新型節能設計理念在建筑暖通設計中的應用分析

陳錦華

（福建省合道建筑設計有限公司，福州 350003）

1 暖通空調系統的分類及基本原理

暖通空調系統主要包括供暖、通風及空氣調節系統3 部分，涉及熱力學、流體力學、流體機械等機械工程學科。其中，中央空調是在日常生活當中較為常見的系統，其內部結構如圖1 所示[1]。

圖1 中央空調系統內部結構

根據工作原理劃分，暖通空調系統可分為冷水機組、冷卻塔、外部熱交換系統和冷卻風扇4 部分。

1）冷水機組。用于將輸送給每個房間的循環水經過熱交換處理后轉換為“冷凍水”。

2）冷卻塔。用來接收冷卻泵送來的溫度較高的水，經過冷卻之后為冷卻機組提供冷卻水。

3）外部熱交換系統包含冷凍水循環系統和冷卻水循環系統。

冷凍水循環系統主要完成以下過程：中央空調設備的冷凍水回水經集水器、除污器、循環水泵進入冷水機組蒸發器內，吸收了制冷劑蒸發的冷量，使其溫度降低成為冷水，進入分水器后再送入空調設備的表冷器或冷卻盤管內，與被處理的空氣進行熱交換后，再回到冷水機組內進行循環再處理。

冷卻水循環系統是將經過熱交換的冷卻水由冷卻水泵送入冷卻水塔中，在冷卻塔中降濕降溫之后送回冷水機組。

4）冷卻風扇，冷卻風扇的性能與暖通空調的性能密切相關，是暖通空調系統的重要組成部分，冷卻風扇在暖通空調中主要有兩方面的功能：（1）降低暖通系統的溫度，避免使用中系統溫度過高影響整體性能；（2）為暖通系統提供冷水，保證暖通系統制冷性能的正常使用。

2 建筑暖通設計的要意義

集中空調系統能耗在大型公共建筑總能耗中占25%～60%，而制冷機房系統（冷水機組、水泵、冷卻塔等）的能耗占集中空調系統能耗的50%～80%[2]。顯然，通過優化設計使制冷機房系統的能效降低，是建筑節能減排工作的重要目標。

1）建筑暖通設計可以進一步促進我國建筑行業的發展。我國建筑行業早年實現了跨越式的發展，但是近年來，由于受到技術和理念方面的停滯而導致發展趨勢漸趨平緩。暖通系統是建筑中的重要部分，建筑暖通設計與建筑實用性息息相關，是追趕世界管理理念和先進技術的重要一步。

2）建筑暖通設計順應了我國可持續發展理念。目前，我國的能源供需矛盾愈來愈激烈，這是國家發展過程中難以忽視的方面，暖通空調系統每年的用電量在我國總用電量中所占比重不容忽視，是國家能源供需矛盾產生的主要原因。建筑暖通設計融入了節能和新型設計理念，可以減少能源消耗，實現節能發展。因此，可以通過對暖通空調系統進行節能化設計增強對能源使用量的有效控制。

3 國內建筑暖通空調系統節能設計中存在的問題

3.1 設計管理方面的問題

建筑在建設過程中，投資者通常會追求利益最大化，暖通空調的設計人員也會首先考慮投資成本，盡可能選擇能效較低的暖通空調系統，導致后續使用中能耗較高。另外，要實現節能設計，需要綜合考慮初投資、運行費用、維護費用等方面，不斷地優化和完善才能獲得較為滿意的方案，但總體來說周期較長。而投資者在建設中縮減成本的首要措施就是縮短建設周期，這樣留給設計人員更新和完善設計方案的時間也是有限的，所以，最終的結果可能是沒有得到全面優化和完善的設計方案。

3.2 設計方案中的問題

建筑暖通空調節能設計方案是實現建筑節能的基礎，所以，暖通空調目前存在耗能嚴重的原因之一是設計方案不合理。耗能較高的建筑暖通空調設計方案通常沒有綜合考慮建筑本身實際情況、環境條件、節能理念以及資源情況等方面，因此，形成了不合理的設計方案。一方面冷熱負荷是建筑暖通設計中需要重點考量的數據，在設計中往往需要通過衡量設備的冷熱負荷能力來確定設備系統的應用水平；另一方面，還需考慮暖通空調控制系統的選擇。暖通空調控制系統主要由制冷機房的群控、新風機組監控、空調機組的監控和變風量系統監控系統組成，在設計過程中要同時考慮控制系統的智能化和節能兩方面。若設計人員忽視其中某個方面，會導致暖通空調系統整體運行能耗增加，這就要求設計人員在開展設計工作時要有全局觀，充分考慮每個細節問題。

4 新型節能設計理念

4.1 協調設計理念

節能設計時，要綜合考慮暖通空調系統的各個方面，即設計人員要具備協調設計的理念。因為暖通空調系統包括通風、供暖、空氣調節等多個系統，在節能設計時，要從各系統的角度出發，以實用性和節能性為前提對其開展節能分析，最終回歸到暖通空調系統的整體設計，對其進行全面分析。

4.2 可循環設計理念

可循環設計理念是在可持續發展觀念的基礎上提出的，從建筑暖通空調系統的角度來說，是指提高可再生資源的利用率。目前，我國大部分地區取暖設備使用頻率較高，也消耗了大量的能源，要從根本上改善我國能源損耗的問題，需要樹立可循環設計的理念，在節能設計中充分考慮可再生資源的充分利用。如在建筑暖通設計中運用太陽能技術，利用有關技術將太陽能轉化為機械能，促使機械發生轉動；還可以利用太陽能直接驅動吸收劑，從而達到制冷效果。

5 新型節能設計理念在建筑暖通設計中的應用

5.1 運用新型節能設計理念優化暖通空調系統設計

將新型節能設計理念融入暖通空調系統設計中，需要對設計人員開展系統的培訓，針對新型節能設計理念展開全面的培訓，保證節能設計理念深入每一位設計人員的意識，在設計過程中，使設計人員從實際性、節能型、經濟實用型以及環保性等方面綜合制訂建筑暖通空調系統的設計方案[3]。

5.2 運用新型節能設計理念優化蓄冷以及變頻系統

在建筑工程暖通空調系統中，蓄冷設計以及變頻系統設計是較為重要的內容，也是使用頻率最高的兩個功能。在蓄冷以及變頻系統中融入新型節能設計理念是開展節能設計的關鍵。

1）蓄冷設計。其原理是在用電低谷的時間段開展制冷工作，將產生的冰或冷氣儲存在蓄冷設備中，在用電高峰時將儲存的冰及冷氣釋放，以達到制冷效果，同時又減輕了用電壓力，可以實現節能環保的目標。蓄冷設計重點需要考慮制冷設備的智能性及蓄冷效果。要保證暖通系統能夠智能識別用電量，并且無須人工操作，自動進行蓄冷，還要選用蓄冷效果好的蓄冷材料運用于蓄冷設備中。

2）變頻系統節能設計。變頻系統節能設計主要是通過水泵和風機對室內溫度進行調配，使室內溫度保持均衡。當室外太陽輻射較強或者溫度較高時，室內外的溫差較大，通過降低水泵頻率和風機轉速的方式可以有效減少能量的輸出，以此達到室內溫度的均衡，并實現節能的目的。在實際項目中，變頻系統的使用確實可以緩解能源損耗嚴重的問題，也可以節省使用成本。

5.3 運用新型節能設計理念改進能量管理模塊

建筑暖通空調的工作過程實質上是完成各類能量的運輸及轉換。將新型節能設計理念運用到能量管理中，可以有效降低在建筑暖通空調的能量損耗，當能量消耗值達到某設定范圍后，能量管理模塊可以自動調節開關或控制設備，減少資源消耗，降低使用成本。對其進行優化設計，可以從以下幾方面入手：

1）優化啟動和停止模塊。要先對設備設置臨界溫度，當設備的實際溫度超過設定溫度時，通過計算暖通空調系統中各設備的最優啟停時間自動啟停。

2）負載循環。主要以一定的時間周期為準關停設備來降低能量消耗的方式。

3）能量管理與統計模塊。首先計算之前的電量和能量消耗成本，并且以這些數據為基礎形成圖標，以日、月、年為單位進行分析。

5.4 在建筑暖通設計中運用可再生能源

在暖通空調系統中融入新型節能理念，需要將節能理念貫徹到整體設計中。除設計方案、節能理念等方面，還可以從使用能源的種類方面進行創新。目前已知的綠色能源包括地源熱泵技術、風冷熱泵技術等。

1）地源熱泵技術是以巖土體、底層土壤、地下水或者地表水為低溫熱源，將水地源熱泵機組、地熱能交換系統和建筑物內系統進行組合的空調系統。

2）風冷熱泵技術是給予壓縮式制冷循環將冷媒作為載體，在風機強制換熱時，從大氣吸取或者排放熱量。如果能對這些新能源進行合理的利用，可以有效實現能源節約。比如，利用地源熱泵技術，在建筑暖通設計中融入土一氣型技術，從地下水中取熱及排熱，在熱泵機組的幫助下轉換為熱水或者冷水，再將這些熱水及冷水傳輸到每個房間的風機盤道，以此達到供熱的目的。

6 結語

在我國碳達峰和碳中和目標的背景下，國家對于新型節能設計理念也愈發重視，新型節能設計理念即實現低碳、協調及可循環的設計理念。為了順應我國雙碳目標的實現，同時面對國內能源供需、經濟快速發展與環境之間的種種壓力，將新型節能設計理念應用于實際工作中迫在眉睫。在此過程中需要注意的是，新型節能設計理念在建筑暖通設計中的應用需要因地制宜，根據當地實際情況不斷更改節能設計的思路，不同的建筑有不同的使用功能，暖通系統的節能設計也需要及時變通，不能將節能理念生搬硬套于所有建筑中。