暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

汪康

摘 要：隨著人們生活舒適度的提高與節(jié)能環(huán)保意識的增強，空調(diào)被越來越廣泛的應(yīng)用于建筑中，同時，暖通空調(diào)能耗高的問題也逐漸引發(fā)社會各界關(guān)注。內(nèi)部的技術(shù)改革與外部的市場競爭壓力不容忽視，面對機遇與挑戰(zhàn)，暖通空調(diào)行業(yè)要想實現(xiàn)長足發(fā)展，加強研發(fā)節(jié)能、環(huán)保技術(shù)是其必然趨勢。文章基于環(huán)保理念，主要討論如何科學(xué)合理的將暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到建筑設(shè)計中。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)；節(jié)能技術(shù)；建筑設(shè)計

隨著現(xiàn)代社會城市化進程的加快，建筑行業(yè)獲得迅猛發(fā)展，相應(yīng)的能源能耗逐漸增大。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，我國建筑的能耗與整個社會的總能耗相比約為27%，并且呈不斷上升的趨勢。建筑能耗有以下幾個方面：通風(fēng)、采暖、照明、炊事、空調(diào)、熱水、家用電器，通風(fēng)采暖為其中耗能量最高的兩項。在全球能源危機的情況下，大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)，減少暖通空調(diào)能耗意義重大。

1 建筑熱工性能的優(yōu)化設(shè)計

在設(shè)計建筑方案的階段，空調(diào)的負荷能力基本已經(jīng)確定。外圍護結(jié)構(gòu)具有傳熱損失高的特點，尤其是寒冷地區(qū)，傳熱損失可以在70%以上，由此可見，優(yōu)化設(shè)計外圍護結(jié)構(gòu)對于減少暖通空調(diào)能耗是非常重要的。首先，方案設(shè)計的初期，應(yīng)全面分析建筑平面布置、外立面、自然通風(fēng)、不同朝向太陽的輻射照度等各種因素會對建筑能耗產(chǎn)生的影響。夏季時，盡量使日照時間減少，對夏季風(fēng)充分利用以達到自然通風(fēng)，降低室內(nèi)溫度的目的。冬季時盡量最大程度的獲取充足日照熱，提高室溫。其次，圍護結(jié)構(gòu)在設(shè)計其熱工性能時應(yīng)符合國家規(guī)定的節(jié)能規(guī)范，對圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計給予一定優(yōu)化，選擇傳熱系數(shù)相對較小且熱阻大的材料，窗墻比與形體系數(shù)嚴(yán)格控制，避免選用玻璃屋面或者玻璃幕墻。外窗接受的日照時間較長，受到的太陽幅度也會明顯較大，因此設(shè)計時應(yīng)考慮到建筑內(nèi)外遮陽問題，增加屋頂與外墻的綠化植被，提高建筑的節(jié)能特征，改善建筑自身構(gòu)造完善節(jié)能措施[1]。

2 冷熱源設(shè)計方案的靈活制定

暖通空調(diào)主要包括冷源主機、熱源主機、末端設(shè)備、輸送設(shè)備、自控系統(tǒng)。其中冷熱源機能耗最大，因此暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)應(yīng)首先考慮冷熱源的確定。在冷熱源的選擇中，注意結(jié)合當(dāng)?shù)氐貐^(qū)的氣象資料，全面分析建筑周邊地質(zhì)狀況、地理條件、天然能源情況，因地制宜的制定方案。例如，若建筑周圍有發(fā)電廠，時常排放余熱廢水，此時應(yīng)優(yōu)先考慮冬季時空調(diào)的供暖問題與生活熱水的制取問題；若建筑周邊有江河湖水等天然水源，因其地表水豐富，所以優(yōu)先考慮建筑使用水源熱泵，可以有效的減少能耗，并提高空調(diào)主機的能效比；若當(dāng)?shù)靥烊粴狻⒚禾康饶茉聪鄬ωS富，考慮熱電冷聯(lián)利用蒸汽輪機或者燃氣鍋爐實現(xiàn)供暖與制冷，提高能源的利用率。

3 設(shè)計參數(shù)的合理選擇

3.1 設(shè)計參數(shù)的合理性

空調(diào)負荷的計算需要設(shè)計參數(shù)作為依據(jù)，主要包括空氣流速、潔凈度與溫濕度等，設(shè)計參數(shù)的變化會對空調(diào)負荷產(chǎn)生直接影響。據(jù)統(tǒng)計，夏季時空調(diào)每提高1K的溫度，主機負荷就能夠減少至少8%～10%，節(jié)約能耗為6%～11%。所以，確定室內(nèi)參數(shù)應(yīng)當(dāng)注意結(jié)合實際的建筑使用情況，合理范圍內(nèi)對夏季時的空調(diào)溫度適當(dāng)提高，對冬季時室內(nèi)采暖溫度適當(dāng)降低。空間內(nèi)若使用吊頂進行輻射采暖或者地板采暖，冬季時溫度的設(shè)計允許低于規(guī)定1～2K，夏季時允許提高1～2K[2]。

3.2 空調(diào)系統(tǒng)的精心設(shè)計

水管、風(fēng)管的布置應(yīng)遵循“短、平”原則，對消防水管以及電纜橋架具體走向綜合考慮，盡量避免走“回頭路”或者拐彎。在有足夠充足的安裝空間以及具備一定經(jīng)濟條件的基礎(chǔ)上減少流速減小管路阻力，對水泵揚程以及風(fēng)機盡量減少，降低能耗。

3.3 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確計算

設(shè)備選型主要的依據(jù)就是數(shù)據(jù)，在水力計算以及空調(diào)負荷的計算時，估算過于保守或者過于粗略都會導(dǎo)致空調(diào)設(shè)備的風(fēng)機揚程、水泵揚程與主機容量增大，一定程度上增加成本，產(chǎn)生能源浪費。因此精準(zhǔn)計算是保證暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)。

4 新設(shè)備、新技術(shù)的有效運用

4.1 變流量調(diào)節(jié)

空調(diào)負荷處于時刻變化中，根據(jù)相關(guān)資料表明，空調(diào)設(shè)備的制冷系統(tǒng)滿負荷的狀態(tài)下大約的運行時間僅為20%～30%，而其余時間基本上都是在部分負荷的情況下運行的。變流量技術(shù)主要是通過利用變頻風(fēng)機、壓縮機、主機、變頻水泵等設(shè)備對冷熱媒具體流量適當(dāng)調(diào)節(jié)以對空調(diào)負荷的變化有效適應(yīng)，從而降低能耗，實現(xiàn)節(jié)能。常規(guī)流量調(diào)節(jié)技術(shù)中的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)能夠以空調(diào)區(qū)二氧化碳的濃度、溫度參數(shù)對送風(fēng)量自動改變，使風(fēng)力一直處于30～100%的變化范圍。這種系統(tǒng)主要適用于人員流動大且集中的場所。變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)是利用變頻技術(shù)將壓縮機的頻率及轉(zhuǎn)數(shù)進行改變，并對制冷劑流量直接調(diào)節(jié)，一般于分體空調(diào)中應(yīng)用。此類系統(tǒng)的空調(diào)末端為蒸發(fā)器，既有效避免了由于二次換熱而出現(xiàn)的熱損失，又可以直接節(jié)省水泵，所以相對于水系統(tǒng)而言能效等級更高。變水量空調(diào)系統(tǒng)是設(shè)置一個電動的二通閥在末端盤管，根據(jù)室溫對經(jīng)過盤管的部分水流量進行調(diào)節(jié)，從而分配環(huán)路阻力以及流量發(fā)生變化，形成壓力變化，同時調(diào)節(jié)水泵運行臺數(shù)與轉(zhuǎn)數(shù)，實現(xiàn)輸送流量的調(diào)節(jié)，降低水泵能耗[3]。

4.2 蓄能技術(shù)、能量轉(zhuǎn)移與回收技術(shù)

蓄能技術(shù)主要利用蓄能設(shè)備，在電力處于低谷階段開啟機組蓄能，用電的高峰期停止機組蓄能，利用設(shè)備所釋放出的冷熱量制冷供暖，實現(xiàn)“削峰填谷”，對電力供應(yīng)給予平衡。就單個空調(diào)而言，這種技術(shù)并不節(jié)能，然而在電網(wǎng)運行的低谷時期，可以有效提高利用率，減輕高峰期時產(chǎn)生的用電壓力，同時對電廠中鍋爐的發(fā)電效率有一定的提高作用。大型建筑常會出現(xiàn)同一區(qū)域供熱與制冷分開的情況，如果為只是滿足這一需求而在兩個區(qū)域分別設(shè)置不同空調(diào)的話，勢必會增加成本與能耗。能量轉(zhuǎn)移技術(shù)能夠有效解決這一問題，以供冷地區(qū)空調(diào)末端當(dāng)做一個蒸發(fā)器進行熱量吸收，利用水環(huán)熱泵給予循環(huán)輸送，吸收的熱量可以在供熱區(qū)域進行放熱。這種能量轉(zhuǎn)移可以避免冷量或者熱量于室外排出，減少浪費。能量回收主要分為冷卻水與空氣的回收，一般常用的有轉(zhuǎn)輪式、熱管式或者翅片式等設(shè)備形式，設(shè)備效率一般在60%左右。熱回收冷卻水是將一個轉(zhuǎn)換器串聯(lián)到制冷機設(shè)備的冷凝器上，用于生活熱水的制取，提高利用率[4]。

4.3 智能化技術(shù)

因環(huán)境氣候處于周期變化中，因此建筑冷熱量的具體需求也是隨之變化的。要保證暖通空調(diào)冷熱量的變化同建筑物的實際需求完全一致，采用人工方式明顯難以實現(xiàn)。智能化系統(tǒng)能夠?qū)諝鉁囟取⒖照{(diào)進水回水的溫度參數(shù)實時檢驗，運算處理之后輸出一系列的指令信號，從而對水泵流量、主機輸出容量及時調(diào)節(jié)，實時監(jiān)控；過渡季節(jié)利用自控系統(tǒng)對空氣中所含的焓值適當(dāng)收集，根據(jù)其值大小對新風(fēng)量進行調(diào)節(jié)，利用室外空氣對室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)，能夠節(jié)約空調(diào)末端及主機運行時間，至少減少20%～30的能耗。

5 結(jié)束語

建筑設(shè)計需要配合多種專業(yè)工種，同時考慮氣候條件、地理環(huán)境等多方因素，充分利用各種措施增加節(jié)能特征，優(yōu)先考慮自然能源，并且經(jīng)過精心嚴(yán)格的設(shè)計與計算，才能最大限度的實現(xiàn)減少建筑能耗。

參考文獻

[1]中國建筑節(jié)能協(xié)會.中國建筑節(jié)能現(xiàn)狀與發(fā)展報告[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010，41（02）：47-51.

[2]江億，劉曉華等.溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010，25（03）：112-114.

[3]陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010，19（05）：107-109.

[4]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施暖通空調(diào)·動力[M].北京：中國計劃出版社，2010，34（09）：55-58.