做好大空間建筑暖通空調(diào)的設計及節(jié)能的探討

巫曉東

摘 要：隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，越來越多的大型建筑聳立而起，內(nèi)部的大空間暖通空調(diào)的耗能也非常驚人，現(xiàn)今能源危機、氣候變暖日益嚴重的情況下，現(xiàn)代大空間建筑暖通空調(diào)的節(jié)能設計也越來越被重視，本文從暖通空調(diào)系統(tǒng)工作原理及分類開始，深入對大空間建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設計進行了探討，希望能為相關(guān)人員帶來一些借鑒及參考。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào) 設計 節(jié)能 大空間建筑 負荷

中圖分類號：TU995 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0050-02

因為隨著社會經(jīng)濟和城市建設的不斷發(fā)展，建筑能耗在逐年大幅度上升，特別是隨著大空間建筑的增加，建筑能耗占社會總能耗的比例也在逐年增加。隨著工業(yè)化進程的不斷加快，建筑耗能已成為不爭的事實，在總能耗中建筑耗能所占的比例越來越大，在發(fā)達國家中建筑耗能所占的比例可以達到40%～50%，而在建筑耗能中，一般情況下，建造能耗與日常使用能耗之比約為1∶9～2∶8，所以建筑能耗的重點是日常使用能耗，特別是以暖通空調(diào)能耗為主，可以達到總能耗的30%～50%，從這一角度上來說，無論是從節(jié)約能源的重要性還是從環(huán)保的緊迫性上來看，大空間建筑的節(jié)能都是一項重要的任務。恰當?shù)靥岣呖照{(diào)系統(tǒng)的能源利用效率，是實現(xiàn)公共建筑節(jié)能的關(guān)鍵所在。要想實現(xiàn)對建筑能耗的有效降低的目的，針對建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能設計是至關(guān)重要的。

1 大空間建筑暖通空調(diào)設計

大空間建筑暖通空調(diào)方式與氣流組織對室內(nèi)環(huán)境與空調(diào)負荷有極大的影響。因此，大空間建筑暖通空調(diào)設計思路是確保空調(diào)效果，減少空調(diào)區(qū)高度，從而降低了空調(diào)送風量，最大的限度的達到節(jié)能的效果。另外，風柱的設置要與建筑布局協(xié)調(diào)統(tǒng)一。冬季選用低溫熱水地板輻射采暖系統(tǒng)供熱，解決大空間冬季溫度場垂直方向上不均勻的問題，也是個很理想的節(jié)能目的。除此之外，此設計要與建筑專業(yè)在外門處設置了門斗，或者安裝熱風幕機，減少冷風滲透，有效地保證大空間建筑通空調(diào)設計效果。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)分類

暖通空調(diào)系統(tǒng)按對建筑環(huán)境控制功能可以分為兩大類：熱濕環(huán)境為主要控制對象的系統(tǒng)，主要控制建筑物室內(nèi)的溫度和濕度，有空調(diào)系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)；以污染物為主要控制對象的系統(tǒng)，主要控制室內(nèi)空氣品質(zhì)，有通風系統(tǒng)、建筑防煙系統(tǒng)和建筑排煙系統(tǒng)等等。上述兩大類的控制對象和功能又有相互融合的地方。

按承擔熱負荷，冷負荷和濕負荷的介質(zhì)可以分為五大類：全水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、全空氣系統(tǒng)、空氣-水系統(tǒng)和冷劑系統(tǒng)。

按空氣處理設備的集中程度可以分為三類：集中式系統(tǒng)、半集中式系統(tǒng)以及分散式系統(tǒng)。除此之外還可以按照用途分為舒適性系統(tǒng)和工藝性系統(tǒng)。

3 暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設計措施

暖通空調(diào)節(jié)能設計的真正目標是以節(jié)能為原則，用熱舒適指標指導系統(tǒng)中的節(jié)能設計，尋找溫度、濕度、平均輻射溫度、風速和勞動強度這六種影響熱舒適指標的因素的合適比例，達到人們熱舒適指標與節(jié)能降耗的穩(wěn)定協(xié)調(diào)。暖通空調(diào)的節(jié)能設計對于減小建筑能耗具有重要意義，暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設計應該根據(jù)工程的具體情況，對空調(diào)運行季節(jié)進行全工況、全過程的分析，從而確定出一個合理的設計方案，使暖通空調(diào)系統(tǒng)能在不同的室內(nèi)情況及不同的室外氣象參數(shù)下都能經(jīng)濟合理的運行。

3.1 設計負荷大小的精確計算

通過選取合理的暖通設計參數(shù)，從溫度和濕度來確保室內(nèi)舒適的標準時，節(jié)能是負荷大小的重點因素。確定室內(nèi)空氣溫濕度參數(shù)和精準計算所需要的設計負荷是建筑節(jié)能的首要因素。這里的設計負荷主要包括熱負荷、冷負荷與濕負荷計算。冷負荷是指為保證房間或物體低于周圍環(huán)境溫度所需供應的冷量；熱負荷是指為保證房間或物體高于周圍環(huán)境溫度所需供應的熱量；濕負荷是指為了維持房間溫度恒定需從房間除去濕量。負荷計算是暖通空調(diào)設計的依據(jù)，關(guān)系到環(huán)境指標保證設備畜量大小、方案確定，系統(tǒng)管道大小等。冷、熱、濕負荷計算應嚴格依據(jù)室外氣象參數(shù)和室內(nèi)需求保持的參數(shù)。

3.1.1 空氣計算參數(shù)

室外空氣計算參數(shù)是指在負荷計算中所采用的室外空氣參數(shù)。我國確定室外空氣計算參數(shù)的基本原則是：按不保證天數(shù)法即全年允許有少數(shù)時間不保證室內(nèi)溫濕度標準，若必須全年保證時，參數(shù)就需要另行確定。空調(diào)因圍護結(jié)構(gòu)傳熱負荷計算原理：按不穩(wěn)定傳熱過程計算，因此，須知夏季空調(diào)室外計算日平均溫度和逐時溫度。逐時溫度的計算按照公式：

其中，是逐時溫度，單位℃；是夏季空調(diào)室外計算日平均溫度，規(guī)范規(guī)定取歷年平均不保證5天的日平均溫度；是室外空氣溫度逐時變化系數(shù)；是夏季空調(diào)室外計算平均日較差，單位℃。

冬季空調(diào)室外空氣計算溫度的確定原則按照規(guī)定歷年平均不保證1天的日平均溫度作為冬季空調(diào)室外空氣計算溫度。采用歷年一月份平均相對濕度的平均值作為冬季空調(diào)室外空氣計算相對濕度。

室內(nèi)需空氣計算參數(shù)選擇考慮以下因素：房間使用功能對舒適性的要求。主要因素是空氣溫度、濕度和氣流速度，其次為衣著，空氣新鮮程度，室內(nèi)各表面的溫度，人員活動情況等。以及地區(qū)、冷熱濕情況、經(jīng)濟條件和節(jié)能要求等因素。

3.1.2 熱負荷

在冬季熱負荷計算中，首先圍護結(jié)構(gòu)耗熱量，包含圍護結(jié)構(gòu)溫差傳熱量、縫隙滲入冷空氣、外門開啟侵入和太陽輻射。圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量按下式計算：

其中，Q是部分圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量，單位W；A是部分圍護結(jié)構(gòu)的基本傳熱面積；K是部分圍護結(jié)構(gòu)的基本傳熱系數(shù)，單位W/m2·℃；t為冬季室內(nèi)計算溫度；α是圍護結(jié)構(gòu)的溫差修正系數(shù)。

此外，還要考慮因風壓與熱質(zhì)作用室外空氣經(jīng)門窗縫隙進入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量。

而夏季冷負荷的計算則按照冷負荷系數(shù)法，基礎是傳遞函數(shù)法將圍護結(jié)構(gòu)或者空調(diào)房間連同空氣視為熱力系數(shù)將外擾或室內(nèi)的熱量作為系統(tǒng)的輸入，當計算某建筑物空調(diào)轉(zhuǎn)換為冷負荷時，按條件查出相應的冷負荷溫度與冷負荷系數(shù)，用穩(wěn)定傳熱的方法，以便于手算。要充分考慮到圍護結(jié)構(gòu)瞬變傳熱形成冷負荷、通過玻璃窗的日射得熱引起冷負荷、室內(nèi)熱源散熱引起的冷負荷、人體散熱形成的冷負荷等。

3.2 自動控制系統(tǒng)節(jié)能設計優(yōu)化

暖通空調(diào)節(jié)能設計的水平要提高自動控制，這樣不僅能夠保證暖通空調(diào)房屋的溫度和濕度控制的要求，并且可以節(jié)約熱力，更大程度的降低空調(diào)的能耗。利用暖通空調(diào)系統(tǒng)控制技術(shù)在軟件和硬件方面的發(fā)展，采用軟件體系控制暖通空調(diào)中央監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的長時間統(tǒng)計分析，以保證暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運行。

3.2.1 空調(diào)房間溫濕度控制

空調(diào)房間溫濕度的干擾因素呈現(xiàn)出多樣性，由于氣候變化的多工況性以及房間存在的較大的熱慣性等因素，使得僅僅利用單回路直接控制房間溫濕度的方法難以達到滿意的調(diào)節(jié)效果。因此，應該另外選擇一種行之有效的方法。針對空調(diào)房間的熱特性，采用串級調(diào)節(jié)比較適宜。

3.2.2 變水量自動控制系統(tǒng)

在現(xiàn)代化的暖通空調(diào)系統(tǒng)中，變頻技術(shù)將逐漸成為未來的發(fā)展趨勢。通過使用變頻技術(shù)，不僅可以解決傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的工藝問題，而且還可以節(jié)省能源的消耗量，減少廢氣的排放量，在一定程度上減少運行成本，提高經(jīng)濟效益。結(jié)合空調(diào)的實際負荷狀況，如果將風流量或者水流量進行適當?shù)母淖兊脑挘涂梢詫崿F(xiàn)節(jié)能減排的目標。如果將變頻技術(shù)應用于空調(diào)水系統(tǒng)的話，就可能形成變水量系統(tǒng)。在空調(diào)系統(tǒng)的水系統(tǒng)中，它的工作原理是通過控制水量，從而來調(diào)節(jié)溫度。隨著我國工業(yè)化的進程和變頻器的推廣與使用，通過優(yōu)化調(diào)節(jié)風量、水量及主機等，就可以實現(xiàn)與空調(diào)負荷的匹配運行，進而發(fā)揮良好的節(jié)能效益。采用變頻技術(shù)的原因還有：一個是設計者在選擇設備時，通常留有一定的設計余量，實際上設備也極少會在全負荷工況下運行，甚至從來沒有在全負荷情況下運行過。另一個就是建筑物的實際負荷會隨著室外氣候的變化而呈現(xiàn)出有一定的波動。

3.2.3 變風量系統(tǒng)的監(jiān)控

同樣，若將變頻技術(shù)應用在空調(diào)風系統(tǒng)的話，就會形成變風量系統(tǒng)。利用空調(diào)系統(tǒng)的末端裝置來實現(xiàn)室內(nèi)負荷的補償機制，從而對送風量進行優(yōu)化調(diào)整，最終保持室內(nèi)合適的濕度；與定風量系統(tǒng)相比較而言，變風量系統(tǒng)的節(jié)能效率則遠遠高于它，大約是它的兩倍。送風量的調(diào)節(jié)可以最大限度的減少風機的動力，進而達到節(jié)約運行能耗的功效。

4 結(jié)語

綜上所述，在當今全球環(huán)境不斷惡化、自然資源不斷減少的形式下，暖通空調(diào)的節(jié)能設計也就顯得尤為重要。對暖通空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能減排的設計，不但可以減少對不可再生能源的消耗，緩解電力緊張的問題，而且還可以保護環(huán)境。建筑節(jié)能不但是21世紀中國建筑行業(yè)發(fā)展的一個重點內(nèi)容，更是中國改革發(fā)展的迫切要求。中國要想實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保是重中之重。建筑節(jié)能主要在于提高能量的利用率，而暖通空調(diào)技術(shù)的發(fā)展將會對建筑節(jié)能產(chǎn)生積極的影響。在未來的社會化發(fā)展中，建筑節(jié)能將有一片廣闊的發(fā)展前景，并成為引領(lǐng)建筑行業(yè)發(fā)展的啟明燈。

參考文獻

[1] 柳天科.暖通空調(diào)節(jié)能設計問題探討[J].城市建設理論研究：電子版，2012（13）.

[2] 陳章勇.淺談智能樓宇建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)措施[J].大觀周刊，2011（27）：54.

[3] 張莉，李堯，朱玉明.暖通空調(diào)節(jié)能設計分析[J].山西建筑，2010（9）.

[4] 劉艷峰，申健.住宅地面輻射供暖系統(tǒng)中因地板覆蓋產(chǎn)生的散熱量安全系數(shù)[J].暖通空調(diào)，2007，37（11）：104-106.