“雙碳”視角下的暖通空調節能設計探討

李嘉俊

（廣州市設計院集團有限公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

暖通系統在建筑工程中得到了廣泛的應用，暖通系統在提高室內空氣品質、保證空氣流通、維持室內溫度濕度等方面起到了重要作用。對建筑暖通空調系統進行節能優化設計的過程中，必須認識到節能設計的重要意義，堅持可持續發展的思想，實現節能減排的綠色發展目標。將先進的科技、節能思想與暖通空調設計有機地結合起來，在節能減排上作出了積極的技術突破，使得建筑暖通系統的能耗大幅度地下降，為國家的健康、綠色發展作出了貢獻。暖通空調系統既要提高其設計建設的合理性，又要提高其工作性能，從而提高人們的居住環境的舒適度，提高空氣品質，提高人們的生活品質。

1 “雙碳”背景下暖通空調節能技術的優勢

在“雙碳”的背景下，為了達到節能減排的目的，暖通空調的設計也要做出相應的調整。在目前的暖通空調工程中，要緊緊圍繞“雙碳”目標，把節能技術和理念融入工程設計、選型、施工、調試、運維等各個環節，使節能目標得到實現。在進行暖通系統的設計時，要根據建筑的具體應用要求，對建筑項目中的每一個節能設計環節進行優化；在建筑維護結構材料選擇上，要堅持建筑的綠色環保觀念，要從能源消耗方面著手，控制好暖通空調系統的總能耗。未來的暖通空調系統將更多地采用可再生能源，如太陽能、風能等，以減少對化石燃料的依賴；通過采用高效設備、熱泵技術、變頻調節和智能控制等技術手段，實現能源的高效利用，減少對化石燃料的依賴，降低碳排放，保護自然資源[1]?？偟膩碚f，對建筑暖通空調進行節能設計，能夠有效地提升其運行效率，這對于提升建筑的節能環保性、建筑舒適度等方面都有著積極的實際意義。

2 暖通空調系統節能設計原則

（1）需求分析。建筑物的類型、用途、面積、人員密度、熱負荷需求等信息。這有助于確定系統的設計目標和要求。

（2）系統選擇。根據需求分析的結果，選擇適合的暖通空調系統類型，如中央空調系統、分體空調系統、地源熱泵系統等?？紤]到建筑物的特點和預算限制，選擇最合適的系統。

（3）負荷計算。進行熱負荷計算，確定不同區域的建筑物在全年不同季節的冷熱負荷需求。

（4）設備選擇。根據負荷計算和空氣流量設計的結果，選擇合適的設備，如制冷機組、通風風機、空調末端設備等。考慮設備的能效比、噪音水平、可靠性等因素，選擇高效、可靠的設備。

（5）管道布置和管道設計。根據建筑物的布局和系統需求，選擇合適設備放置方位及采用合理的管道布置和管道尺寸。確保管道的空間布置合理性，減少輸送阻力損失。

（6）控制系統設計。設計合適的控制系統，包括溫度控制、濕度控制、風量控制等?？紤]到系統的自動化程度和能源管理需求，選擇合適的控制策略和設備。

3 “雙碳”背景下暖通空調節能技術

在傳統的設計施工中，大多數的設計者都將重點放在了暖通空調的最大負載原則上，而忽視了暖通空調在實際運行過程中的特點。在雙碳背景下，新需求的影響之下，設計人員要充分考慮到各個方面的因素，運用更先進的技術理念，設計出一個適配及高效的空調系統[2]。

3.1 可再生能源的利用

（1）自然能源是指非礦物能源，如太陽能，地熱，風力，水電，生物質能。盡管自然能源屬于清潔能源，但是它的使用與建筑需求和戶外環境有很大關系，它不能滿足建筑全年任何時間的需求，通常都需要在自然能源的基礎上，輔以其他形式的冷熱源。

（2）循環型回熱器，也就是熱泵技術，它的高效利用能夠實現夏天供冷、冬天供熱的目的。熱泵系統包括空氣源熱泵、水源熱泵和土壤源熱泵3 種。隨著熱泵技術的不斷成熟，熱泵系統的性能指標也在不斷提高[3]。

3.2 變頻技術

采用變頻調速技術，可使電機轉速發生變化，使風機的風量或水泵的水量發生變化。由于在設計的時候，是按照最大流量來進行選擇的，因此，電機的功率也是按照最大負載來選擇的，但是在實際操作中，所需要的負載是不一樣的，所以，要按照實際情況來調整設備的流量，保證設備能夠一直保持在一個高效率的工作狀態，從而提高設備的運行效率。

3.3 空氣熱回收技術

空氣熱回收技術采用的是排風跟新風之間的熱量交換，在經過合理的技術經濟分析后，應該使用排風來對新風進行預熱（或預冷），這樣就可以減少新風的負荷，同時還能獲得良好的節能和環保效果。新風熱交換原理如圖1 所示。從結構上看，熱回收裝置可分為熱管型、轉輪型和板翅型。根據其性質，可將熱回收分為兩種類型：全熱回收和顯熱回收。目前，設備的全熱回收效率通常高于50%，顯熱回收效率通常高于60%。

圖1 新風熱交換原理

3.4 智能調節暖通空調系統運行狀態

首先，利用暖通空調的內部局域網，將其接入大數據庫中，利用大數據庫中的外網，獲得當天的氣象、溫濕度等信息，并利用傳感器收集室內外溫濕度、降雨量等信息，并對室內工作人員人數、工作人員舒適性等信息進行實時監測和更新，并對這些信息進行整理和分析，繪制出暖通空調的運行效率-環境的關系曲線，供暖通空調的運行管理人員根據這條關系曲線進行實時操作。例如，梅雨天氣根據室外傳感器數據，檢測到室外溫度下降，濕度上升。數據分析中心會以這些實時數據為依據，同步地對運行曲線進行更新，暖通空調控制系統會按照最新的曲線進行操作，從而提高暖通空調的中央制冷溫度，減少制冷溫差。其次，還會根據室內溫濕度傳感器的數據，對暖通空調的控制系統進行緩慢地調整，從而達到快速地平衡室內溫濕度變化。最后，以室內的舒適度評價為依據，在舒適、溫暖、寒冷的判斷數量上，實現長期的穩定調控。通過對數據的分析，形成了一個閉環的控制過程，使暖通空調的“芯”中藏著“數”，使系統在最好的工作狀態下工作，使空調在最好的環境下工作，使空調在最好的舒適環境下工作，從而達到精確的控制、精確的節能、精確的決策。

4 暖通空調能源消耗原因分析

4.1 暖通空調關鍵系統未能實現高效運行

研究發現，暖通空調系統的能量消耗約占整個建筑能量消耗的50%，所以，如何高效地提升暖通空調的運行品質與效率，是實現暖通空調系統節能低碳化的前提條件。在暖通空調系統中，水泵、風機、制冷機、除濕機等關鍵設備的設計往往與建筑物自身存在較大的偏差，只要偏差的大小不超過建筑物規定的偏差范圍，就不會對系統設備的正常運行產生影響。但是，一旦其數值超過了建筑規范規定的允許范圍，就會引起室內各系統的失效，從而造成巨大的能耗與資源浪費。

4.2 建筑結構設計缺乏合理性

在建筑物設計中，建筑物的總體布置和構造也會造成HVAC 系統的高能耗現象。例如，室內布局不恰當，室內光照不足，空氣流通不通暢，承重墻位置不合理，窗戶朝向等客觀原因，都要引起設計者的注意。為了達到暖通空調系統的綜合節能最優設計目的，首先，要注意建筑主體墻壁的設計和建造必須符合安全和穩定的建筑標準。其次，在玻璃幕墻智能化設計中，要將能耗均衡與低碳節能相結合，由于建筑結構設計不合理，往往會造成室內與室外的能量損失不均衡，增加暖通系統的不確定性，造成巨大的能耗浪費。

4.3 運行開關未能全面實現智能化管理

隨著綠色低碳生產理念的不斷推廣，智能節能技術被越來越多的企業應用到實際生產和施工中，智能控制是提高暖通空調系統運行效率和品質的最好方法。設計者必須在設計之初，將智能科技融入暖通系統中，以提高系統的靈敏度。在具體的應用過程中，不難發現，通過感測裝置探測室內溫度變化，可以實現開關的靈活切換。當室內溫度出現過高或過低的情況時，智能探測設備將會對系統發出調整操控指式，來調節室內溫度。這種設計方式可以有效地避免由于人工開關而造成的能源損耗與能量過度供給的現象。但是，從目前我國建筑行業的現狀來看，大多數建筑行業在智能化開關方面的設計力度都比較薄弱，這與智能化開關的理想設計有很大的差距，很多企業只能實現半自動化的設計，這就導致了很難達到理想化的全自動化、智能化暖通空調系統。

5 暖通空調節能技術精細化設計

在暖通空調設計中，需要進行周密計劃，實現精細化設計，才能夠將預期目標達成[4]。

5.1 設計空氣交換系統

在設計過程中，設計者要結合現場情況，進行多個影響因素的分析，并對通風方式進行科學的選擇。通過對換氣系統進行科學的調控，能夠獲得較好的節能效果。如果有大量的新風涌入，會給系統帶來更大的負擔和更大的電力消耗。然而，如果沒有充足的新風，就無法對室內空氣進行綜合處理，從而導致室內空氣品質下降。因此，在設計空氣處理機組的時候，利用詳細的負荷計算及焓濕圖分析空氣處理過程，合理利用余熱回收技術，減少空氣過程中不必要的能源消耗。

5.2 科學運用變頻設備

近年來，隨著變頻調速技術的發展，暖通空調節能技術也在不斷地改進。通過該技術，可以通過對系統的監控，根據具體需要，合理調整空調設備風機及水泵轉速，實現風量、水量等智能按需調節。在設計過程中，要結合實際情況，對變頻調速技術進行優化，以降低系統的能量消耗，盡量使設備在高效點運行，達到預定的節能目標。

5.3 優化水循環系統

在整個系統的設計過程中，水循環系統水力平衡起著舉足輕重的作用。優先考慮利用管道的敷設路由來使得輸配管網水力平衡，如在車庫布置水平同程環管，再利用核心筒豎井分設多對立管。至于水的質量，也要達到相應的標準。特別是利用開式冷卻塔散熱的空調系統，由于水與外界空氣的接觸，不可避免的將外界空氣中的細菌及雜物帶入循環冷卻水系統中，當系統中積聚的水垢量到一定程度后，冷凝器的換熱能力會成指數下降，從而影響整個空調系統的正常運行。所以對于水循環系統，在設計時我們應該考慮設置水處理設備，同時后期運維需要專業的人員，在一定的時間段內，做好系統的清潔工作，保證空調循環水的水質。

5.4 設計智能控制系統

為了實現智能化的控制，必須使用空調監控系統。在設置監控設備時，應該實現對整個系統的整體監控。如果設備在運行中出現了故障，監控設備可以通過總控制臺發出警報，對相關工作人員起到警示的作用，使得他們可以及時解決故障，減少風險。也可以通過智能軟件，對系統運行中的有關參數展開分析，在出現異常參數時，可以對工作人員進行預警，快速查找出現異常的原因并進行處理。比如在水泵的節能控制中，應該通過供回水溫度傳感器、壓力傳感器等來實現對各個分區的供水和回水的智能控制，從而提高水泵的實際工作效率，達到降低能耗的目的。在設計工作中，要結合具體的需求來控制水泵的運行數量及各臺水泵的轉速，盡量使其在合理的工作點運行，避免某些水泵工作負載過大，降低故障的發生，并提升輸配系統的效率。

5.5 正確使用熱回收裝置

在碳中和思想的指導下，設計者在進行建筑設計時，應該對熱回收裝置對建筑采暖效果的影響有一個正確的認識。暖通系統在實際的運行過程中，會產生大量的熱量，為了做好節能工作，設計者應該將空調的余熱利用起來，在充分考慮到發熱的流體差異、狀態差異等因素的基礎上，來設置合適的熱回收裝置，保證在使用的過程中，余熱可以與空調的總熱量進行相互交換，更好的為整個建筑提供熱能。在設計時，要充分考慮到室內環境的溫度變化和濕熱變化，在采暖的過程中達到系統節能的目的。暖通系統為了保證室內空氣的流通，在供熱的時候，會排放出一定數量的煤氣，這些煤氣攜帶了很多的熱能，所以在某種程度上，也就是產生了很多的能耗。在具體的設計過程中，設計者應該強化對風負荷的熱能回收，通過使用自然界中的可再生資源來推動空調中的熱能交換，從而提升系統的內部運行效率，降低能耗[5]。

6 結語

總之，在全國推行“雙碳”政策的背景下，暖通行業具有廣闊的發展前景。為達到節能設計的目的，提升暖通空調系統的安全平穩運行，設計者必須對其運行負荷進行精確計算，合理分析負荷組成及動蕩特點，并通過新風全熱回收、變風量系統以及引入變流量節能系統等手段，全面提升其節能設計效果。