公共建筑暖通空調系統的節能策略

張禮英 青島海爾空調電子有限公司工程師

公共建筑暖通空調系統是依托公共建筑構建的系統，具有制冷、制熱的作用，同時能調節公共建筑室內空氣的濕度、清潔度及流動速度。在夏季氣溫較高、冬季氣溫較低的自然環境下，公共建筑暖通空調系統為人類提供了更舒適的生活環境，是隨著人類發展的科技產物。但是，公共建筑暖通空調系統的日常運行，需要以能源為動力原材料。基于此，公共建筑暖通空調系統的節能策略成了現今人們需要重點考慮的問題。

1 暖通空調系統的特點

1.1 多變的影響要素

暖通空調系統設計過程中受到很多要素影響，包括氣候要素、建筑內外部熱擾、建筑內外部形狀以及使用建筑需求等，各種要素的動態性特點導致對空調系統設計產生較大影響[1]。因此，有必要改變暖通空調系統傳統設計理念，即重視性能、輕視節能，樹立以節能為基礎的全新設計理念，通過對動態化分析工具的合理應用，找到有效的節能優化措施，最終實現建筑節能目標。

1.2 多樣形式增加選擇難度

為有效控制空氣環境，現代建筑通常會選擇形式多樣化的空調系統。但會增加冷熱源方式與空調系統形式的選擇難度，特別是大型公共建筑，必須綜合評價多個要素，如適用性、造價、運行耗能等，才能進一步保障選擇合理形式的暖通空調系統[2]。

1.3 互相耦合，復雜化組成

構成暖通空調系統的子系統包括冷熱源、冷熱量輸配、房間冷熱末端，上述子系統中又包括很多子系統，它們具有互相耦合、復雜組成的關系。

2 公共建筑暖通空調系統應用現狀

2.1 公共建筑暖通空調系統高耗能、低應用

在優化公共建筑暖通空調系統、探究公共建筑暖通空調系統節能策略中，首先應充分了解公共建筑暖通空調系統的應用現狀，進而有的放矢、對癥下藥。在現今實際生活中，公共建筑暖通空調系統呈現高耗能、低應用的現狀。在我國經濟快速發展、生活水平不斷提升、物質富足的社會背景下，人們越來越關注身體健康。基于此，在實際工作生活中，不論冬夏，為保證室內空氣暢通，人們都會經常開窗。尤其在冬天，門窗緊閉常態化使室內空氣質量急劇下降，人們不得不開窗開門放進新鮮空氣。

然而，公共建筑暖通空調系統制冷與保暖的主要原理便是通過自身系統將室內空氣制冷和制熱。人們為了保證室內空氣暢通而選擇開門開窗的習慣，事實上在一定程度上極大損耗了公共建筑暖通空調系統制冷制熱能量，加大了公共建筑暖通空調系統運轉負荷。在日常生活中，開空調時會關閉門窗，目的在于形成密閉空間，進而加快空調制冷制熱，減少能源消耗[3]。

開窗開門除了引起公共建筑暖通空調系統高耗能低應用外，從資源可持續發展角度出發更是造成了資源浪費。為保證室內溫度符合人們的身體需要，人們會通過持續打開空調的方式降溫或保持溫度。長年累月高負荷的運轉嚴重消耗了公共建筑暖通空調系統，縮短了公共建筑暖通空調系統的使用年限。

2.2 公共建筑暖通空調系統設計需不斷優化

公共建筑暖通空調系統設計同樣是影響現今公共建筑暖通空調系統節能效果的因素之一。公共建筑指供人們進行公共活動的建筑，一般情況下包括交通運輸類建筑、商業建筑、辦公建筑、通信建筑、學校及研究院等。從外在形態看，現今的公共建筑很多結構獨特。獨特的形態結構設計會在一定程度上給公共建筑暖通空調系統設計帶來難度。為保證公共建筑暖通空調系統與公共建筑的協調性且具有美感，公共建筑暖通空調系統設計要符合公共建筑特點[4]。

設計獨特的公共建筑如圖1 所示。從外觀上很難發現公共建筑暖通空調系統裝置。從材質上看，現今的很多公共建筑外部墻體由大面積玻璃材質構成。夏季，除自然溫度較高外，玻璃材質的公共建筑使陽光透過大面積的玻璃體射入室內，經過玻璃載體，室內溫度再次大幅提高。除此之外，公共建筑暖通空調系統通常置于露天的室外。夏季露天環境中公共建筑暖通空調系統外熱內冷，冬季則外冷內熱，這樣的公共建筑結構使公共建筑暖通空調系統亟需改良，以達到從設計上適應外部環境和公共建筑結構，減少能源消耗的目的。然而，事實上，現今公共建筑暖通空調系統設計并不能滿足公共建筑獨特的設計需要[5]。

圖1 設計獨特的公共建筑

此外，為盡可能踐行節能思想，人們在公共建筑暖通空調系統設計中引進了熱回收系統。國家基于可持續發展理念，倡導資源再利用和節能減排。因此，在探究公共建筑暖通空調系統節能時，人們應高度重視其經濟性，在經濟適用的基礎上盡可能設計節能的公共建筑暖通空調系統[6]。

2.3 公共建筑暖通空調系統的能耗問題

近年來，我國經濟飛速發展，在公共建筑當中，暖通空調系統的應用也越來越廣泛。在應用過程中，一個需要重點關注的問題是暖通空調系統的能耗問題。雖然我國的科學技術十分發達，空調系統的能耗也比較低，但是在公共場所中使用的空調和家用空調還是存在一定的差別，其消耗的能量通常比普通空調多。而且近年來我國政府提出了建設資源節約型、環境友好型社會的策略，如果空調耗能過大則會造成一定的能源浪費。雖然公共場所的空調可以提高公共場所的舒適度，但是消耗的能源是相關部門需要思考的一個主要問題。

3 公共建筑暖通空調系統的節能策略

3.1 不斷強化公共建筑暖通空調系統節能意識

在探究公共建筑暖通空調系統節能時，應積極改變公共建筑暖通空調系統的節能思想，不斷增強人們的節能意識，這樣才能確保公共建筑暖通空調系統節能策略行之有效。在現今技術條件的限制下，公共建筑暖通空調系統更多由電能支持，換言之，公共建筑在利用公共建筑暖通空調系統中會消耗大量電能。日常生活中，人們經常可以看到遼闊的草原及平原上會有很多白色帶有扇葉的風車，其利用風的流動帶動渦輪葉片將風能轉化成電能，進而通過高壓傳輸系統，將電能輸送到人們需要的地方[7]。風力發電如圖2 所示。

圖2 風力發電

在現今我國電能轉化中，人們還會利用水力發電，如聞名世界的三峽水電站等。其利用水流制動，進而通過發動機將機械能轉化成電能等其他能源，然后由高壓輸電系統傳送電能[1]。

能源研究中心數據顯示，隨著人類不斷開墾，地球能源在不斷縮減。基于能源有限，聯合國提出了可持續發展理念，主張世界各國將可持續發展治國理念作為百年大計。由此可見，節能主張與節能實施已刻不容緩。真正意義上實現公共建筑暖通空調系統節能，需要從各角度減少資源浪費，包括空調系統的設計、使用以及管理等[8]。

3.2 優化公共建筑暖通空調系統節能設計

優化空調系統內部節能設計可以從高效機房的設計著手。例如，降低冷凍水大溫差能源消耗。水泵定律是降低冷凍水大溫差能源消耗分析的關鍵因素[2]。分析冷凍水大溫差能源消耗時，根據水泵定律，能源消耗的功率與水量成立方比，而水泵揚程與水量成平方比。功率、水量以及揚程之間的關系可以表示為：

式中，Y為水泵揚程，L為水量，G為功率。

根據流量與溫差成一次反比，可以得出：

式中，C為水溫差。

由公式推導可知，水溫差越大，能源消耗越低。因此，在優化暖通空調系統節能設計時，可以通過限定進水口和出水口溫差，控制水量等方式進行節能設計。

公共建筑暖通空調系統的節能策略探究中，為減少局部阻力、節約能源，也可以通過設計高效機房、調整水泵管路布置，進而減少水泵揚程。水泵揚程受水頭損失、水流管道損失、局部阻力損失、自由水頭及吸水自然高差等因素制約，計算公式為：

式中，H為揚程，h1為水頭損失，h2為水流管道損失，h3為局部阻力損失，h4為自由水頭，h5為吸水自然高差

結合以上數據研究，在節能設計中，基于經濟適用性可以對h3進行整體調整，通過調整水泵管路角度，以減少局部阻力損失。

4 結語

公共建筑暖通空調系統的節能策略是一個具有現實意義且符合時代發展的課題，值得廣大公共建筑暖通空調系統從業人員高度重視，以達到公共建筑暖通空調系統設計的節能目的。