关于暖通空调系统节能设计的相关思考

俞慧

摘要：建筑节能和环保是实现可持续发展的关键。从可持续发展理论出发，建筑节能的关键又在于提高能量效率，因此无论制订建筑节能标准还是从事具体工程项目的设计，都应把提高能量效率作为建筑节能的着眼点。暖通空调技术的发展对建筑节能有着至关重要的作用，在能源危机的大背景下，节能建筑成为未来建筑发展的方向，随着人们对住宅舒适性及卫生的要求越来越高，绿色建筑也应运而生。

关键词：节能技术；设计；空调；能耗；措施

前言

随着我国国民经济的快速发展，空调技术得到广泛应用。据统计，目前暖通空调能耗占到建筑总能耗的25%～45%，且每年以较大速度递增。可见空调能耗在当前社会能耗中占了比较大的份额，由于各方面原因造成空调能耗浪费比较大，因此对空调系统节能的研究显得迫切及重要。在空调系统的节能措施中，主要表现在以下几方面：（1）建筑及空调系统设计节能；（2）提高空调工程质量节能；（3）空调系统运行管理节能。对于一个建筑物而言，各个系统的设计可以说从开始就决定了该建筑物在将来投入使用时是否节能。作为设计人员，笔者从设计角度浅谈一下空调系统在建筑中的节能设计措施。

1暖通空调分析

近年来，随着科学技术的迅速发展以及对节能和环保要求的不断提高，暖通空调领域中新的设计方案大量涌现，针对同一个设计项目，往往可以有几种、十几种甚至几十种不同的设计方案可以选择，设计人员不得不进行大量的方案比较和优选的工作，设计方案技术经济性比较正在成为影响暖通空调设计质量和效率的一项重要工作。暖通空调设计方案的评价因素很多，一些因素很难定量表述，许多因素又不具可比性，每种设计方案往往都有各自的优缺点，面对众多的设计方案，由于考虑问题的角度不同在各方的看法往往各不相同，甚至大相径庭。目前在设计方案比较中存在的一些混乱状况使设计人员无所适从。如何对暖通空调设计方案进行科学的比较和优选，是暖通空调设计人员在实际设计工作中经常遇到的一个重要技术难题，根据暖通空调的系统构成和运行方式，通过分析HVAC系统可知，需要用于管理、计量和优化控制的变量很多，并且由于系统的多变量动态响应时间和要求的不同，而且还要完成系统的优化算法和控制器参数自整定的任务，使得软件系统的数据类型和数据结构非常复杂，智能建筑节能是世界性的大潮流和大趋势，同时也是中国改革和发展的迫切要求，是21世纪中国建筑事业发展的一个重点和热点，节能和环保是实现可持续发展的关键。从可持续发展理论出发，建筑节能的关键又在于提高能量效率，因此无论制订建筑节能标准还是从事具体工程项目的设计，都应把提高能量效率作为建筑节能的着眼点。智能建筑也不例外，业主建设智能化大楼直接动因就是在高度现代化、高度舒适的同时能实现能源消耗大幅度降低，以达到节省大楼营运成本的目的。

2空调冷热源的节能措施

2.1准确计算系统的设计负荷

在现行的《公共建筑节能设计规范》中，明确要求“采暖、空气调节系统的施工图设计，应对每一采暖空调房间或空调区域进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算。”在实际建筑暖通设计中，设计人员对空调系统负荷计算不够准确往往根据估算的方式进行。设计人员进行负荷估算时，出于设备安全的考虑指标都取得过大，如此一来就造成空调系统相应设备的偏大，不利于建材节能。

2.2冷热源节能

冷热源设备能耗、末端设备能耗和辅助设备能耗是空调系统能耗的三个部分。空調系统能耗的三个部分中，占据空调系统消耗能量绝大部分的是冷热源设备能耗。由此可见，冷热源设备的选择是空调节能的关键所在。热泵、水冷冷水机组结合锅炉、溴化锂吸收式结合锅炉以及冰蓄冷机组是我国现有空调系统冷热源的常见方式。

热泵型机组在空气湿度不大、温度不会太低的地区应用比较普遍，也是空调系统冷热源的常见方式中比较节能的一种方式。空调系统中的中央空调多使用风冷热泵冷热水机组。空调系统中的中央空调多使用风冷热泵冷热水机组。此类机组即可供冷又可供热，省却了锅炉房和冷却水系统，安装灵活方便。但是热泵机组没有冷却水系统，能效相对较低，且它的使用受环境温湿度的影响比较大，因而在空气湿度大、温度低的地区其使用效果大大降低。

水冷冷水机组一般用在夏季制冷方面，锅炉则用在冬季供热方面。制冷需要消耗大量的电能，一般根据对制冷的要求不同采取不同的压缩机。根据制冷量的由低到高空调压缩机依次可采用活塞式压缩机、螺杆式压缩机以及离心式压缩机。锅炉供热方面根据环境的要求目前采用较多的是燃油及燃气类锅炉。

溴化锂机组是一种节电而非节能的机组，主要包括外燃式和直接式两种。外燃式机组适用于有余热、废热的地方，不仅充分利用了资源而且达到了制冷的效果。对于无余热、废热的地方则比较适用于直燃式机组。

冰蓄冷空调技术是随着政府推行用电实行峰谷用电分别计价而采用的，采用该技术的意义在于为用户降低电费的同时达到电网移峰填谷的目的。在夜间用电低谷时段开启制冷主机将建筑物空调所需冷量制备好，并以冰的形式储存起来。在白天用电高峰时段关闭或者与制冷主机串连进行融冰制冷，达到同样降温的效果。推行峰谷电价是优化资源配置保护生态环境的重要措施，符合我国的能源政策，提倡“多建冷站，少建电站”是节能环保的一项重要举措。

冷热源设备能耗在空调三部分能耗中约占50%～60%，因而选择合理的冷热源系统对空调系统节能至关重要。冷热源的合理选择要从冷热源设备性能是否符合要求以及配置机组的数量、容量是否合理两个方面着手。首先，选择性能符合要求的冷热源设备。实际工作中，建筑结构中空调系统的运行负荷不是稳定不变的，冷热水机组在部分负荷下工作的效率一般要小于满负荷运行（冷热源所需提供的冷热量一般不超过最大负荷的80%）；其次，配置机组的数量、容量应该合理配备，它的合理配备取决于建筑结构负荷的变化情况。只有配置机组的数量、容量都合理时，配置机组可根据建筑所需负荷进行及时调整，既可以不造成资源浪费又可以保证设备尽可能满负荷高效运转。满足正常需要的情况下，加大冷热源机组的调节范围，是节能降耗的基本手段。

3空调冷热水系统的节能设计

在设计空调的冷热水系统时，可通过以下几种措施降低能耗：（1）闭式循环的模式是优选考虑的方法，这种方法不仅可以降低静水力所需要的输送能耗，而且管道及设备的腐蚀也有所减少，延长了空调系统的使用寿命；（2）整个建筑物中可能有些空调区全年都要供应冷水，而有些区域则是冷热水交替供应，这种情况下可以采用两管分区制水系统，如果空调运行区域全年冷热工况的交替比较频繁，或者需要同时使用，最好采用四管制水系统模式，且两管制空调水系统的冷冻水与热水循环泵最好也分开设置；（3）在能够满足空气调节的前提下，冷冻水的供水温度越搞好，制冷机的蒸发温度越高，其单位制冷能耗量就越低；（4）最好适当的加大冷冻水供回水的温度差，可以降低循环水泵在运行过程中的流量，进一步降低输送过程中的能量消耗；（5）如果冷冻水系统的静压力小于1MPa时，最好不要竖向分区，可以采用一泵到顶的方法，这样不仅在设备运行维护过程中更加方便，而且因为分区而增加的土建设工程成本也有所降低，并且设备的电能消耗也会相应的减小；（6）如果空调水系统中包括两台以上的冷水机组及循环泵，最好采用变流量系统。如果工程的规模不大，或者各环路的负荷特性、压力损失的差距相对较小，则采用一次泵变流量系统即可，而且总供回水管间要设置旁通管及旁通电动调节阀，调节阀要注意有压差控制。如果系统的规模较大、阻力强、环路负荷特性、压力损失的差距达到50MPa以上，最好采用二次泵变流量系统，并且是变频调速泵，这样可以降低能量的消耗；（7）一次泵变流量系统中，其风机盘管的回水管上、二次泵变流量系统中、新风机组以及组合式空调的回水管等位置最好设置电动两通调节阀。

4空调风系统的节能

4.1采用变风量系统

变风量系统根据室内负荷变化或室内要求参数的变化，保持恒定送风温度，自动调节空调系统送风量，从而使室内参数达到要求的全空气空调系统。由于空调系统大部分时间在部分负荷下运行，所以风量的减少带来了风机能耗的降低。

4.2提高送风温差及合理调节新风比

所谓送风温差就是送风的温度与建筑室内温度的差值。由于人體对舒适温度的要求范围比较宽。在不影响空调精度的前提下，提高送风温差可以适当减小送风量而不影响人体舒适度。送风量小了，能耗自然就降低了。新风量占送风量的比值称为新风比，新风负荷在空调负荷中所占比例不容忽视。新风比要根据季节合理调节，这样既保证空气质量又降低能耗。

4.3采用热回收与热交换装置

空调设计中，保证建筑物足够的新风量以满足室内空气品质的要求是必须的。然而，新风负荷在整个空调负荷中却占较大的比率。在一些普通的高层建筑空调中，夏季新风负荷就占空调总负荷的30%以上。而对有些特殊的场合，如医院、商场、剧院、体育馆等人员密集的地方，新风的需求量则更大，有的甚至要求全新风。相应的，在这些场合新风负荷占空调总负荷的比率也很大。新风的引入必然要求排出一部分污浊空气。《公共建筑节能设计标准》也对排风热回收的设置进行了相关要求。全热交换器在夏天可以将新风预冷及除湿，在冬季可以将新风预热并加湿，其效率可达70%以上，因此降低了空调运行中冷，热负荷和耗电量。

5结论

通过以上分析，空调领域作为建筑的用能大户，节能意义十分巨大。从可持续发展理论出发，空调系统如何适应在低负荷下高效节能运行及在系统设计中对设备进行节能选配就成为空调节能的关键，这对于节约能源、降低运行费用、促进国民经济发展具有十分重要的意义。作为一个暖通专业的设计工作者，应在空调系统的设计过程中，针对不同建筑合理选择最合理的空调系统，为日后的运行管理打下良好的基础。相信通过暖通空调专业人士的不懈努力，空调系统的节能降耗终会为社会做出有益的贡献。