淺析公共建筑暖通空調系統的降耗及能耗平衡途徑

童寧

（德宏職業學院，云南 德宏 678400）

1 我國建筑能耗現狀

當前建筑行業呈現繁榮景象，同時也存在高能耗建筑占比大的情況。根據前瞻產業研究院發布的《2013-2017年中國智能建筑行業市場前景與投資戰略規劃分析報告》中的數據顯示，我國目前既有建筑面積超過500億平方米，90%以上是高耗能建筑，城鎮節能建筑占既有建筑面積的比例僅為23．1%。而如果要達到同樣的室內舒適度，我國單位建筑面積能耗是同等氣候條件發達國家的2～3倍。這樣的高能耗指標，不利于經濟發展和環境保護。

同時，我國建筑能源消耗呈現出了很大的不平衡。就當前看來，我國建筑的主要消耗能源為電力和天然氣，這兩種建筑消耗能源都呈現出“峰谷”結構。夏季，白天工作時間空調制冷，造成電力緊張。夜晚，部分公共建筑關閉，電力需求下降；冬季，供暖鍋爐啟動，天然氣需求量大。采暖期結束后，供暖鍋爐停止運行，只有熱水鍋爐運行，導致天然氣有所囤積。這樣的消耗特點，不緊降低了發電廠和天然氣站的運行效率，還使得能源管理變得困難重重。

2 建筑能耗構成

建筑能耗指建筑物內各種用能系統和設備的運行能耗，主要包括采暖、空調、照明、家用電器、辦公設備、熱水供應、炊事、電梯、通風等能耗。通常所說的建筑能耗僅指非生產性建筑的能耗，即民用建筑能耗。依據建筑功能，民用建筑可以分為住宅建筑和公共建筑兩大類。本文主要討論公共建筑。建筑能耗系統示意圖如圖1。

圖1 建筑能耗系統示意圖

然而，在建筑能耗的構成中，暖通空調系統（采暖、空調及通風）的能耗占了整個建筑能耗的50%～60%。

3 能耗過高的原因

由于暖通空調系統在建筑能耗中占的比重較大，因此，降低建筑能耗及平衡能源結構的核心就是優化暖通空調系統在建筑中的應用。根據以往的一些工程案例，暖通空調系統存在一定程度的能源浪費現象，而該現象主要是由于“系統設計不合理”和“運行管理不到位”所導致。

3.1 系統設計不合理

在一些項目特別是中小型項目中，暖通空調系統的設計沒有充分考慮到地域性、功能性、結構性以及建筑材料等因素，一概采用經驗來進行設計、選型。暖通空調系統設計的基礎是建筑冷熱負荷計算，而很多的項目并未根據建筑實際情況進行精確的計算，取而代之的是“指標估算（W/m2）”。這種方法可以縮短設計周期，但并不準確。“負荷指標”本身只是過往經驗的一種大概總結，是一個范圍值，在估算的過程中，由于保守的心態，擔心將來系統效果不好，就會往大的值估算。另外，在循環泵的選型上也普遍存在揚程高估算的情況。而很多實際案例表明，設備的選型都存在功率過大的情況，因而造成了能耗過高。此外，一些項目在冷熱源設備類型的選擇上，沒有根據實際情況做到充分論證、評估節能效果，盲目的選型也是造成能耗過高的原因之一。

3.2 運行管理不到位

系統的運行應當符合建筑的實時需求，在保證了建筑舒適度的同時減少能源消耗。然而在過往的很多項目中，系統的操控主要由人工進行，由于對一些信息（氣象參數、使用面積等）的變化把握不準，不能做到讓系統的工作狀態隨環境的變化而及時作出調整，也會造成能源浪費。

4 改善途徑

4.1 規范設計、合理選擇

在建筑的暖通空調系統設計過程中，一定要切合實際，遵循相關設計規范，進行標準設計、合理選擇。例如《建筑工程設計文件編制深度規定》（2016）版明確規定要提供冷熱負荷、風量、水量的計算書；《采暖通風與空氣調節設計規范》對中央空調設計夏季室內參數規定為22～28℃，冬季工況室內參數為16～24℃。《公共建筑節能設計標準》（GB50189-2015）中明確提出供暖空調冷源與熱源應根據建筑規模、用途、建設地點的能源條件、結構、價格以及國家節能減排和環保政策的相關規定，通過綜合論證確定。

4.2 加大自動化控制程度

暖通空調系統的設計是以建筑的最大冷熱負荷為依據進行的。然而建筑的冷熱環境并不是一成不變的。氣候條件的變化、使用面積的變化、工作時間的變化都會改變建筑的實際負荷需求。因此，要讓系統處于最佳運行狀態，就需要及時獲取與建筑環境相關的實時參數，才能保證系統的運行與環境變化相一致。而這一工作如果由人工去完成，不僅耗時長，還有可能不精確，從而也就不能對系統運行進行及時調整，達不到節能降耗的目的。有效的途徑是借助計算機網絡及信息技術、自動化技術，采用自動控制的方式。近些年，自動化技術在暖通空調系統中的應用取得了一定的成就，但是還不夠。比如，控制邏輯不嚴謹、自動化程度不高、小型項目不應用自動控制等等。因此，在暖通空調系統的基礎上，合理設計一套針對性的自動控制系統。根據系統結構，設置相應的參數檢測點，利用相關儀表和檢測裝置完成溫濕度、壓力、流量、風速等參數的檢測，并通過傳輸線路以數字信號或模擬信號的形式及時反饋至控制器，再由控制器根據預先編制的控制邏輯同樣以數字信號或模擬信號的形式發出指令到機組、泵組以及電動閥、電動調節閥、電動風閥、變頻器等機構，最終高效、準確的完成對系統運行狀態的調整。

5 平衡能源結構

平衡能源結構就是要“削峰填谷”。前面提到電力和天然氣兩大能源的使用狀況均呈現出“峰谷”結構，這對于能源的開發和管理是極為不利的。在考慮節能降耗的同時，應當還要考慮能源結構的平衡。

5.1 蓄能技術抑制高峰用電

為了達到電力的“削峰填谷”，我國多地電力需求管理側推行了峰谷電價政策。以北京為例（見表1、2）。

從價格表1、2中可以看出，以一般工商業1～10kV為例，尖峰價格是低谷價格的4倍之多；高峰價格是低谷價格的近4倍。如果能將白天尖峰、高峰的空調用電轉移到夜間低谷，不但能為用戶節省大量的電費，還能實現電力的“削峰填谷”。在這樣的政策背景下，中、大型暖通空調系統設計應當優先考慮使用蓄能式系統（圖2），即冰蓄冷、水蓄冷、水蓄熱。

表1 北京城區非居民用電價格表

表2 北京郊區非居民用電價格表

圖2 蓄能式系統削峰填谷示意圖

目前我國的蓄能技術有待進一步發展。究其原因，主要是用戶意識不夠，因為蓄能式系統初始投資較普通系統要高，但是后期的運行費用要比普通系統低很多，一般3～5年可將超額投資部分回收，之后的時間可實現收益。因此，設計方在提供蓄能式系統設計方案時應當向用戶進行詳細的數據分析、充分的收益說明，讓用戶明白投資蓄能式系統的收益點。這樣，政策的支持加用戶的意愿，才能將蓄能系統推廣開來。

5.2 燃氣熱泵助力夏季制冷

燃氣熱泵（GHP，GAS HEAT PUMP），也可以簡單的理解為燃氣空調。1979年世界第二次石油危機爆發，同年日本出現夏季罕見酷暑，全國空調用電量激增，電力公司供電告急。在這樣的背景下，1981年日本政府組織相關地方燃氣部門、相關企業共同研發燃氣熱泵。1987年，YANMAR牌燃氣熱泵誕生，之后，燃氣熱泵在日泵市場迅速擴張，不但緩解了電力供應，還實現了天然氣的“削峰填谷”（圖3）。

圖3 GHP削峰填谷示意圖

燃氣熱泵自2003年進入我國，目前還因以下原因有待進一步推廣。第一，企業對設備的宣傳、推廣不夠，導致眾多潛在用戶并不知道此類設備，甚至很多設計院都不了解。第二，目前國內市場的燃氣熱泵均為日本品牌，一半以上是原裝進口，導致價格過高，很多用戶接受不了較高的投資。因此，要實現良好的“削峰填谷”，還增加燃氣熱泵的實際應用。首先，企業、燃氣部門應當聯合起來，結合設計院進行廣泛的宣傳和推廣，讓用戶明白燃氣熱泵的優勢。燃氣熱泵除了能在宏觀實現“削峰填谷”，就設備而言，還能實現冬季的強勁制熱，這是普通空氣源熱泵（EHP）無法做到的。所以，就這點而言，對于冬季制熱需求高的北方特別適用，一套設備可以實現冬夏兩季共用，無需再加輔助設備。其次，為了長期的發展，企業應當考慮逐步國產化，這樣可以縮短訂單周期，也降低用戶成本。在天然氣供應設施完善、并且價格不太高的地區，可優先考慮使用燃氣熱泵。

6 結語

建筑的節能降耗是當務之急，但是在節能降耗的同時還應當考慮到整體能源結構的平衡。這樣才有利于能源的管理。要掌握好新規范、新標準，重視新能源、新技術，并切合建筑實際，設計合理的暖通空調系統。