新型節(jié)能設(shè)計(jì)理念在暖通設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

徐大花

（嘉峪關(guān)市建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,嘉峪關(guān) 735100）

1 前言

大型公共建筑的節(jié)能具有重要性和必要性，對(duì)于節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的作用都十分巨大。由于設(shè)計(jì)形式不同，每個(gè)建筑也會(huì)采用不同的空調(diào)設(shè)備，因而能耗存在較大差異，但也從側(cè)面反映出這些建筑在空調(diào)系統(tǒng)方面巨大的節(jié)能潛力，這就需要在設(shè)計(jì)時(shí)，比較各種方案，做出最優(yōu)選擇。如果在設(shè)計(jì)的初期就可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真模擬，全方位的評(píng)估各種設(shè)備的能耗量，對(duì)于大型公共建筑的設(shè)計(jì)就會(huì)起到錦上添花的作用，目前這已經(jīng)成為改善大型公共建筑的重要法寶。

2 大型公共建筑空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)

比較大的公共使用建筑通常是把住所、辦公場所、商場、娛樂等多種功能的設(shè)施進(jìn)行集中，功能相對(duì)復(fù)雜一些。像是擁有多項(xiàng)能力的建筑，對(duì)建筑的每一個(gè)特有的作用以及特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)建筑中的某些功能經(jīng)常出現(xiàn)高負(fù)荷的情況，特別是對(duì)于能量消耗較多的空調(diào)系統(tǒng)而言，將節(jié)約能源的觀念進(jìn)行推廣是非常重要的。當(dāng)前，國內(nèi)對(duì)于節(jié)能技術(shù)的使用，大都體現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)的使用中，在公共建筑中運(yùn)用的比較少。

2.1 準(zhǔn)確計(jì)算冷熱負(fù)荷及選擇恰當(dāng)?shù)睦錈嵩?/h3>

在空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行的過程中，冷（熱）負(fù)荷是最基礎(chǔ)的標(biāo)志。將冷（熱）負(fù)荷進(jìn)行減少將會(huì)對(duì)制冷機(jī)、供熱鍋爐、冷熱水循環(huán)泵、風(fēng)機(jī)盤等設(shè)備的型號(hào)，進(jìn)而將系統(tǒng)進(jìn)行初投資的比例降低，同時(shí)降低配電功率。這是實(shí)現(xiàn)降低能耗最根本的方法。《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019.2003要求“只有在方案以及初始狀態(tài)時(shí)能夠運(yùn)用冷負(fù)荷指標(biāo)，其他時(shí)間段作業(yè)中應(yīng)該將空氣調(diào)節(jié)區(qū)進(jìn)行操作，使得冷負(fù)荷能夠被核算出來，”所以當(dāng)公共建筑進(jìn)行施工中，需要對(duì)中央空調(diào)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，需要將建筑物中的各個(gè)房間的夏季得到的熱量、冬季揮發(fā)的熱量進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算，采用逐時(shí)計(jì)算的方法。相加計(jì)算得出建筑物冷負(fù)荷數(shù)值。以此能夠求得制冷機(jī)能夠產(chǎn)生的制冷量。以此來確認(rèn)建筑物房間空調(diào)設(shè)置的方式。一般情況下進(jìn)行系統(tǒng)所需負(fù)荷計(jì)算的過程是比較復(fù)雜的，需要將諸多氣象信息、圍護(hù)結(jié)構(gòu)有關(guān)信息進(jìn)行搜集，大型的公共建筑若是使用人工對(duì)負(fù)荷進(jìn)行評(píng)估，工作量較大，但是目前的工程設(shè)計(jì)工期都是比較短的，使用人工進(jìn)行負(fù)荷核算的方式目前已經(jīng)不再適用。負(fù)荷計(jì)算軟件的產(chǎn)生，提高效率，同時(shí)也減少了進(jìn)行計(jì)算負(fù)荷的時(shí)間。

在進(jìn)行空調(diào)冷（熱）源的選取過程時(shí)，制冷主機(jī)最經(jīng)常見到的方式主要是離心式、螺桿式、活塞式等大型冷水機(jī)組。主機(jī)主要是按照最大的負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)不同的工況，他們都具有不同的曲線。在適合這條曲線的軌跡運(yùn)行時(shí)，此時(shí)的主機(jī)的工作處于最穩(wěn)定的狀態(tài)，耗能最小，并且能夠達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。

熱源大多是使用中型工業(yè)鍋爐、小型工業(yè)鍋爐、城市熱網(wǎng)。對(duì)鍋爐而言，鍋爐在作業(yè)中的工作小籠包以及產(chǎn)生的熱量成正比的關(guān)系。所以在對(duì)鍋爐陪之前，需要對(duì)建筑物夏季、冬季的負(fù)荷情況進(jìn)行詳盡了解。

空調(diào)機(jī)組在進(jìn)行配置的過程中不能簡單的將容量機(jī)組進(jìn)行組合，這樣會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不能靈活使用。機(jī)組臺(tái)數(shù)比較少，這表明單臺(tái)機(jī)組進(jìn)行制冷需要承擔(dān)的負(fù)荷比較大，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)臺(tái)數(shù)較多情況時(shí)，單個(gè)機(jī)組的容量會(huì)相應(yīng)下降，機(jī)組COP隨之下降，能耗將會(huì)變高。多機(jī)頭機(jī)組若是被不恰當(dāng)使用，將會(huì)增加出錯(cuò)點(diǎn)。所以，應(yīng)該根據(jù)全面負(fù)荷的實(shí)際情況，進(jìn)行科學(xué)合理配置。

2.2 風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算中的節(jié)能

對(duì)新風(fēng)進(jìn)行正確的處理，目前看來能夠有效的實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。在空調(diào)系統(tǒng)的環(huán)境下，人們需要保持自身的健康狀態(tài)，這就要求使用回風(fēng)時(shí)不能夠?qū)⑿嘛L(fēng)進(jìn)行無限量的減少，新風(fēng)在送風(fēng)的占比應(yīng)該大于10%。風(fēng)機(jī)風(fēng)量=風(fēng)速V×風(fēng)道截面積F的乘積。風(fēng)速V與風(fēng)道截面積F的乘積能夠進(jìn)行設(shè)置，分為總送風(fēng)量以及最小新風(fēng)量兩個(gè)調(diào)節(jié)檔。室外空氣焓值比室內(nèi)空氣焓值大時(shí)，使用最小調(diào)節(jié)檔；室外空氣焓值＜室內(nèi)空氣焓值，使用全新風(fēng)運(yùn)行，并且可以關(guān)閉冷源以及水系統(tǒng)。遮陽能夠有效的進(jìn)行節(jié)能，并且能夠改善室內(nèi)得空氣質(zhì)量。部分建筑物在冬天時(shí)依然需要進(jìn)行冷氣的提供，風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)的含義：由一個(gè)或多個(gè)風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組和冷熱源供應(yīng)系統(tǒng)組成。它使用冷卻塔的形式進(jìn)行冷氣的提供，主要原因是新風(fēng)的風(fēng)量沒有辦法增長。對(duì)風(fēng)機(jī)的節(jié)約能源的效果，通過（ATF）進(jìn)行表述。可以見下面公式：

其中Q——輸送的顯熱量(kW)；

Σp——送回風(fēng)機(jī)的輸入功率(kW)。

風(fēng)管應(yīng)該使用質(zhì)量優(yōu)等的原材料，加強(qiáng)保溫隔熱的性能，對(duì)保溫層的厚度的設(shè)置需要滿足兩點(diǎn)：一、預(yù)防結(jié)露，二、具有節(jié)約能源的功效。與此同時(shí)，還需要確保風(fēng)系統(tǒng)的緊密型，緊密型不過關(guān)的系統(tǒng)，漏風(fēng)現(xiàn)象將會(huì)造成送風(fēng)量的損失，約占5%-10%，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過合理的范圍，所以應(yīng)該選取密封性特征優(yōu)質(zhì)的設(shè)備，做好密封工作，對(duì)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)審。

2.3 水系統(tǒng)節(jié)能

空調(diào)的水系統(tǒng)一般包含冷卻水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)以及冷凝水系統(tǒng)三種。水系統(tǒng)進(jìn)行輸送配置電，在冬季供暖期間占據(jù)建筑物總用電量的20%-25%；夏季供冷期間占12%-14%，因此水系統(tǒng)在節(jié)能方面有較好的效果，并且具有重要的意義。

（1）系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)。一般條件下，使用封閉式冷卻水的系統(tǒng)。

（2）對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行平衡的計(jì)算。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該將水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重視起來，使得各個(gè)環(huán)路的水力能夠達(dá)到平衡，并且需要對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)（系數(shù)）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格檢查，使得節(jié)能設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到要求，增加水系統(tǒng)的供回的水溫差，這樣可以將水量減少，節(jié)省輸送耗能。

（3）冷卻塔的節(jié)能。在冷卻水系統(tǒng)正常作業(yè)的過程中，冷卻塔的地位是比較核心的。冷卻塔的性能在一定程度上會(huì)產(chǎn)生較大的影響，能夠作用于空調(diào)系統(tǒng)。因此冷卻塔的選取比較重要，主要是針對(duì)地區(qū)的氣候狀況等。

（4）減少系統(tǒng)中水的耗水量。在冷凍水系統(tǒng)中，冷凍水的功能是中間承載冷能源，因此在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管，使得排污閥能夠正常作業(yè)，節(jié)約水源。對(duì)于排污閥來講，水資源的浪費(fèi)是在所難免的，但是只有將水系統(tǒng)的清潔工作做到位，水資源的節(jié)約將會(huì)變得更有效果。

（5）使用變頻技術(shù)，也可以稱為變水量系統(tǒng)。變頻技術(shù)主要應(yīng)用在兩個(gè)方面：水泵以及冷水機(jī)組，但是相對(duì)于冷水機(jī)組來說，變頻技術(shù)主要在水泵上進(jìn)行使用，水泵主要依靠最大設(shè)計(jì)負(fù)荷進(jìn)行評(píng)估，大約有10%的雨量。在大多數(shù)情況下，實(shí)際負(fù)荷＜設(shè)計(jì)負(fù)荷。全年負(fù)荷承載在50%。當(dāng)系統(tǒng)處于流量固定的狀態(tài)時(shí)，在大部分的工作時(shí)間中，冷凍水以及冷卻水的溫差在1.0-3.0℃，意味著：溫差較低、流量較大的狀態(tài)下進(jìn)行工作業(yè)，這對(duì)管路系統(tǒng)來說，能源消耗將會(huì)變大，并且出現(xiàn)能源浪費(fèi)的現(xiàn)象。

3 工程概述

3.1 建筑概況

建筑工程項(xiàng)目的地點(diǎn)位于甘肅地區(qū)某市內(nèi)，整個(gè)建筑的領(lǐng)域達(dá)到26985m2，建筑的高度是99.2 m2。建筑物的概況：地上28層，一至五層是商業(yè)用房，第六層作為商業(yè)中心，7-24層是辦公用房，24-28層是商業(yè)用房。

3.2 空調(diào)系統(tǒng)類型

建筑周邊各部分的功能是不同的，因此選取不同種類：

空調(diào)系統(tǒng)：一、全空氣空調(diào)系統(tǒng)，適用范圍1-6層、24-28層，這些都是大空間的場地；二、風(fēng)機(jī)盤管加上獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，適用范圍：7-24層辦公用房。

把甘肅地區(qū)當(dāng)作范例，甘肅的夏天酷熱，太陽照射也相對(duì)十分直接，冬天的太陽照射相對(duì)少，陰冷天氣增多，為了能夠達(dá)到建筑節(jié)能的目的，需要使用相關(guān)進(jìn)行遮蔽陽光的設(shè)備。當(dāng)前，諸多公共建筑使用的是自控可以自己調(diào)節(jié)遮陽的裝置，能夠?qū)κ覂?nèi)的照度進(jìn)行分布，避免產(chǎn)生眩光的現(xiàn)象發(fā)生，控制原理是光控，能夠具有自動(dòng)識(shí)別性，通過對(duì)室外日照情況進(jìn)行識(shí)別分析，對(duì)遮陽進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。使得室內(nèi)的熱環(huán)境和光環(huán)境在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)下，這對(duì)節(jié)約一定的能源消耗具有重要作用。

為了能夠使得圍護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越規(guī)范化，《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分類，氣候不同的地區(qū)限制也不盡相同。舉例夏熱冬冷地區(qū)，可以見表1。

表1 夏熱冬冷地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)限值[2]

4 空調(diào)類型對(duì)負(fù)荷的影響及熱回收裝置節(jié)能分析

HAP中，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定義進(jìn)行了引進(jìn)，運(yùn)用在了負(fù)荷計(jì)算過程中。得出的計(jì)算結(jié)果與系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行相比，相差不大。所以，將配置熱回收裝置的系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，分析產(chǎn)生的影響。

空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行的過程中，對(duì)于空調(diào)換氣排氣造成的能量的帶走經(jīng)常會(huì)不被考慮在內(nèi)，致使能量被浪費(fèi)。若是在風(fēng)系統(tǒng)中進(jìn)行熱回收裝置的配備，對(duì)排風(fēng)的中的舊風(fēng)加以利用，產(chǎn)生一定的熱量從而節(jié)省能源，從而可以使得得到新風(fēng)需要的能量降低。機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行降低，以此來提高空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能。先使用HAP對(duì)影響進(jìn)行定量的比較，商場層中設(shè)置進(jìn)行排風(fēng)的回收的裝置，也就是使用全熱換芯體的新風(fēng)。排氣換氣設(shè)備。使得新風(fēng)、排風(fēng)能夠進(jìn)行換氣。盡可能的使得排風(fēng)的顯熱（冷）以及潛熱（冷）換置至新風(fēng)的環(huán)境中，可見圖1。

圖1 VAV系統(tǒng)節(jié)能效果示意圖

從圖中可以看出VAV的每月節(jié)能率，從上圖中可以看出，整體上夏季的VAV節(jié)能率與冬季相比是較低的，特別是在6-9月份，早晚的負(fù)荷相對(duì)依舊是比較低的，送風(fēng)量也有調(diào)節(jié)的余地。所以，VAV系統(tǒng)在節(jié)能上仍然有進(jìn)步的空間。1月份達(dá)到了63.4%，全年平均的節(jié)能率是51.2%。

空調(diào)在處于作業(yè)的工作狀態(tài)時(shí)，大多數(shù)時(shí)間是部分負(fù)荷的工作形式，占據(jù)總的運(yùn)行時(shí)間的百分之十。在全年的工作中，平均負(fù)荷率是40%，將送風(fēng)量進(jìn)行一定的改變，能夠?qū)Ψ块g的空調(diào)參數(shù)進(jìn)行維持，這是VAV的定義。但是在國內(nèi)當(dāng)前應(yīng)用出現(xiàn)兩個(gè)主要的因素不利于VAV的發(fā)展。一、進(jìn)行初始投資比例較大。因?yàn)閂AV系統(tǒng)的設(shè)備是比較多并且較依賴進(jìn)口的，這使得初始投資的費(fèi)用相對(duì)較高；二、技術(shù)層面受到制約。相對(duì)于國內(nèi)，國外的兩項(xiàng)技術(shù)之間關(guān)系密切，進(jìn)行了技術(shù)的結(jié)合較先進(jìn)，國內(nèi)當(dāng)前還處于初級(jí)發(fā)展階段，技術(shù)比較落后，所以盡管此技術(shù)進(jìn)行節(jié)能的效率比較高，但是設(shè)計(jì)人員仍然有比較多的顧慮。

5 總結(jié)

本文以暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用于公共建筑為案例進(jìn)行了研究，本文概述了公共建筑空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)研究相關(guān)背景及本文研究思路基礎(chǔ)上對(duì)建筑設(shè)計(jì)中暖通空調(diào)建筑負(fù)荷計(jì)算相關(guān)理論進(jìn)行了闡述。最后以甘肅地區(qū)某市某大型公共建筑進(jìn)行概述，對(duì)該建筑物中空調(diào)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析討論，站在冷熱負(fù)荷的角度上，得出了最常見并且最佳適用的幾種節(jié)約能源的技術(shù)。本文基于理論結(jié)合案例進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬進(jìn)一步驗(yàn)證了大型暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于大型公共建筑的適宜性能及未來趨勢在環(huán)保節(jié)能中的重要作用。