暖通空調系統節能技術分析與設計方法探究實踐

王若宇，王 雪，張 煜

（山東華宇工學院，山東德州 253071）

0 引言

暖通空調是當今建筑的重要設施，在生活中被廣泛使用，但其系統卻伴有極高的能耗，違背了節能減排的要求。因此，該系統節能技術的開發和應用有利于環境友好型建筑的發展，空調節能技術的不斷研發對整個行業的未來發展具有積極的現實意義。

1 空調系統節能的必要性及要求

隨著建筑的數量及規模與日俱增，能耗的幅度也在不斷上升。發達國家中，能耗占比達40%，其中用于空調系統的能耗占比高達45%，該數值依然呈增長趨勢。建筑面積的不斷擴增，使空調的運用越發頻繁。大量的能源消耗，不僅加深了供給層的矛盾，還使得環境被嚴重污染。高效的能源使用，如將節能技術融入到空調設備中，是對環境友好的明智選擇。

空調系統使用的是化石燃料，現今由于能源的缺乏以及環保政策的要求，利用不可再生能源的系統已與當前的發展要求不符。然而新系統的設計需滿足3 個條件。首先，該系統應在各個房間當中安裝獨立調控溫度的設備，樓梯間可排除在外；其次，該系統的設計環節較為復雜，設計人員應簡化設計，把管材損耗降到最低，不斷使系統得到優化并升級；最后，該種設計要求對能源的損耗和圍護結構的散熱格外重視，設計人員應提升該系統的保溫性，加強圍護結構的隔熱效果。

2 空調系統的節能技術分析

2.1 系統負荷能力

精準計算空調系統的負荷，使該系統的負荷達到標準水平。當該空調系統的負荷值偏低時，難以滿足實際運行的需求；當該系統的負荷值過大時，將會使空調運行的費用大大增加，給建筑業帶來了更多的生產成本損失。因此對暖通空調的系統負荷進行精確的計算，不僅消除了能源損耗，而且也節省了建筑成本。

2.2 系統控制水平

空調系統的各項調節參數是決定舒適程度的評價指數，選擇適當且有效的參數進行控制，可不斷提升舒適度評價指標的節省能源的效果。

2.3 圍護構造的保溫隔熱性質

圍護結構的主要作用是降低空調系統在使用時所產生的熱量損失。在空調的外圍增加此構造，不僅能使整個系統有著極佳的保溫隔熱效果，而且還有效降低了能源的損耗，節約建筑運行成本。在其節能的設計開發中，圍護結構是不可缺少的一部分，提升其材料等級可不斷增強對系統的保護作用。采用新型的保溫材料，具有良好的保溫性、節約能源等優勢。

2.4 周圍綠化方面

現階段，建筑工程的精心設計都會遵循綠化的原則，繁茂的綠色植物不僅能夠美化建筑物，同時也能夠遮擋陽光的照射。在建筑設備長時間被陽光照射時，房間外會因太陽的輻射產生過多的熱量，從而使空調能源急劇消耗，此時的綠色植物隨光照的增強，其光合作用也增強，將水分消耗，對該系統能源的節約具有重要的意義。因此，增設系統周圍的綠化設計可降低房間外表面的溫度，增強設備的節能效果。

2.5 變流量調節

在使用暖通空調時，會產生大數額的流量，而流量對空調系統的負荷會產生一定程度的影響，在實際的運行中，流量負荷往往遠高于預先設置的負荷能力，從而使得整個系統的流量負荷發生異常。若改變動力變流量的相關技術，可使系統流量得到有效控制，滿足負荷能力的高要求。這種技術不僅消除了超負荷對空調的影響，也有利于降低建設成本。

2.6 排風余熱回收作用

夏季較為炎熱，空調多用來排風，這樣會使室內空氣的濕度和溫度均顯著低于室外的溫度及濕度；在冬季時，天氣比較寒冷，空調設備所起的作用與夏天相反，會使室內的空氣濕度及溫度明顯高于室外。而排風余熱回收技術靈活應用了這一季節規律，將要排出的風和新進的風實現了有效交換，大大提高了對新風濕度及溫度的提高或降低的效率。它的主要原理是將熱交換器安裝在排風口，開始時排風和新風各自發生熱交換，然后借助排風預熱與新風進行交匯，實現排風余熱的回收。這樣不僅促進了房間內部空氣的流通，也增強了節能效果，同時還具備既安全可靠又容易安裝的性質，在日常生活中的供暖等行業被廣泛應用。

2.7 地源熱泵作用

地緣熱泵常被運用到采暖以及制冷的設備。其原理主要是通過熱泵裝置將低溫熱源中的熱量移動到高溫熱源之中，從而起到降溫的效果。地源熱泵可通過電源來進行控制，進而實現熱量的轉移，包括低溫熱源到高溫熱源以及高溫熱源到低溫熱源的兩個方向上的轉移。熱泵可對工業和自然中的低溫熱源進行儲藏及回收，并把回收的熱源轉變為高溫熱源。地源熱泵技術不僅節能，也給生活及生產提供了極大的便利。

2.8 輸送力及能耗關系

暖通空調系統的動力設備需滿足兩個條件，即性能好且輸送效率高。這樣可使大量的能源被節約，同時也極大的符合了人們日常對空調系統控制的精確度，并滿足了人體舒適度的要求。

3 空調系統節能的設計方式

空調系統的規劃設計，應以環保為首要理念，之后將施工和設計相互結合，才能保證設計在實際中的科學合理性，使施工具有安全可靠以及易操作的特點。因此，在設計時，必須是專業知識過硬，并具備很強的節能意識的人才，在施工前后都能體現良好的節能效果。

3.1 冷凍水系統的優化

設計暖通空調的冷凍水系統時，首先應考慮的是該系統的節能效率。由于大多數的空調采用兩管或三管進行制水，這兩種系統都是自動運行，不存在明顯的超負荷，因而也就降低了能源的消耗。不同的是，兩管制不需要系統供應冷熱，僅隨季節的交替就可進行自然轉化來實現冷熱的供應。除此特點之外，二者也有一定的不足。如兩管制水系統經常被用于實驗室，持續供給冷水即可實現制冷。如今絕大多數的空調系統都采用冷熱交替的機制，在優化設計時，對制冷或制熱系統進行切換，這樣空調的系統可在任何時間對室內實現冷與熱的供應，從而達到了人們對室內舒適溫度的需求[1]。四管制水的應用，可對空調的相關溫度參數進行獨立控制，對供熱還是供冷的模式可自由選擇，使用時各系統間并不會產生干擾，各自獨立完成供給任務。此種優化設計既可降低能源消耗，又能滿足對舒適溫度的需求。

3.2 建筑熱工性能的優化

空調在設計方面的建筑工程，需按照空調系統的運行特點和整體的負荷能力，科學合理的選擇圍護構造。空調的外部結構和所處的環境是不同的，空調系統經過長時間的風吹雨打會使熱工性能降低，散熱量的大幅度增加會導致大量能源被損耗。為節省能源以及降低熱的損失，空調外圍應采取節能設計，使該系統的熱工性能得到改善。因此，圍護結構的材料要遵從國家對有關熱阻材料的規定，使傳熱系數變小，進而把能源的消耗降到最低[2]。另外，對這方面進行優化時，要以日照時間為基礎，預測出窗墻比例和形體方面的系數，避免使用透明玻璃的材料，否則經太陽輻射過長時間的空調系統會產生大量的熱損失。需要注意的是，對建筑物進行該方面的優化時，首先應將熱損失的問題納入考慮的范圍，對于墻外的各種優化，可種植綠植，實現優化節能的目標，達到空調系統的節能標準。

3.3 通風系統的優化

暖通空調的通風系統的基本構造原理是：將送風的管道安置在空調的外部，進而經過該管道實現安全送風的目標。而在空調的中央是一種回風管道，被用于排煙。排風和排煙的管道均設置在空調系統的窗口區。當該區域被堵塞或者在特殊緊急情況下，如發生火災時，可采用機械方式將煙氣排出，并順利通風，將災難有效遏制，對生命財產安全有一定的保障作用。若是在比較狹窄的空間中，通風設備也可按照要求完成通風的功能，即空氣經過空調的內部系統處理，達到室內所需溫度及濕度的要求。以變風量為依據，對傳送到室內的風量隨時進行調整。這樣的優化通風系統，不僅降低了整個空調設備的總送風量，實現了系統優化，而且為節約能源做出了貢獻[3]。

3.4 空調噪聲的控制

空調的運行會產生一些噪聲，如在氣流、水以及風機管之間的相互作用就會有各種噪聲發出。要高效解決這樣的噪聲的問題，需從產生的噪聲的源頭出發，才能有效消除，達到噪聲控制的優化目的。有3 種方式可進行控制：①對系統內的線圈加工質量要嚴格要求[4]。在線圈生產時，就要提高其精準度，對風扇中的小葉輪的總重量要減輕，這樣可大幅度消除各個葉輪與電機間振動導致的噪聲；②是利用配置相對較低的設備。安裝風機管時，將其送風口安置在室內的上部，較低配置的噪聲設備，能使室內和室外有效隔離，從而減弱噪聲音量，降低對日常生活及工作的不良影響；③對空調設備采取消聲措施。不同種類的暖通空調均會有噪聲，但在系統內的噪聲產生之后，經過一定的消聲裝置，便會把噪聲降低。

4 結束語

綜上所述，暖通空調的節能設計具有綜合性和復雜性的特點，要使空調系統的節能效果顯著提高，相關的設計人員需立足當前該系統高耗能的實際情況，嚴格遵從節能的設計理念，對其進行全方位的優化設計，旨在節約能源，減少對生態環境的污染，為經濟的繁榮發展做出貢獻。