暖通空調設計與節能初探期刊論文發表

　　摘要：暖通空調系統的節能不容忽視，降低暖通空調系統的能耗對減少建筑系統總能耗的意義重大，為了有效地解決暖通空調系統帶來的健康和環境問題，同時對緩解用電緊張局面，優化能源結構和提高能源利用率也具有十分重要的意義。本文闡明了暖通空調系統節能的關注要點，分析研究了暖通空調系統中的節能技術。

　　關鍵詞：暖通,空調系統,節能技術

　　隨著社會的發展，建筑能耗在總能耗中所占的比例越來越大，在發達國家已達到40%，據統計在湖南省也達到27.8%，在城市遠高于這個比例。而在建筑能耗里，用于暖通空調的能耗又占建筑能耗的30%～50%，且在逐年上升。隨著人均建筑面積的不斷增大，暖通空調系統的廣泛應用，用于暖通空調系統的能耗將進一步增大。這勢必會使能源供求矛盾進一步激化。另一方面，現有的暖通空調系統所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源，其中電能占了絕對比例。對這些能源的大量使用，使得地球資源日益匱乏，同時也帶來嚴重的環境問題。

　　一、暖通空調設計的關鍵點分析

　　1、目前暖通空調普遍具備其獨立的熱源與冷源系統，從而使熱水供應、制冷、采暖、空調等建筑要求得到滿足。同時，考慮到建筑項目的使用效率，暖通空調系統的鍋爐房通常設置于建筑屋頂或是地下室，這樣一來，也給暖通空調的設計帶來了一定的難度。

　　2、高層建筑暖通空調系統存在較大的靜水壓力，使其室外管網水力工作情況受到直接的影響，故暖通空調系統的形式以及連接室外管網相較于多層建筑，存在著較多的差異。

　　3、暖通空調系統在設計時，其送風方式應合理。自頂棚送風并在下部回風為上送下回方式，目前的建筑大多利用射程與風量可調節的風口，使送風風速有效提高。而側送下回方式則通常在3米高度設置送風口，并必須與建筑裝飾設計的實際情況相結合，從而使風口位置能夠與室內美觀形成和諧統一，另外還需要對氣流組織進行精確計算。

　　二、暖通空調系統節能的關注要點

　　要實現空調系統的節能降耗，已經具備了許多成熟的條件，但同時也存在許多問題有待于解決：

　　1、暖通空調系統的設計管理問題

　　空調系統的設計對空調系統的節能性有著重要的影響。然而在實際中往往得不到一些設計部門和設計人員的足夠重視，使得設計建造的系統不僅初期投資大，運行能耗也相當驚人，大大超過了國家標準。據實測，有的公共建筑的空調能耗占建筑總能耗的60%。為此，我們有必要建議政府有關職能部門加強對暖通空調設計項目的管理，可以委托相關技術部門如學會等對設計圖紙文件進行嚴格審查，對未達到國家有關節能標準的設計嚴禁施工建造。

　　2、暖通空調系統的運行管理問題

　　除設計外，我們發現運行管理也起著重要的作用。有些單位的空調系統，一年四季只有開機關機和冬夏季轉換操作，顯然系統達不到相應的節能效果。為此要求運行管理人員不僅要有強烈的責任心，上崗前還必須要進行系統的培訓和考核，對沒有達到要求的，應重新培訓，考核合格后才能上崗。在調查中我們發現，同樣一套系統，管理人員不同，系統的能耗大不相同，有的甚至相差50%以上。

　　3、新型空調方式、控制方法及新的節能技術的開發應用問題

　　如前所述，采用新型空調方式、新的控制方法，不僅能顯著提高熱舒適性而且可以使系統大幅度節能。現已有各大城市(如上海、深圳)在采用新型空調方式和控制方法的研究和使用，并且已經取得了一些可喜的成果，只要政府部門略加扶持這些成果將很快能得到適用，并形成產業化。這些項目的實施，將對大中城市的能源、環境和經濟都會起到巨大的推動作用。

　　4、公眾對空調系統作用的理解觀念問題

　　對于舒適性空調系統，從本專業的角度來講就是使人體有好的熱舒適性。而在社會上我們常常發現一種這樣的觀念：認為空調在夏季是越冷冬季越熱效果越好。這顯然與舒適性空調的出發點相違背的。事實上，這樣不僅大大增大了空調系統的能耗，同時由于室內外溫差的增大，也使人體對不同環境的適應性下降，身體免疫力降低。這些可以通過宣傳改變人們的觀念。

　　三、暖通空調系統設計中的節能技術

　　1、科學設置計算負荷值

　　冷熱負荷是空調與供暖工程設計中最重要的基礎數據，是確定供暖與空調冷、熱源容量，空氣處理設備能力，輸送管道尺寸等的依據。目前，有些設計人員在施工圖設計階段，往往不加區別地將設計手冊或技術措施中的單位建筑面積冷、熱負荷指標直接用作確定施工圖設計階段空調與供暖冷、熱負荷的依據，導致冷熱源設備裝機容量偏大、水泵配置偏大、末端設備偏大、管道直徑偏大的“四大”現象。其結果是工程的初投資增高，運行費用和能耗增大，給國家和投資方造成巨大損失。在方案設計和初步設計階段，由于建筑設計還達不到給出詳細構造、門窗尺寸等深度，不能滿足供暖與空調負荷計算的需要。在統計過程中普遍發現，由于各個工程的實際情況千差萬別，所以計算得出的負荷指標有較大差異，數值分布比較離散，回歸結果很難獲得理想的相關系數。因此，不得不采取分上、下限用兩條曲線來進行回歸。

　　2、合理確定室內設計參數

　　(1)決定空調系統的能耗情況除了室內散濕發熱量、外圍護結構以及室外氣象參數外，室內濕溫度設計標準也是其中的關鍵因素。在確保使用場地需求得到滿足的同時，在夏季提高室內設計溫度1攝氏度，就能夠使熱負荷減少11.2%，空調濕度調高10%，則能夠節約能耗約17%。經測算結果顯示，如果在夏季將溫度提升1攝氏度，則能夠使初投資下降6%左右，其運行費用相應減少約8%。

　　(2)在空調總負荷中，新風負荷占到20%至40%，而新風引進的主要目的是空調內外壓差的保持與衛生需求，因此必須根據實際情況來制定新風負荷，從而使風機盤管、水泵、冷卻塔、主機等能耗有效降低。

　　3、合理選擇設計方案

　　(1)空調系統新風量的大小不僅與能耗、初投資和運行費用密切相關，而且關系到人體的健康，設計人員進行工程設計時，不應隨意增加或減少。另外，在人員密度相對較大且變化較大的房間，宜采用新風需求控制，即根據室內CO2濃度檢測值增加或減少新風量，使CO2濃度始終維持在衛生標準規定的限值內;風機盤管機組加新風空調系統的新風口應單獨設置，或布置在風機盤管機組出風口的旁邊，不應將新風接至風機盤管機組的回風吸入口處，以免減少新風量或削弱風機盤管處理室內回風的能力。

　　(2)房間面積或空間較大、人員較多時有必要集中進行溫濕度控制管理。全空氣空調系統具有易于改變新、回風比例，必要時可實現全新風運行，從而獲得較大的節能效益和環境效益，且易于集中處理噪聲、過濾凈化和控制空調區的溫濕度、設備集中、方便維修和管理等優點;建筑空間高度大于或等于10m且體積大10000m3時，宜采用分層空調系統。與全室性空調方式相比，分層空調系統夏季可節省冷量30%左右，因此，能減少運行能耗和初投資。對于民用建筑中的中庭等高大空間，通常來說，人員在底層活動，因此舒適性范圍大約為地面以上2m—3m。采用分層空調，其目的是將這部分范圍的空氣參數控制在使用要求之內，3m以上的空間則處于“不保證”的范疇。

　　(3)在進行建筑設計時，應全面考慮暖通空調的能耗問題。以建筑物使用功能為依據進行合理劃分，并對于不同的區域采用相應的空調設計方案，盡量在功能相近的區域使用同一套系統，從而使空調負載率與使用系數大幅度提升，使空調系統能夠在高效率的條件下運行。

　　4、氣流組織設計

　　氣流組織，是設計者要組織空氣合理的流動。大多數空調與通風系統都需要向房間或被控制區送入和排出空氣，不同形狀的房間、不同的送風口和回風口形式和布置、不同大小的送風量都影響室內空氣的流速分布、溫濕度分布和污染物濃度分布。室內氣流速度、溫濕度都是人體熱舒適的要素，而污染物濃度是空氣品質的重要指標。因此，要想使房間內人群的活動區域成為一個溫濕度適宜，空氣品質優良的環境，不僅要有合理的系統形式及對空氣的處理方案，而且要有合適的空氣分布。合理的氣流組織有助于空調系統的節能。如一般大空間區域(如體育場館)劃分有空調風系統多個，同時設計屋架頂排風、回風以及座椅下送風模式，在保證了新風充足的同時，又避免將屋頂吸熱及燈光產生的空調負荷向觀眾區傳輸，大大減少了空調負荷，起到良好的節能效果，并且達到節能的重要作用。

　　5、供暖系統設計

　　常規的采暖系統設計主要是散熱器采暖系統及低溫地暖系統， 在設計低溫地暖系統時，應配置溫控閥;在設計散熱器采暖系統時與散熱器相連的供水支管設置控調節閥，使設計達到節能的效果。

　　6、水力平衡裝置的設置

　　在供暖與空調水系統中合理地設置水力平衡裝置，是系統水力失調、降低系統能耗、創造舒適人工環境的全新解決方案和有效的技術措施，其設置原則如下：對于定流量系統，設計人員應首先通過管路和系統設計來實現各環路的水力平衡，即“設計平衡”;當由于管徑、流速等原因的確無法做到“設計平衡”時，應考慮采用靜態水力平衡閥通過初調試來實現水力平衡的方式;當設計認為系統可能出現由于運行管理原因導致水量波動較大時，宜采用閥權度要求較高、阻力較大的動態流量平衡閥;對于變流量系統來說，除了某些需要特定定流量的場所或特殊要求外，不應在系統中設置動態流量平衡閥，而應設置動態壓差控制閥;除規模較小的供熱系統經過計算可以滿足水力平衡外，一般供熱系統室外供熱管線較長，計算不易達到水力平衡。為了避免設計不當造成水力不平衡，一般供熱系統均應在建筑物的熱力入口處設置靜態水力平衡閥，并應根據水力計算和建筑物內供暖系統所采用的調節方式，決定是否還要設置動態流量平衡閥或動態壓差控制閥，否則出現不平衡問題時將無法調節。經過水力計算需要設置時，對于室內垂直單管跨越式供暖系統，其熱力入口處應設置動態流量平衡閥;對于室內雙管供暖系統，其熱力入口應設置動態壓差控制閥;在組合式空調器、新風機組的供回水管路上宜設置動態平衡電動調節閥，該閥比采用普通的電動調節閥具有更好的調節特性。

　　7、自動控制系統設計

　　自動控制系統設計對空調系統在運行中的節能起到很重要的作用，作為暖通設計者，在設計中應對空調系統自動控制提出具體要求，空調自動監控一般可按以下原則進行：

　　(1)空調、通風等采用直接數字控制(DDC)系統進行自控，可在空調控制中心顯示并自動記錄、打印出各系統的運行狀態及主要參數，并進行集中控制。

　　(2)風機盤管采用風機就地手動控制、盤管水路二通閥就地自動控制。

　　(3)冷水機組等機電一體化設備由機組所帶自控設備控制，集中監控系統進行設備群控和主要運行狀態的監測。

　　(4)鍋爐房、制冷機房內設備在機房控制室集中監控，但主要設備的監測納入樓宇自動化管理系統總控制中心。

　　(5)恒溫恒濕空調機的制冷、加熱、加濕及溫濕度控制和監測系統由機組生產廠負責設計制造，房間溫濕度由樓宇自動化管理系統監測，當偏離運行范圍時報警。

　　(6)其余暖通空調動力系統采用集中自動監控，納入樓宇自動化管理系統。

　　(7)采用集中控制的設備和自控閥均要求就地手動和控制室自動控制，控制室能夠監測手動/自動控制狀態。

　　四、結束語

　　總之，暖通空調系統是現代建筑中非常重要的組成部分，該系統節能水平在綠色節能建筑能耗中也起著非常重要的作用，因此被認為是具有戰略性的問題，要實現暖通空調系統節能則必須從設計入手，研發更為高效的節能系統，并在整個施工中實施全過程控制確保施工質量方能最終實現更為高效的節能效果。

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