淺談建筑工程空調系統的節能設計

摘要：現代公共建筑的大量增加和空調的普遍應用，使公共建筑能耗大大增加。盡管國內外很多學者已對現有的各類公共建筑空調系統的能耗以及運行情況進行了大量的統計分析，但由于受氣候條件、建筑物特性的影響，對不同地域、不同結構和功能的建筑物，在某一個國家和地區行之有效的節能措施，不一定對其他國家或地區適用。因此，對某地區既有公用建筑進行節能改造或對新建建筑進行節能設計前，有必要對該地區的能耗現狀以及節能潛力進行綜合分析。盡管空調系統設備的性能和系統的設計方法有了很大的進展，但是，現有空調系統在實際設計和運行過程中，還存在很多問題。因此，對公共建筑的中央空調系統進行進一步深入的研究，仍然有著重要的意義。

關鍵詞：建筑工程；空調系統；節能設計

目前，公共建筑中央空調系統在設計和運行方面存在著一些問題。設備選型沒有充分考慮空調系統的負荷特點和設備性能。調查中發現，即使在最熱的室外條件下，很多建筑仍有閑置的制冷機組，大多數建筑都不能達到滿負荷運行。例如A建筑，即使夏天最熱的時候，兩臺大機組和一臺小機組也總有一臺大機組是閑置的。這說明，目前的設計人員很多都錯誤地利用設計手冊中提供的方案設計或初步設計時估算冷、熱負荷用的單位建筑面積冷、熱負荷指標，直接作為施工圖設計階段確定空調的冷、熱負荷的依據。由于總負荷偏大，從而導致了裝機容量偏大、管道直徑偏大、水泵配置偏大、末端設備偏大的“四大”現象，也直接導致了初投資增加、能量消耗增大。

空調系統的風系統一般采用全空氣空調系統或風機盤管加新風系統。采用全空氣系統可以在利用室外空氣燴值低于室內空氣燴值時充分利用室外新風供冷，從而節省冷水機組的制冷量，但是調查中發現，有些設計未充分考慮空調系統的全年節能運行，新風入口面積偏小。由于空調氣流組織不合理，通風氣流存在死區，部分空間根本無法送進新風，這些區域通風換氣是很困難的。

水系統采用的大多是定水量系統，由于設計時水流量按最大冷負荷和5°C的供回水溫差確定的，但在全年運行時最大負荷出現的時間很少，絕大部分在部分負荷下運行，因此普遍存在大流量小溫差的問題。空調冷熱源選擇比較單一。由于目前我國的電力和燃氣存在負荷不均衡的現象:夏季電力頻頻告急，而燃氣資源卻得不到充分利用，到了冬天正好相反，形成了與電力季節相反的“峰谷差”。如果能夠均衡發展電力與燃氣，實現削峰填谷，降低空調系統能耗，提高能源利用率，對緩解電力緊張狀況，健康發展能源工業具有重要意義。

眾所周知，空調系統的設計對空調系統的節能有著重要的影響。但是在實際中往往得不到一些設計部門和設計人員的足夠重視，加上目前工程設計周期普遍較短，設計收費與設計產生的經濟效益不掛鉤以及一些技術性問題沒有完全得到解決等原因，有的設計單位只求數量，使得設計的系統不僅初投資大，運行能耗也相當驚人，大大超過了國家標準。

設計單位應要求設計人員設計的暖通空調工程項目，都有較詳細的冷熱負荷計算書和采取了那些節能措施。施工圖設計階段，必須進行熱負荷和逐項逐時的冷負荷計算。要及時掌握各種節能新技術的原理，在設計中采用以獲得巨大的經濟效益和社會效益。我們建議政府有關職能部門加強對暖通空調設計項目的審查管理，可以委托相關技術部門如學會等對設計圖紙文件進行嚴格審查，對未達到國家有關節能標準的設計嚴禁施工建造。

大型公共建筑往往將公寓、辦公、商場、娛樂等多功能設施集中一起，其功能比較復雜。對于這種多功能的大型建筑，針對各部分作用和不同的工作特性及使用時間，經常會處于部分負荷狀態下運行，尤其對于高能耗比重的空調系統，節能技術的應用節能潛力是非常大的。目前，國內節能技術在空調系統中的應用適應于大型公共建筑的節能。

冷、熱負荷是空調系統最基礎的數據，減少冷、熱負荷影響制冷機、供熱鍋爐、冷熱水循環泵、等設備的型號，減少系統的初投資及所需的配電功率，是降低能耗的根本措施。《采暖通風與空氣調節設計規范》GB50019-2003中規定，“除方案或初步設計階段可使用冷負荷指標進行必要的估算外，應對空氣調節區進行逐項逐時的冷負荷計算”，因此在公共建筑中央空調的設計中，設計人員必須對每個房間的夏季得熱量和冬季散熱量進行逐時的計算，然后累加得出整個建筑的冷負荷來選擇制冷機的制冷量，進一步確定每個房間的空調方式。但目前很多設計人員都是用概算指標估算一再加大，使冷、熱源主機長期在低負荷、低效率下，冷熱源選擇過大的情況相當多。負荷計算是一個非常繁復的過程，其中要用到大量的氣象數據、維護結構的相關數據等。如果一棟面積較大的公共建筑要用人工進行負荷計算，將消耗大量的時間，至使工作效率低下。現在工程設計工期一般較短，顯然人工負荷計算已不能滿足現在的工作方式和社會的發展。負荷計算軟件的開發和利用，大大縮短了負荷計算的時間。

在空調冷熱源選擇中，制冷主機常見的是離心式、螺桿式、活塞式等大型冷水機組，主機都要按最大負荷進行設計，對每個具體工況，都有一條最佳的特性曲線，滿足這條曲線工作，主機效率最高，能耗最小，可以達到節能的目的。

熱源多采用中、小型工業鍋爐和城市熱網。對鍋爐來講，選用效率較高的鍋爐以獲得較高的熱效率是很重要的，必須全面考慮建筑物冬季熱負荷情況，合理配置鍋爐房內單臺鍋爐容量和鍋爐臺數。機組的組合不能簡單的選擇等容量機組，容易造成系統調節不靈活。機組臺數不能過少或過多，臺數過少則負荷可靠性下降。負荷高峰時機組出現故障，影響比例大，同時，機組臺數少意味著單臺制冷負荷大，一旦開啟，只有部分負荷時就不適應，對離心式機組，還易發生喘振現象;機組臺數過多則單機容量下降，機組COP下降，能耗高，配置的循環水泵也多，水泵并聯多，并聯損失高。如果不恰當的使用多機頭機組，絕對故障點太多，增大啟動電流。因此，機組組合須根據全年負荷情況，合理搭配。

熱泵方式的主要問題是從哪種低溫熱源中吸取熱量，怎樣使低溫熱源能夠提供足夠的熱量，同時熱泵節能高效提取。依低溫熱源不同，常見的熱泵形式有:熱泵型家庭熱水機組，即從室外空氣中提取熱量制備生活熱水，當沒有余熱、廢熱可利用時，這種方式應是提供家庭生活熱水的最佳方式;空氣源熱泵，冬季從室外空氣中提取熱量為建筑供熱，主要應用于住宅和其它小規模民用建筑供熱;地源熱泵，包括地下水地源熱泵、地埋管地源熱泵、地表水地源熱泵，其中地下水地源熱泵是通過從地下抽水提取其熱量后再把水回灌到地下，用于建筑供熱，地埋管地源熱泵，是通過在地下垂直地或水平地埋入塑料管，通入循環工質，成為循環工質與土壤間的換熱器，需要注意造價問題和熱平衡的問題，地表水地源熱泵，或從江河湖海中提取熱量，或直接從城市污水中提取熱量，據測算城市污水充當熱源可解決城市20%建筑的采暖。綜上熱泵也是對新能源的開發利用，受到當地環境的限制，并目還需要和國土資源、規劃部門的協調。

本文在提出現有公共建筑中央空調在耗能上存在的問題，并對問題進行了分析。在此基礎上提出了在空調設計中有關節能的建議和措施。節能問題是一個大問題，目前全球變暖的日趨嚴重，因此我們要充分重視并且做出有效舉措。

參考文獻

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