建筑節能中暖通空調節能系統的應用和技術優化措施

文／范雪晶、劉瀟、賀澤群、王薇薇 山東省輕工業設計院有限公司 山東濟南 250014

引言：

隨著全球能源危機的加劇和環保意識的提高，建筑節能已逐漸成為國內外關注的焦點。暖通空調系統作為建筑能耗的主要部分，其節能技術的研究與應用對降低建筑能耗、實現綠色可持續發展具有重要意義[1]。

1.暖通空調節能系統的作用

暖通空調節能系統在建筑節能中具有非常重要的作用。首先，暖通空調的能源消耗是建筑物總能耗的重要組成部分，通過采用節能技術可以有效降低暖通空調的能源消耗，減少能源浪費，降低對環境的影響。其次，暖通空調系統的運行效率直接影響著建筑物的舒適度和人體熱舒適。采用節能技術可以提高暖通空調的運行效率，使其更加高效地運作，不僅可以減少能源的消耗，還可以提高建筑物內部的舒適度，提高暖通空調的使用效果。此外，暖通空調系統的能源消耗直接影響到建筑物的運行成本。采用節能技術可以降低暖通空調的運行成本，節約能源支出，降低建筑物的運行成本。同時，通過注重節能，也可以提高人們的環境保護意識，減少對環境的污染。另外，節能環保已經成為了重要政策之一，采用節能技術可以符合政策的要求，促進建筑行業的可持續發展。最后，暖通空調節能系統還可以通過采用新能源和新技術等手段，如太陽能供暖與制冷等，進一步提高節能效果，實現建筑物的綠色節能。

2.建筑節能中暖通空調節能系統面臨的問題

2.1 設計和操作問題

暖通空調系統的設計及施工管理是影響系統能耗的重要因素。如果設計不到位或者相關的設計人員不重視該設計需求，會在系統運行時，能耗會逐漸上升。另一方面，在實際工作過程中，如果暖通空調系統的操作管理人員不具備足夠的專業知識和技能，無法根據實際需求進行科學合理的調節，也會導致能源的浪費。

2.2 節能設計方案問題

雖然現在的節能技術和設計方案越來越多樣化，但是如果選擇不當，仍然會導致能源的浪費。例如，有的設計方案為了節約投資或怕麻煩，對于大量的回風余熱沒有有組織的加以利用，或者沒有給甲方說明短期投資較大和長期運行節能的關系，這些都會影響到暖通空調系統的節能效果。

2.3 運行管理問題

暖通空調系統的運行管理也是影響能耗的一個重要因素。在實際運行中，一些單位可能存在管理人員培訓不到位、操作人員操作水平低下等問題，這些都會導致暖通空調系統不能滿足經濟發展需求。另外，缺乏科學的評價標準，在執行工作時，往往會因為設計不符合需求，而無法開展工作，最終的設計質量也得不到保障。

2.4 設備和標準問題

暖通空調系統的設備和標準也是影響節能效果的重要因素。當前市場上暖通設備的種類繁多，不同的設備有不同的性能和能效比，如果選擇不當，會造成能源的浪費。同時，我國的建筑節能標準和規范還不完善，存在一些漏洞和不足，這也給了一些不法分子可乘之機，為了降低成本，使用低效的設備和材料，這也會影響到暖通空調系統的節能效果。

3.暖通空調系統的節能技術應用

3.1 變頻技術

變頻技術是暖通空調系統中一種應用廣泛且效果顯著的節能技術。在空調系統中加入變頻器，可以根據室內負荷的變化自動調節壓縮機或水泵的流量和轉速，以滿足負荷變化的需求。這一技術的應用，不僅可以提高系統的穩定性，還可以顯著降低系統的能耗。變頻器是一種電子控制裝置，能夠根據系統負荷的變化自動調整壓縮機的轉速，從而改變制冷劑的流量和壓力。通過這種方式，變頻技術可以有效地平衡系統的負荷，避免壓縮機在滿負荷或超負荷的情況下運行，從而減少了能源的浪費。具體來說，當室內負荷減少時，變頻器會自動降低壓縮機的轉速，減小制冷劑的流量，從而降低系統的能耗。相反，當室內負荷增加時，變頻器會提高壓縮機的轉速，增加制冷劑的流量，以滿足負荷增加的需求。這種自動調節不僅可以保證系統的穩定性，還可以避免壓縮機長時間運行在滿負荷或超負荷的狀態下，延長了設備的使用壽命。據統計，采用變頻技術可以使暖通空調系統的能耗降低約20%-50%。這一數據是根據實際應用情況和對比實驗得出的。通過對比實驗可以發現，未采用變頻技術的空調系統在相同條件下，其能耗要比采用變頻技術的空調系統高出很多。

3.2 熱泵技術

熱泵技術是一種高效的能源利用技術，利用自然能源為建筑物提供供暖或空調服務。該技術的原理是通過消耗少量電能，將低位熱源（如地熱、水源、空氣等）轉化為高位熱源，從而滿足人們對冷暖的需求。熱泵技術的主要應用方式包括地源熱泵、水源熱泵和空氣源熱泵等。地源熱泵利用地球內部的穩定地熱能作為低位熱源，通過熱泵系統將地熱能轉化為高位熱源，為建筑物供暖或空調。水源熱泵則是利用水源中的熱能作為低位熱源，通過熱泵系統將其轉化為高位熱源，為建筑物供暖或空調。空氣源熱泵則是利用空氣中的熱能作為低位熱源，通過熱泵系統將其轉化為高位熱源，為建筑物供暖或空調。熱泵技術的優點在于其能夠大大降低對傳統能源的依賴，具有較高的能源利用效率和環保性能。與傳統空調系統相比，熱泵技術的能源利用效率通常能夠達到400%以上，遠高于傳統空調系統的能源利用效率。同時，熱泵技術的使用還可以減少對環境的污染，是一種綠色環保的能源利用方式。熱泵系統的設計和安裝需要考慮到當地的氣候條件、地質狀況、水文條件等因素，以及建筑物的實際情況和需求[2]。

3.3 冷熱回收技術

冷熱回收技術是一種在暖通空調系統中廣泛應用的節能技術，其主要目的是將排風中的熱量回收再利用，以供給新風或熱水等需求。該技術的應用可以有效地降低能量的消耗，同時還可以減少對新風或熱水的需求，從而減少系統的能耗。冷熱回收技術的原理是基于熱交換的原理，通過全熱交換器或轉輪式全熱交換器等設備將排風中的熱量回收再利用。全熱交換器是一種高效的熱交換設備，它可以將排風中的顯熱和潛熱全部回收，然后將其傳遞給新風或熱水等介質。轉輪式全熱交換器則是一種基于轉輪轉動來完成的熱交換設備，它可以將排風和新風分別引導至轉輪的兩側，通過轉輪的轉動將排風中的熱量傳遞給新風。冷熱回收技術的優點在于其可以有效地降低能量的消耗，同時還可以減少對新風或熱水的需求，從而減少系統的能耗。此外，該技術的應用還可以提高系統的穩定性，延長設備的使用壽命，減少維護和更換設備的成本。冷熱回收技術的形式除了全熱交換器和轉輪式全熱交換器之外，還包括其他一些形式如板式換熱器等。

3.4 智能控制技術

智能控制技術是利用計算機、傳感器、控制器等設備對空調系統進行智能化控制，以滿足人們對舒適度和節能的需求。該技術的應用可以提高空調系統的運行效率，減少不必要的能耗。智能控制技術的基本原理是利用計算機、傳感器、控制器等設備，對空調系統的運行狀態進行實時監測和調控。首先，傳感器會實時監測室內溫度、濕度、空氣質量等參數，并將這些參數傳輸給計算機。計算機根據預設的舒適度指標以及實時的室內外環境參數，自動調整空調系統的運行狀態，包括制冷量、制熱量、送風量等，以實現舒適的室內環境并降低能耗。智能控制技術的應用可以顯著提高空調系統的運行效率，減少不必要的能耗。例如，當室內溫度過高或過低時，智能控制系統可以自動調節空調的運行狀態，使室內溫度快速恢復到舒適范圍內。

4.暖通空調系統的優化措施

4.1 優化系統設計

暖通空調系統的設計對能耗的影響不容忽視。一個優秀的暖通空調系統設計可以顯著降低能耗，同時提高系統的運行效率和穩定性。首先，室內溫度和濕度的控制是暖通空調系統設計的重點。為了滿足人體舒適度需求，室內溫度通常保持在22-26℃左右，濕度在40%-60%的范圍內。在滿足舒適度要求的同時，這樣可以使系統避免不必要的能耗。其次，氣流組織的合理設計對暖通空調系統的性能和能耗有著重要影響。氣流組織的控制包括冷熱空氣的混合、分配和流動。這些因素會直接影響到系統的加熱和冷卻效率，進而影響到整個系統的能耗。自控調節技術的運用可以大大提高暖通空調系統的能源利用效率。這種技術利用傳感器對室內溫度和濕度進行實時監測，并根據預設的舒適度指標自動調整系統的運行狀態，包括制冷量、制熱量、送風量等。

4.2 提高系統運行效率

暖通空調系統的運行效率對其能耗有著重要影響。為了提高系統的運行效率，除了選擇高效節能的設備和合理設計系統外，還應該加強設備的維護和保養、定期檢查設備的運行狀態和性能指標、優化系統運行時間、優化系統工作模式、合理利用新風等多種措施。首先，暖通空調系統中的設備需要定期進行維護和保養，這樣可以保持設備的良好狀態，提高設備的運行效率，從而降低系統的能耗。其次，設備的運行狀態和性能指標需要定期進行檢查，以便及時發現和修復問題，避免能耗浪費。系統的運行時間也需要根據季節和室內外環境的變化進行優化。例如在溫度較高的夏天，可以延長空調系統的關機時間；而在溫度較低的冬天，則可以縮短關機時間。系統的工作模式也需要根據室內外環境的變化進行優化。例如在室內溫度較高時，可以采用送風模式降低能耗；而在室內溫度較低時，則可以切換到地暖模式提高熱效率。最后，新風的使用也需要合理安排。在室內外溫度較高時，可以利用新風降低系統能耗；而在溫度較低時，則需要適當減少新風的引入量以避免能耗浪費[3]。

4.3 增加能量回收裝置

能量回收裝置在暖通空調系統中的重要性不容忽視。這些裝置能夠將排風中的能量回收再利用，從而提高整個系統的能源利用效率。在暖通空調系統中增加能量回收裝置，可以有效地降低系統的能耗，同時減少對新風或熱水的需求。能量回收裝置的主要形式包括全熱交換器、顯熱交換器和轉輪式全熱交換器等。這些裝置的共同點是它們都可以將排風中的能量回收，并將其轉換為可以利用的能源。全熱交換器是一種高效的能量回收裝置，它可以將排風中的顯熱和潛熱全部回收。全熱交換器的核心部件是熱交換芯，它由兩種不同的材料組成，一種是高導熱性能的金屬，另一種是低導熱性能的絕熱材料。當排風通過熱交換芯時，熱量從高導熱材料傳導到低導熱材料中，從而實現能量的回收。顯熱交換器則只能回收排風中的顯熱，也就是溫度能。它的核心部件是一個金屬散熱器，當排風通過散熱器時，熱量從排風傳遞到散熱器中，再由散熱器傳遞到新風，從而實現能量的回收。轉輪式全熱交換器則可以回收排風中的顯熱和潛熱。它的核心部件是一個旋轉的轉輪，轉輪的兩側分別與排風和新風接觸。當轉輪旋轉時，排風中的熱量被吸收并傳遞到新風中，從而實現能量的回收。能量回收裝置在暖通空調系統中具有重要的作用。這些裝置可以有效地降低系統的能耗，同時減少對新風或熱水的需求。而選擇哪種形式的能量回收裝置，則需要根據具體的系統需求和應用場景來確定。

4.4 采用可再生能源

可再生能源在暖通空調系統中的應用可以顯著降低對傳統能源的依賴，減少能源浪費和環境污染。利用太陽能集熱器將太陽能轉化為熱能，用于供熱或發電，可以減少對傳統化石燃料的依賴。同時，太陽能電池板可將太陽能直接轉化為電能，為暖通空調系統的運行提供電力。地源熱泵技術是一種利用地球表面淺層地熱資源進行供熱和制冷的系統。通過在地下埋設管道，將冷熱源輸送到地源熱泵機組，再通過地源熱泵機組向建筑物提供冷熱源。地源熱泵技術的使用可以顯著降低對傳統能源的需求，同時減少對環境的影響。生物質能源是一種利用有機廢棄物進行供熱和發電的能源。生物質能源的使用可以減少對傳統化石燃料的依賴，同時減少對環境的影響。在暖通空調系統中，可以利用生物質能源為系統提供熱源或電力。風能是一種可再生的清潔能源.在暖通空調系統中，可以利用風能驅動空氣處理機組進行供冷或供熱。同時，風能還可以轉化為電能，為暖通空調系統的運行提供電力。水能是一種利用水力資源的可再生能源.在暖通空調系統中，可以利用水力資源驅動泵、風機等設備進行供冷或供熱。此外，還可以利用水力發電為暖通空調系統的運行提供電力。積極推廣可再生能源在暖通空調系統中的應用,能夠實現減少傳統能源消耗,降低環境污染的目的,并提高系統的運行效率與穩定性,為綠色建筑及可持續發展貢獻力量[4]。

4.5 提高人員素質

要實現暖通空調系統的節能目標，提高操作和管理人員的素質是非常重要的一方面。只有具備了專業的知識和技能，操作和管理人員才能更好地調節系統的運行，處理可能出現的故障，并采取針對性的節能措施。首先，組織專業培訓課程或培訓班，為操作和管理人員提供全面系統的專業知識、技能和經驗。這有助于更好地了解和掌握暖通空調系統的基本原理、運行調節和故障處理等方面的知識。在實際工作中，這將使系統的運行更加穩定、可靠，同時也能減少因操作不當或故障處理不及時而產生的能耗。其次，推廣節能知識和技術也是必不可少的。通過宣傳、培訓和案例分析等方式，可以使操作和管理人員更加深入地了解節能的重要性和實際操作方法。這能夠在工作中自覺采取節能措施，有效降低暖通空調系統的能耗，從而實現節能目標。同時，建立評估機制也是提高人員素質的有效途徑之一。定期對操作和管理人員的專業技能和工作表現進行評估和考核，不斷提高自己的專業水平，避免產生工作懈怠的情緒。通過評估，還可以檢查培訓效果以及節能目標的實現情況，為后續工作提供參考和依據。最后，加強溝通和合作也是實現節能目標的關鍵。操作和管理人員需要與其他專業人員緊密合作，共同解決暖通空調系統中可能遇到的問題。通過溝通和交流，可以共同提高系統的運行效率，并實現節能目標[5]。

4.6 運行方式的優化

將節能技術應用于暖通空調系統是實現綠色建筑和可持續發展的重要方向之一。在保證系統正常運轉的同時，根據風速、環境、空氣濕度等關鍵因素進行合理配置，能夠最大程度地降低能源消耗。在暖通空調系統中，風速是一個重要的影響因素。通過對風速進行合理的調節和控制，可以優化系統的制冷和制熱效果，減少能源的浪費。例如，在夏季空氣濕度較大時，可以利用暖通節能技術實現空氣的對流，增強室內空氣的流動性和換氣效果，從而提高制冷效率，減少能源消耗。另外，環境因素對暖通空調系統的運行也有著重要影響。例如，在冬季空氣干燥時，由于熱損失較大，可以采取增大系統的熱輻射等措施來減少能源消耗。通過合理的配置和調節，可以在保證舒適度的情況下，最大程度地實現節能目標。此外，從有關試驗研究的結果來看，暖通空調系統在熱容量上具有很大的提高空間。在不增加能耗的情況下，通過調節溫度可以更加明顯地實現節能作用。例如，在過渡季節或室內溫度較低的情況下，可以利用暖通設備的余熱來提高室內溫度，減少能源消耗。將節能技術應用于暖通空調系統并保證其正常運轉，需要根據多種因素進行合理的配置和調節。通過優化風速、環境、空氣濕度等因素，以及合理利用系統的熱容量和調節溫度等措施，可以最大程度地降低能源消耗，提高系統的制冷和制熱效果。這些措施的實現需要綜合考慮多種因素并采取相應的技術和管理措施，為綠色建筑和可持續發展做出積極貢獻。

結語：

建筑節能中暖通空調節能系統的應用和技術優化措施是當前節能減排的重要任務之一。在暖通空調系統中應用節能技術并采取優化措施可以提高系統的能效比和能源利用效率，降低能源消耗和環境污染。本文介紹了變頻技術、熱泵技術、冷熱回收技術等節能技術的應用和智能控制技術等優化措施的應用，這些技術的應用對于實現建筑節能目標具有重要的意義。同時還應加強人員素質的提高和系統運行的優化管理等方面的努力，為建筑節能事業的發展做出積極的貢獻。