暖通空調系統節能設計探討

柯仲明（黃山市建筑設計研究院，安徽　黃山　245000）

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暖通空調系統節能設計探討

柯仲明（黃山市建筑設計研究院，安徽黃山245000）

隨著人們生活水平的提升和環保意識的增強，在享受暖通空調系統提供的改善室內氣流速度和空氣濕度、溫度等服務功能的同時，越來越注重暖通空調系統節能，本文為能夠在保證暖通空調系統性能的前提下，有效的縮減其對能源、資源的消耗，在對暖通空調系統節能設計理念進行系統分析的前提下，對暖通空調系統節能設計方法展開研究。

暖通空調系統；節能；設計

前言

隨著暖通空調市場需求的不斷加大，我國暖通空調產業得到快速的發展，但由于我國暖通空調自主創新和技術研發的力度相對西方發達國家比較薄弱，在設計的過程中通常以改變暖通空調的外觀和內部結構為主，雖在優化暖通空調性能方面可以達到一定的效果，但并不能有效的縮減其在運行過程中的資源、能源消耗，所以暖通空調節能設計受到廣泛關注。

1　暖通空調系統節能設計的正確理念綜述

現階段，我國暖通空調系統節能設計中存在的誤區主要包括：片面追求功能設計而忽視節能設計、片面的將“合規”標準等同于充分節能理念、片面的將節能概念與節能技術產品的統一等同于節能設計，所以在設計的過程中應有意識的規避錯誤設計理念，應用正確的節能設計思路［1］。

1.1重視能源類型和利用方式

實踐證明，結合建筑具備的能源邊界進行能源類型和利用方式的選擇，暖通空調系統在運行的過程中對能源的消耗和對CO2的排放量最少，所以在設計的過程中要注重以下幾個方面：

1.1.1注重冷熱源形式的選擇

礦物能源在冷熱源形式方面的差異會導致其在提供相同的冷熱量的情況下，消耗的能源和排放的 CO2也不同，例如，某建筑項目暖通空調系統的年供熱總量為8000GJ，以其能源邊界條件可選擇以下四種方案分別是熱效率為85%的燃氣鍋爐、熱效率為65%的區域鍋爐房、能效比為4.2的電熱泵、能效比為1.6的燃氣吸收式熱泵，四種方案的資源消耗分別為321.14t、419.95t、183.56t、140.5t，四種方案的CO2排放量分別為520.56t、1117.07t、488.28t、228.96t。通過四種方案的對比分析可以發現，雖然產出的總熱量相同，但四種方案中第四種方案能源消耗量不足第二種的35%，第四種方案應用清潔能源和高效處理方式標準煤礦物能源消耗最理想，所以該建筑項目結合資源條件、節能目標和相關經濟要素會選擇第四種設計方案［2］。

1.1.2注重梯級利用能源

實踐證明，高能級段能源在發電的過程中其余熱可以直接供熱制冷，使效率提升，例如在利用1m3的低位熱值為8500kcal的天然氣時，采用燃氣發電+電熱泵+煙氣余熱吸收式冷溫水機組的梯級利用形式時，其經過計算供熱能力為18.78kW，制冷能力為24.7kW，而利用直燃吸收式冷溫水機組供熱制冷的非梯級利用形式時，其供熱和供冷能力分別為8.9kW和14.83kW，可見能源梯級利用在節能設計中的重要性。

1.1.3考慮熱泵對建筑節能的真正價值

通過實踐人們發現，利用熱泵可以將不能直接應用，但分布廣泛、賦存量理想的低品位熱轉化為可以利用的熱量。例如，在節能方面，可以實現一系能源高位熱值效率大于1，使電力設備的年負荷率升高；在減排方面，由于一次能源在梯級利用中規模的增加，采用集中供熱的形式，集中監管的效果更理想，可以實現現場零排放，使城市冬季環境得到有效的改善，所以此方面在暖通空調系統節能設計中也至關重要。

1.2實現低溫供熱高溫供冷

1.2.1理論分析

通常情況下建筑室內供冷或供熱末端安置的水/冷媒-空氣換熱器的經濟換熱溫差在10℃附近，所以供熱和供冷機制溫度可分別達到30℃、18℃，實現低溫供熱高溫供冷，但現階段暖通空調系統在設計的過程中通常以系統性能評價作為額定參數，忽視經濟技術的作用。

1.2.2技術條件分析

①在建筑節能標準不斷優化的過程中，暖通空調冷熱末端的負荷容量空間加壓縮減，這在一定程度上彌補了輻射換熱為主的冷熱末端單位面積冷熱負荷能力相對較小的缺陷；②將潛熱冷負荷和潛熱冷負荷分離處理的溫濕度獨立調節空調系統的產生，將顯熱冷負荷載冷劑溫度提升到 15～20℃之間，這表明，人工制冷過程中雖然相關的能耗會提升，但能效比也會提升10～25%，非人工制冷的利用時間增長，自然冷源的應用空間和能源的單位體積密度增加。除此之外，具有溫度工況針對性的新型空調產品的開發也為其提供了技術保證，例如干式風機盤管等在對應溫度區間內的熱力完善程度、轉熱流程、性能系數等方面都具有優越性。

1.3合理確定室內設計參數

室內設計參數，如新風量、溫度等對暖通空調系統的耗能也會產生影響，其參數確定需要考慮其是否滿足室內舒適度和工藝的要求，保證率是否合理等因素，例如天津市動機室內設計參數取值22℃/30%或24℃/40%都可以滿足其設計參數的要求，但能量分析發現，采用24℃/40%方案使空調熱負荷提升近16%，加濕熱負荷增加一半以上［3］。

1.4重視對關鍵設計參數的優化

空調水系統設計供回水參數的彈性和對系統能效的影響是暖通空調系統中最明顯的部分，例如量管制風機盤管加新風系統，以5℃溫差對應的流量確定水系統管道和管件的規格，在ER供冷ER供熱分別為0.0214和0.0173的情況下，不同供回水溫度時系統能效比的變化如表1所示，可見關鍵設計參數的選擇對暖通空調系統的節能效果具有重要的影響。

表1　不同供回水溫度時系統能效比的變化數據

1.5其他方面不斷優化

除以上方面外，人們發現，在設計的過程中能否保證高效率設備被積極應用，而且保證其在多數時間內可以在高效率區運行；能否對冷熱源品質進行充分利用；能否準確、合理的確定小溫差換熱和輸配系統設計參數等對暖通空調節能設計也具有重要的影響，所以在節能設計的過程中需要針對性的不斷完善。

2　暖通空調系統節能設計方法的探索

現階段主要通過篩選節能設計方案、優化系統設計參數、建立數據庫、利用仿真模擬技術四種途徑，進行暖通空調系統節能設計水平的提升。其中，篩選節能設計方案和優化系統設計參數都包括簡單、較簡單和復雜三種層次的方法。例如篩選節能設計方案的簡單方法如圖1所示，優化系統設計參數的復雜方法如圖2所示。數據庫的建立，可以推動暖通空調系統設計在參數選擇的過程中突破額定工況的限制，結合全工況的數據進行系統能效最優化設計，保證系統礦物能源消耗合理縮減或排放的污染氣體總量降低，現階段被推廣應用的BIM系統，對此類數據庫的建設具有較理想的作用。而利用仿真模擬技術對暖通空調系統各結構在運行的過程中可能產生的能源消耗和可能排放的污染氣體進行預見，可以結合預見結果對相關的數據、參數進行優化，進而使暖通空調系統整體的節能效果提升，可見此方法將暖通空調系統節能設計效果優化的順序進行了調整，使節能的主動性提升，符合現代可持續發展戰略的基本思路，隨著計算機技術、設計平臺等信息技術的發展，此途徑將得到不斷的完善，使暖通空調系統節能設計越來越有保證，但現階段此方法仍需要不斷的完善和實踐論證，需要相關人員進行技術創新和深化，目前仍以前三種途徑為主。

圖1　篩選節能設計方案的簡單方法

3　結論

通過上述分析可以發現，我國暖通空調系統的市場需求在不斷加大，但現階段暖通空調設計水平并不能滿足消費者對其節能方面的要求，這不僅造成大量的資源、能源浪費，而且嚴重阻礙我國可持續發展戰略的貫徹落實，所以針對暖通空調系統節能設計展開研究具有重要的現實意義。

［1］吳曉艷.公共建筑空調系統的節能設計與優化管理［D］.長沙：湖南大學，2006.

［2］李小會.廣東商場建筑空調系統節能設計研究［D］.廣州：廣州大學，2014.

［3］強兆燕.大型公共建筑暖通空調系統設計評價研究［D］.天津：天津大學，2011.

2016-4-20

TU831

A

2095-2066（2016）13-0125-02