况，在规范允许的范围内适当提高夏季室内空调温度，降低冬季室内采暖温度。对于采用地板采暖或者吊顶辐射采暖的房间，冬季室内设计温度可以比规定降低 1～2 K，夏季室内设计温度可提高 1～2 K。
(2)精心设计空调系统。在布置风管、水管时应按“短、平”的原则，同时综合考虑电缆桥架及消防水管走向等，应避免拐弯和走“U 型回头路”，在安装空间和经济条件允许的情况下加大管径减小流速，可以降低管路的阻力，减少风机和水泵扬程，最终达到降低设备能耗的目的。
四、 新技术与新设备的运用
4.1 变流量调节技术
建筑空调负荷是时刻变化的。据统计，空调制冷系统只有 20%～30% 的时间在满负荷状态下运行，其余大部分时间在部分负荷状态下运行。部分负荷状态下让设备满负荷运行必然造成能源浪费。变流量技术是通过采用变频水泵、变频风机、变频压缩机以及可调节容量主机等设备，调节管路中冷(热)媒的流量来适应空调负荷变化，从而降低设备的能耗，以达到节能的目的。目前常见的流量调节技术有：变风量系统(Variable Air Volume System)和变制冷剂流量系统(Variable Refrigerant Volume System)和变水量系统(Variable Water Volume System)。变风量系统由变风量末端装置、集中式空气处理机组及送回风系统组成。其特点是可以根据空调区的温度、CO2浓度等参数自动改变送风量，风量变化范围在30%～100%。该系统对于人员流动变化大的场所节能效果十分显著。变制冷剂流量主要通过变频技术改变压缩机的转数和频率，直接调节制冷剂的流量，主要应用在分体空调中。该系统直接将蒸发器作为空调末端，避免了二次换热产生的热损失，同时省掉了水泵，因此与水系统相比能效等级较高。变水量系统是在水管路系统中的末端盘管上设置电动二通阀，根据室温控制器调节通过盘管的水流量，从而引起系统分配环路的流量及阻力变化，形成供回水干管之间的压力变化，并根据压力变化情况再调节水泵的转数、运行台数，最终达到调节水系统输送流量的目的，避免在低负荷状态下出现小温差、大流量的输送，减少水泵的能耗。
4.2 蓄能、能量转移以及能量回收技术
蓄能技术是通过蓄能设备，在电力低谷时期开启机组进行蓄能，在用电高峰期机组停机，通过储能设备释放出来的冷(热)量来进行制冷或供暖，实现电力的“削峰填谷”，平衡电力供应。从单个空调系统来说，蓄能技术本身并不节能，但可以提高电网低谷时期的电力利用率，减轻电网高峰期的用电压力，提高电厂锅炉发电效率，提高能源的利用效率。在大型建筑中偶尔会出现部分区域需要供热而另一部分区域需要供冷的情况，如果分别设置不同的空调系统来分别供热和制冷势必增加投资和空调能耗。这种情况可以优先采用水环热泵的能量转移作用，把需要供冷区域的空调末端作为蒸发器吸收热量，经水环热泵系统循环输送至需要供热的区域进行放热，以实现建筑物内部的能量转移，避免了直接将热量或冷量排出室外，造成浪费。能量回收通常包括空气(冷)热回收和冷却水的热回收。4.3 自动化、智能化控制
由于环境气候是周期性变化的，所以建筑物的冷热量需求也随之变化。要保证空调系统的供冷、供热量与建筑物的冷热量需求尽量一致，如果采用人工的方式显然很难达到实现。通过自动化、智能化控制系統，可以实时检测室内空气温度、空调设备的进回水温度等参数，经运算处理成输出指令信号，进而调节变频水泵的流量、空调主机的容量输出，实现实时监控及控制的目的；在过渡季节，通过自动控制系统采集室内外空气的焓值，根据焓差值大小调节室外新风量，最大限度地利用室外空气来调节室内温度，可以节省空调主机及末端的运行时间，减少能耗。据统计，与无自动控制措施的空调系统相比，装有自动化、智能化控制系统的空调一年可以节省 20%～30% 的空调能耗。
结语
要做好建筑节能设计，需要各专业工种相互配合，综合考虑地理、气候、技术经济性等多方面因素。在建筑方案设计时应充分利用自然通风、外遮阳、垂直绿化等措施增加建筑的被动节能特征；在确定空调冷热源时优先考虑利用可再生能源；在空调系统设计时，应经过精心地设计、严格地论证和仔细地计算。在技术经济分析合理的前提下，使用节能效果更好的新型节能技术和能效比更高的新型节能设备，最终达到降低建筑能耗的目的。
参考文献：
[1] 中国建筑节能协会.中国建筑节能现状与发展报告[M].北京:中国建筑工业出版社,2012.
[2] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2007
随着科技的进步，新的空调节能技术和节能产品也不断涌现，在确定空调系统以及选择设备时，应综合考虑建筑物的功能，空调系统运行状况、设备初投资、运行维护费用等因素，经过技术经济分析合理可行时，应大胆创新，尝试运用新的空调节能技术方案与设备，可以达到很好的节能效果。本文根据笔者多年工作实践，对暖通空调节能技术在建筑设计中的应用进行了探讨。
关键词：暖通空调 节能技术 建筑设计 应用
中图分类号：U260文献标识码： A
一、利用自然通风优化建筑热工设计
建筑在方案设计阶段，基本确定了建筑空调负荷大小。在空调负荷构成中，外围护结构传热损失占 25%～50%，寒冷地区甚至高达 70%。可见建筑外围护结构对于暖通空调系统能耗是至关重要的。
(1)建筑在方案设计之初，应对建筑的总平面布置、平面、外立面形式、各朝向的太阳辐射照度、自然通风迎风面角度等因素对建筑能耗的影响作用进行分析。在夏季最大限度地减少日照时间，并充分利用夏季主导风进行自然通风散热降温；在冬季多获得足够的日照热量，并避免冬季主导风向。
(2)建筑围护结构热工性能设计应满足国家节能规范的要求，对于外围护结构应优先采用热阻大、传热系数小的材料，严格控制建筑的形体系数和窗墙比，尽量不采用玻璃幕墙或玻璃屋面。对于太阳辐射强度大、日照时间长的外窗，还应考虑增加内、外遮阳，有条件还可以考虑在建筑物外墙及屋顶增加立体绿化植被等措施，尽可能提高建筑物的被动式节能特征，从建筑自身的构造来完善建筑节能措施。
二、因地制宜制定冷热源方案
暖通空调系统主要由冷(热)源主机、输送管道(包括水管、冷媒管和风管等)、末端设备以及自动控制系统等组成。冷(热)源主机的能耗约占整个空调系统能耗 50%，另外 30%～40% 是空调新风处理设备及末端设备所需能耗，水泵输送系统及控制系统能耗则为 10%～20%。因此如何科学合理地确定冷热源是空调节能设计首要考虑的问题。[2]目前常用的冷热源节能技术，主要有热泵技术(地下水源热泵、地表水源热泵、土壤源热泵以及空气源热泵等)，热电冷联供技术，太阳能集热器与吸收式空调主机联合的空调系统等。在选择空调冷热源时，应结合当地气象资料，分析周边地理环境、地质状况、有无可直接利用的天然能源或可回收利用的人工废弃热源等，因地制宜、科学合理的制定冷热源方案。例如，周边地区有发电厂的余热废水排放时，优先考虑采用污水源热泵技术对废热进行回收再利用，用于加热制取生活热水和冬季空调供暖；在靠近有江河湖水等地表水源较为丰富的建筑物，优先考虑使用地表水源热泵，可以提高主机能效比，降低空调能耗；在煤矿、天然气等能源丰富的地区，通过技术经济比较合理可考虑采用热电冷联供技术，通过燃气(煤)锅炉、蒸汽轮机和吸收式制冷机，实现夏季制冷、冬季供暖(生活热水)以及全年供电三联供，既能就地利用天然能源避免长距离输送，又能提高能源的综合利用率。
三、合理选择室内设计参数
(1)合理的设计参数。室内设计参数是计算空调负荷的基本参数，主要有温度、湿度、洁净度以及空气流速等，室内设计参数的选择直接影响着空调负荷。据了解，夏季空调温度每提高 1 K，空调主机负荷可以减小 8%～10%，能够节省 6%～11% 能耗。因此，室内参数的确定应结合建筑实际使用情况，在规范允许的范围内适当提高夏季室内空调温度，降低冬季室内采暖温度。对于采用地板采暖或者吊顶辐射采暖的房间，冬季室内设计温度可以比规定降低 1～2 K，夏季室内设计温度可提高 1～2 K。
(2)精心设计空调系统。在布置风管、水管时应按“短、平”的原则，同时综合考虑电缆桥架及消防水管走向等，应避免拐弯和走“U 型回头路”，在安装空间和经济条件允许的情况下加大管径减小流速，可以降低管路的阻力，减少风机和水泵扬程，最终达到降低设备能耗的目的。
四、 新技术与新设备的运用
4.1 变流量调节技术
建筑空调负荷是时刻变化的。据统计，空调制冷系统只有 20%～30% 的时间在满负荷状态下运行，其余大部分时间在部分负荷状态下运行。部分负荷状态下让设备满负荷运行必然造成能源浪费。变流量技术是通过采用变频水泵、变频风机、变频压缩机以及可调节容量主机等设备，调节管路中冷(热)媒的流量来适应空调负荷变化，从而降低设备的能耗，以达到节能的目的。目前常见的流量调节技术有：变风量系统(Variable Air Volume System)和变制冷剂流量系统(Variable Refrigerant Volume System)和变水量系统(Variable Water Volume System)。变风量系统由变风量末端装置、集中式空气处理机组及送回风系统组成。其特点是可以根据空调区的温度、CO2浓度等参数自动改变送风量，风量变化范围在30%～100%。该系统对于人员流动变化大的场所节能效果十分显著。变制冷剂流量主要通过变频技术改变压缩机的转数和频率，直接调节制冷剂的流量，主要应用在分体空调中。该系统直接将蒸发器作为空调末端，避免了二次换热产生的热损失，同时省掉了水泵，因此与水系统相比能效等级较高。变水量系统是在水管路系统中的末端盘管上设置电动二通阀，根据室温控制器调节通过盘管的水流量，从而引起系统分配环路的流量及阻力变化，形成供回水干管之间的压力变化，并根据压力变化情况再调节水泵的转数、运行台数，最终达到调节水系统输送流量的目的，避免在低负荷状态下出现小温差、大流量的输送，减少水泵的能耗。
4.2 蓄能、能量转移以及能量回收技术
蓄能技术是通过蓄能设备，在电力低谷时期开启机组进行蓄能，在用电高峰期机组停机，通过储能设备释放出来的冷(热)量来进行制冷或供暖，实现电力的“削峰填谷”，平衡电力供应。从单个空调系统来说，蓄能技术本身并不节能，但可以提高电网低谷时期的电力利用率，减轻电网高峰期的用电压力，提高电厂锅炉发电效率，提高能源的利用效率。在大型建筑中偶尔会出现部分区域需要供热而另一部分区域需要供冷的情况，如果分别设置不同的空调系统来分别供热和制冷势必增加投资和空调能耗。这种情况可以优先采用水环热泵的能量转移作用，把需要供冷区域的空调末端作为蒸发器吸收热量，经水环热泵系统循环输送至需要供热的区域进行放热，以实现建筑物内部的能量转移，避免了直接将热量或冷量排出室外，造成浪费。能量回收通常包括空气(冷)热回收和冷却水的热回收。4.3 自动化、智能化控制
由于环境气候是周期性变化的，所以建筑物的冷热量需求也随之变化。要保证空调系统的供冷、供热量与建筑物的冷热量需求尽量一致，如果采用人工的方式显然很难达到实现。通过自动化、智能化控制系統，可以实时检测室内空气温度、空调设备的进回水温度等参数，经运算处理成输出指令信号，进而调节变频水泵的流量、空调主机的容量输出，实现实时监控及控制的目的；在过渡季节，通过自动控制系统采集室内外空气的焓值，根据焓差值大小调节室外新风量，最大限度地利用室外空气来调节室内温度，可以节省空调主机及末端的运行时间，减少能耗。据统计，与无自动控制措施的空调系统相比，装有自动化、智能化控制系统的空调一年可以节省 20%～30% 的空调能耗。
结语
要做好建筑节能设计，需要各专业工种相互配合，综合考虑地理、气候、技术经济性等多方面因素。在建筑方案设计时应充分利用自然通风、外遮阳、垂直绿化等措施增加建筑的被动节能特征；在确定空调冷热源时优先考虑利用可再生能源；在空调系统设计时，应经过精心地设计、严格地论证和仔细地计算。在技术经济分析合理的前提下，使用节能效果更好的新型节能技术和能效比更高的新型节能设备，最终达到降低建筑能耗的目的。
参考文献：
[1] 中国建筑节能协会.中国建筑节能现状与发展报告[M].北京:中国建筑工业出版社,2012.
[2] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2007