建筑暖通空調的節能及優化處理研究

張劉瑞

（深圳市艾特網能技術有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

經濟的發展，社會的進步促進了我國綜合國力的增強，也促進了建筑工程的建設，暖通是建筑工程中的重要組成部分，暖通系統在現代生活中，甚至工作環境中都很受歡迎，能改善環境質量，滿足現代人的需求。暖通空調系統產生的能耗在建筑能耗總量中占有很大比例，因此推進暖通空調系統的節能優化設計顯得尤為重要，這也是實現可持續發展、落實節能減排的必然選擇。

1 綠色節能暖通空調技術應用的基本原則

暖通空調系統可以對建筑的采暖、通風、空氣調節等方面進行控制，為人們提供舒適的居住環境，保證良好的室內空氣品質。暖通空調系統的主要原理是通過對空氣進行過濾、冷卻、除濕等處理，在空氣滿足要求后將其送入空調房間，抵消掉房間內的余熱、余濕，使房間內的溫度和濕度滿足設計要求。在綠色節能暖通空調技術應用過程中，應當遵循一定的基本原則，主要包括以下內容：①要降低能源消耗率，避免能源浪費。目前暖通空調系統運行相關的能源消耗總量仍然呈現上升狀態，需要對其進行有效的把控，否則，將會造成大量的能源消耗，不符合現代建筑發展的需求。在此基礎上，設計暖通空調系統的時候，應當遵循節能原則，將節能理念貫徹落實于整個材料管理環節中，包括并不限于材料采購、材料運輸、施工及運行階段等。②要重視對周圍環境的保護。在安裝暖通空調設備的時候，應當轉變傳統的設計模式，堅持環保理念，以降低污染物的排放量，消除對建筑周圍環境的破壞和污染。③要遵循回收利用原則。指的是在暖通空調運行過程中，會有廢氣、廢物排出，需要對其進行有效的處理，并且需要有效回收可再利用能源，從而降低能源消耗。

2 建筑暖通空調的節能及優化處理措施

2.1 加大可再生能源的利用率

建筑暖通空調的節能及優化處理措施之一是加大可再生能源的利用率。

（1）太陽能。通過太陽能集裝置來收集太陽能，從而滿足人們對熱水的所需。同時，太陽能也能將低溫熱水輻射轉為采暖系統中的熱媒因素，進而在冬季時滿足采暖需求。此外，可以結合光伏元件與建筑圍護結構，充分利用太陽能效應，實現光伏建筑一體化，確保人們日常生活中電量的使用，以緩解城市內電網的壓力，做到節約能源。從通風層面來看，在室內也可以設計太陽能煙囪，利用太陽輻射所造成的溫差，使得自然通風的熱壓隨之增加，強化自然通風。

（2）地熱能。地熱能就是利用地源熱泵系統，將土壤及地下低位地熱能轉化為高位能。在冬天從中提取地熱能來實現供暖；在夏季將室內的熱量釋放到地下，降低室內的溫度。地源熱泵系統還能聯合太陽能實現供冷供暖功能，不僅對土壤溫度的變化有所幫助，而且有利于克服因天氣變化影響太陽能系統能效不足的情況，提高室內負荷的高標準水平。

（3）風能。我國資源面積廣闊，氣候條件也有非常大的差異。特別是北方，有著豐富的風能資源，所以可以將自然的風能資源直接用于城市樓群風。同時，結合風力發電設備為建筑物提供日常的用電需求。像歐美等發達國家在風能的利用上以嘗試采用風力制熱的技術，將風能直接或間接轉化為熱能，用于家庭熱能需求。然而，風能在我國受到地區和季節的影響較大，很難進行大規模的使用和控制[1]。

2.2 冷源系統節能

建筑暖通空調的節能及優化處理措施之二是冷源系統節能。建筑暖通空調系統普遍存在運行工況偏離設計工況的問題。在設計階段，由于建筑圍護結構數據不詳盡、業態不確定、室外參數選擇不合理等原因，導致空調負荷計算不準確；在設計負荷確定后，冷源配置與水系統設計不合理也會造成運行能耗偏大；建筑運營過程中，由于業態變更或功能變化導致空調負荷變化等[2]。此外，建筑暖通空調系統經長時間使用后設備存在一定程度的損耗，且由于維護不足等原因造成設備運行效率逐年下降，從而造成建筑空調系統能耗增加。基于以上原因，建筑空調系統存在很大的系統調適和節能改造需求。空調系統調適與改造主要包括降低需求側負荷和提升供給側能效兩方面。對于需求側，可通過提升圍護結構保溫、密閉和透光特性以及規范人行為等手段降低冷負荷；對于供給側，主要調適和改造對象包括冷水機組、冷凍/冷卻水泵、管路、冷卻塔及末端空調系統等。在這些方面已有大量成功改造案例。某辦公樓采用空氣源熱泵替換已超出使用年限的空氣源冷水機組與鍋爐，經節能改造后空調系統年均運行費用降低38.2%。提高系統智能化水平，如對已有建筑進行智能化管理，對空調系統各設備的實時運行情況進行監控，可有效提高能源利用效率。

2.3 空調輸送系統的能耗控制

建筑暖通空調的節能及優化處理措施之三是空調輸送系統的能耗控制。在超高層空調系統中，水泵及空氣處理機等輸送設備所占的能耗達到了40%左右，因此，采用變水量及變風量技術，對降低空調系統能耗的潛力很大。例如：在空調負荷較低的情況下，利用變水量及變風量技術使空調系統的輸送能耗降低30%，則空調系統總體能耗將降低12%左右。在超高層建筑空調系統設計過程中，合理選用設備、適當采用節能措施，可以有效提高空調系統的效率，降低其能耗。同時，由于超高層建筑的避難層層高較高，超高層建筑空調末端大多采用全空氣系統，且室內空間需要設置機械排煙系統，其送風、回風、排煙等管道占據高度空間較大，加之超高層建筑層數較多，如何結合建筑自身特點，減少管線占用高度，值得認真考慮。①可以通過合理選擇空調設備、適當采用節能措施，對空調系統進行優化設計，可以達到提高系統效率、降低運行能耗的效果。②可以結合建筑自身特點，對設備管線進行合理布置，可以較大幅度地節約建設成本，最終實現節能減排的目標。

2.4 暖通空調檢測節能技術

建筑暖通空調的節能及優化處理措施之四是暖通空調檢測節能技術。暖通空調作為現代生活中常見的一種系統化設備，以其復雜的系統、龐大的體積而聞名。但是，暖通空調作為現代化建筑中必不可少的裝備，其自動故障頻發始終是被飽受詬病的一個主要原因。因此，暖通空調使用者和維修保養方都應當切實提升對于暖通空調自動故障的檢測分析重視程度，一方面，可以為暖通空調的使用者節省大量的物力財力；另一方面，可以相應國家節能減排的號召，落實暖通空調的自動故障率低、事故發生概率小的目的。隨著信息技術的高速發展，信息化技術在暖通空調中的應用同樣提升了暖通空調自動故障的檢測效率。暖通空調使用方和維修方可以利用信息集成的方法，把暖通空調檢測、監控數據統一構建成一個高效的網絡檢測分析平臺，以達到實時高效檢測預防暖通空調自動故障的發生。

2.4.1 明確暖通空調自動故障檢測、診斷的步驟

傳統模式下的暖通空調自動檢測診斷步驟為：硬件修復、故障分析、軟件修復，以及相對應的自動故障檢測、故障識別、故障評價、解決故障方案的執行4個步驟[3]。因而明確暖通空調的自動故障檢測和診斷的步驟，有助于暖通空調的檢測和診斷更加科學高效。比如，暖通空調的使用方或維保方根據自動故障檢修步驟，逐步診斷暖通空調的故障發生原因，根據檢測步驟來逐項分析自動故障發生的環節，以及在哪個環節的解決難度較大。因此，制度化的自動故障檢測診斷機制，有助于提升使用人員和維保人員的檢測診斷效率。同時，有助于構建信息化自動故障檢測、診斷機制，根據暖通空調的異常行為的分析，來診斷相應的故障發生原因。

2.4.2 針對暖通空調自動故障實施間接檢測法

間接檢測方法是相對直接檢測方法而言的，如果暖通空調自動故障根據直接檢測方法無法診斷和檢測，則需要根據間接的檢測方法來進行判斷。比如，各級吸、排氣壓力不符事規定值，冷凝水（或風冷鼓風機）壓力和溫度不符合規定值，潤滑油壓力、溫度和油箱液位不符合規定值，壓縮機電機過載等原因。間接檢測是針對暖通空調的結構進行建模處理，把其構成的幾大模塊分別制定不同的檢測反應模塊，針對現代化節能型的暖通空調實施標準化的模型系統，施以具有針對性的預測判斷方式，將實際輸出參數與預測判斷參數進行比較，通過比較把不同的數據分別輸入分類器中，以此分析自動故障的產生原因。其中主要包括“神經網絡法”“葉貝斯分類法”“故障樹”等實施方法。

2.5 冷熱能回收

建筑暖通空調的節能及優化處理措施之五是冷熱能回收。暖通空調系統的冷熱能回收在空調節能系統中是最重要的一個環節。當空調正常運轉時，可以回收空調排放的余熱，從而改善空調耗能高的問題，將建筑工程中的廢物排放控制在有限范圍內，從而提升暖通空調的能源利用效率。全熱回收與顯熱回收在余熱排風回收工作中具有重要的作用，運用板翹式、轉輪式的回收設備降低空調系統的耗能情況，并充分利用空調運行過程中的余熱，提高暖通空調的排風效果，并對其進行預冷或預熱。例如，在針對暖通空調的節能設計中，可采用熱回收式新風機組的方式節約能源。在此技術的應用下，能夠回收室內工況下的恒溫恒濕空氣，并將回收的空氣與新風進行混合再輸送到室內，達到能源回收再利用的目的，實現能源的節約。在冷熱能回收過程中，智能電氣技術也發揮著重要的作用，可以通過利用這兩項技術控制空調系統中的余熱實施，并結合使用情況進行回收，以此提高排放效果。

2.6 變頻技術實施

建筑暖通空調的節能及優化處理措施之六是變頻技術實施。變頻技術可以提高暖通空調運行中的實際負荷與空氣調節需求的契合度，即讓暖通空調在一定時間內的能源消耗不再是固定的，而是隨著空氣和溫度狀況的變化而調整，這就是所謂的變頻。其技術應用實質是，通過對空調系統的合理優化來有效降低能源消耗，達到節能減排效果。在常規情況下，暖通空調運行的功率是被設計好的，即其運行是有預定的額定功率的。這就把環境的變化排除在考慮范圍了，將可能造成不必要的能源消耗和浪費[4]。例如，在實際的空氣調節中，空調系統負荷持續較低，其依然按照額定大功率運行，就勢必會浪費一定量的能源。而此時，變頻技術就有了用武之地。變頻技術的應用能夠實現合理的空調設備輸出功率調控，從而使空調功率能夠根據需求的變化而變化，從而有效節約能源。當暖通空調系統加入了變頻技術，系統就能夠靈活根據負荷的實際情況來合理地調節風流量和水流量，突出自動化調控的優勢。其中，風流量的調節是依托于空調中的末端裝置運行來實現的，主要是對室內負荷進行補償。基于科學設計，在相關調節過程中，暖通空調的送風量較為適量，與室內溫度相協調，使得整體環境達到舒適狀態。水流量的調節是依靠把控水流量來調節溫度的，其原理與風流量調節相似。這兩種調節方式都是對以往的定量系統運行的突破，能夠顯著節約能源，也能夠在一定程度上減少暖通空調的運行成本。

2.7 強化能耗傳輸設計

建筑暖通空調的節能及優化處理措施之七是強化能耗傳輸設計。針對建筑暖通空調節能優化處理，必須重視每個環節的能耗，立足具體設計與實際運行情況，構建一個整體性的空調節能體系。冷熱媒介傳輸系統是暖通空調系統中必不可少的組成部分，系統形式和熱能傳輸方式等都會影響整個空調系統的節能效果，因此設計人員必須加強對熱媒介傳輸系統的優化設計。比如，建議直埋熱水管道選用合適的保溫材料對熱水管道進行保溫，減少熱能傳輸時的損失；另外，還需借助計算機技術對整個建筑暖通空調系統的供暖情況進行全方位的測試，合理應用平衡閥與智能管網等手段對管網流量進行優化配置，并強化管理對策，進而切實提高系統的運行效率，獲得更加理想的節能效果。針對空調系統的節能優化，要注重對動力傳輸系統的合理應用，最好選用具備良好負荷性質、較高運行效率的動力系統，以此提高傳輸效率，建立一個良好的暖通空調運行系統。

3 結語

在建筑中應用綠色節能暖通空調技術，十分有必要，其不僅能夠滿足人們的使用需求，又能夠有效推動建筑設計水平的提升，為人們營造舒適而健康的室內環境。應當根據建筑的實際情況，選擇適宜的暖通空調技術應用形式，以起到良好的保溫保暖、供冷效果。