暖通空调系统节能设计思考

暖通空调系统节能设计思考

冯园

唐山市规划建筑设计研究院

摘要：暖通空调系统能耗是建筑能耗的主要组成部分。随着人们生活质量的提高和科学技术的进步，对暖通空调工程的节能设计提出了更高的要求。本文主要阐述了暖通空调工程设计中的重点和难点，探讨了暖通空调节能设计中存在的问题及相应的解决方法。

关键词:暖通空调；节能设计；建筑能耗

随着我国社会经济的快速发展，全社会的能源消耗日益增加，对我国的能源供应提出了巨大的挑战。暖通空调系统作为建筑领域的主要能耗设备，节能效果明显，潜力巨大。暖通空调领域的节能设计已经成为国际社会的广泛共识。

1暖通空调系统节能设计的意义和特点

随着我国工业化的不断发展，建筑的整体能耗也在逐年增加，约占我国总能耗的三分之一，而建筑能耗的主要来源是暖通空调系统的能耗。据统计，公共建筑暖通空调系统的运行能耗，包括供暖能耗，通常占建筑总能耗的60%以上。因此，只有在暖通空调系统设计之初充分考虑并实施节能措施，才能有效降低建筑总能耗，有力支撑国家节能减排战略，促进我国社会的可持续发展。

与其他用能系统相比，暖通空调系统各部件之间的关系相对复杂，这给暖通空调设计人员开展节能研究提出了挑战。首先，暖通空调系统的组成部件很多，包括暖通空调的三个子系统，包括冷热源、冷热源输配、房间冷热端，耦合度高，需要作为一个整体来考虑。其次，系统形式多样，可以采用多种系统形式来达到相同的设计目的，在相同的系统形式中，可供选择的设备类型较多，增加了比较和选择的难度；最后，影响系统设计的因素很多，如气象环境、建筑热工特性、业主需求、布局空间、设备功能等。充分考虑这些因素会增加暖通空调系统的设计难度[1]。

2暖通空调节能设计存在的问题

2.1对节能重视不够

过去，暖通空调设计强调功能性和舒适性，而忽略了节能。很多时候，设计师对节能的考虑仅限于满足设计规范和标准的强制性要求。对于具有范围值或灵活性的标准，往往“定低或定高”，没有积极考虑和深度挖掘系统的节能潜力。在系统方案制定过程中，方案的比选应充分考虑节能措施带来的社会经济效果。

2.2系统节能意识不足

在暖通空调系统的节能设计中，设计师忽略了整个空调系统的合理性，将节能理念、节能技术和节能产品作为节能设计的目标，而不是达到理想节能效果的手段。在一些节能示范项目中，节能理念的应用和节能产品的简单堆码屡见不鲜。

2.3节能方案缺乏评估方法

节能方案缺乏有效的评价方法，也在一定程度上限制了节能设计的推广应用。目前国内对公共建筑能耗评价体系的研究较多，但无论是能耗定额法还是统计分析法，总体来看，缺乏对建筑运行能耗的全面深入分析，不利于激发建筑节能潜力。但使用Ener-gyPlus、DeST等能耗模拟软件建立标准建筑模型进行分析，带来了大量的计算量，不利于评估工作的正常开展。

2.4节能运行策略无法实施

我国暖通空调系统的自动化控制水平与国外相比仍有差距。虽然有些系统设计有自动控制系统，但它们不会打开自动控制模式。有些控制系统没有经过有效的调试，以至于投入运行后逐渐被废弃，仅依靠人工操作。同时，暖通空调系统的运行人员往往缺乏对系统运行策略的理解。“无事故无控制”或“只计量不控制”的现象非常普遍，自动控制系统成了摆设，无法有效发挥系统对空调的调节作用，系统应有的节能效果也无法体现。因此，现有空调系统普遍存在能耗高、设备运行效率低、故障率高、智能化管理水平低等特点。

3暖通空调节能设计

3.1室内设计参数的合理选择

我国规范规定的舒适性空调的室内环境设计参数大多是根据舒适性原则在一定范围内给出的，没有严格的节能标准限制。除了严格的工艺要求外，设计师还应在充分考虑建筑结构、房间功能、用途、人员进出频率和穿着条件的前提下，适当合理降低室内温湿度标准。即在满足人体舒适度的前提下，确定的室内温湿度值尽可能接近当时的自然空气参数，尤其是夏季增加室内相对湿度的显著节能效果不容忽视[2]。

3.2空调水系统节能措施

循环水泵是空调水系统的输送动力，水泵在整个空调系统中的耗电量远远大于风机。对于一些小型工程，可采用一次性泵定流量系统；当系统复杂、阻力大、负荷或阻力相差较大时，一次泵和二次泵的二次泵系统应分别设置在冷源侧和负荷侧，二次循环泵应采用自动调速。

为进一步降低水系统能耗，相关节能措施逐步推广到变流量一次泵系统领域，开发了与变流量一次泵系统相适应的变流量冷水机组，可保证冷水机组在低流量下稳定安全运行。对于一些大型空调系统，在保证冷水机组设备可靠性的前提下，可以采用冷源侧变流量的一次泵变流量系统。

在空调水系统的管道布置设计中，应尽可能减小并联回路之间的压力损失差。当该值超过15%时，根据液压平衡的要求，配置必要的液压平衡装置。为了提高水系统的输送效率，降低输配能耗，防止系统设计流量高、温差小、流量大、选用低效率泵等造成的能源浪费，暖通空调设计人员应严格计算采暖水系统的电耗和传热比HER-h以及空调冷(热)水系统的电耗和传热比EC(H)R-a。

3.3空调系统节能设计

设计人员应在对技术经济指标进行一系列对比分析后，结合建筑规模和使用特点、建筑所在地区气候条件、能源供应等参数要求，选择系统的设计方案。对于冷热负荷特性差异较大，或使用频率和可靠性要求差异较大的地区，宜单独设置空调系统。

空调系统中的热量回收装置是利用设备从排风中回收热量，对空气进行再加热或冷却，以满足室内新风需求的节能装置。室内外温差越大，温差持续时间越长，排风能量回收效果越明显，采用热回收装置可节约新风最大能耗70% ~ 80%。因此，在当地气候条件适宜，布局空间允许的情况下，一些通风量较大的系统，如直流系统，应尽可能使用热回收利用装置。同时应设置自动控制装置，根据室内外空气的干球温度或焓来确定热回收系统的运行工况，以达到最佳的热回收效果。

3.4空调系统运行策略的科学制定

系统节能必须通过良好的运行策略来实现。设计人员应充分考虑系统的真实运行情况，通过合理的设计，使所采用的高效设备大部分时间运行在高效范围内。同时，设计人员应通过工况分析，进一步优化和细化系统运行方式，挖掘节能潜力。比如在室外空气较低时，尽可能用新风系统预冷，是一种简单、低成本的节能措施。对于公共建筑中的大型空调区域，如大型会议室、报告厅、剧院等空气系统，为尽快达到设计条件，降低能耗，应关闭新风阀，提前启动系统，采用全回风循环。人员进场前没有新风和新风负荷，可以缩短开车时间，降低处理新风的能耗[3]。

在实际工程中也发现，很多高性能系统不一定能低能耗运行，差异主要是运行管理和使用方式不到位。运营商不了解系统的运行模式和切换方式，导致很多节能方案无法有效实现。因此，笔者建议操作人员委托系统设计单位研究制定科学合理的操作指导手册，明确操作方式和调整方法，以指导操作人员进行日常运维工作。暖通空调系统的运行人员应将运行和管理措施、控制和使用方法、运行和使用说明以及不同工况的设置作为技术数据进行管理。

3.5空调冷热源的节能选择

在暖通空调系统的节能设计中，冷热源的选择也是一项重要内容。通常在选择冷热源时，采用热交换、加热设备或集中冷水机组两种方式来实现。确定单元设备时，需要从建筑所在区域的能源结构、建筑的实际规模、建筑的功能特点、当地的环保政策等多方面综合考虑。此外，还需要满足以下要求:(1)如果当地有火电厂，要了解、熟悉和掌握，才能有效利用火电厂的供热技术和余热供热技术；(2)如果暖通空调系统安装区域的能源比较充裕，建议选择组合能源模式，以满足采暖和制冷的需要；(3)如果暖通空调系统所在区域水资源充足，热源较低，可以通过水源热泵实现系统的采暖和制冷。

4结束语

我国暖通空调节能设计领域还有许多亟待解决的问题。本文给出了一系列节能措施，为系统节能设计提供了思路。暖通空调系统是一个复杂的技术系统，局部优化并不能大幅度提高整体节能效果，因此必须将系统的各个方面作为一个整体来考虑。暖通空调设计人员应牢固树立以节能为目标的设计理念，充分利用技术创新和经验总结，将节能技术与节能产品有机融合在设计中，推动我国暖通空调节能设计的新发展。

参考文献：

[1]伍小亭.暖通空调系统节能设计思考[J].暖通空调,2012.(42):236-238.

[2]常冬梅,蒋丽娜.建筑暖通空调系统节能设计窥探[J].企业文化,2015,(1):361-362.

[3]王谢虹.绿色暖通空调系统的节能与优化[J].住宅与房地产,2016,(9):244.