暖通空调节能技术在建筑设计中的应用

汪康

摘 要：随着人们生活舒适度的提高与节能环保意识的增强，空调被越来越广泛的应用于建筑中，同时，暖通空调能耗高的问题也逐渐引发社会各界关注。内部的技术改革与外部的市场竞争压力不容忽视，面对机遇与挑战，暖通空调行业要想实现长足发展，加强研发节能、环保技术是其必然趋势。文章基于环保理念，主要讨论如何科学合理的将暖通空调节能技术应用到建筑设计中。

关键词：暖通空调；节能技术；建筑设计

随着现代社会城市化进程的加快，建筑行业获得迅猛发展，相应的能源能耗逐渐增大。据相关资料统计，我国建筑的能耗与整个社会的总能耗相比约为27%，并且呈不断上升的趋势。建筑能耗有以下几个方面：通风、采暖、照明、炊事、空调、热水、家用电器，通风采暖为其中耗能量最高的两项。在全球能源危机的情况下，大力发展节能技术，减少暖通空调能耗意义重大。

1 建筑热工性能的优化设计

在设计建筑方案的阶段，空调的负荷能力基本已经确定。外围护结构具有传热损失高的特点，尤其是寒冷地区，传热损失可以在70%以上，由此可见，优化设计外围护结构对于减少暖通空调能耗是非常重要的。首先，方案设计的初期，应全面分析建筑平面布置、外立面、自然通风、不同朝向太阳的辐射照度等各种因素会对建筑能耗产生的影响。夏季时，尽量使日照时间减少，对夏季风充分利用以达到自然通风，降低室内温度的目的。冬季时尽量最大程度的獲取充足日照热，提高室温。其次，围护结构在设计其热工性能时应符合国家规定的节能规范，对围护结构设计给予一定优化，选择传热系数相对较小且热阻大的材料，窗墙比与形体系数严格控制，避免选用玻璃屋面或者玻璃幕墙。外窗接受的日照时间较长，受到的太阳幅度也会明显较大，因此设计时应考虑到建筑内外遮阳问题，增加屋顶与外墙的绿化植被，提高建筑的节能特征，改善建筑自身构造完善节能措施[1]。

2 冷热源设计方案的灵活制定

暖通空调主要包括冷源主机、热源主机、末端设备、输送设备、自控系统。其中冷热源机能耗最大，因此暖通空调节能技术应首先考虑冷热源的确定。在冷热源的选择中，注意结合当地地区的气象资料，全面分析建筑周边地质状况、地理条件、天然能源情况，因地制宜的制定方案。例如，若建筑周围有发电厂，时常排放余热废水，此时应优先考虑冬季时空调的供暖问题与生活热水的制取问题；若建筑周边有江河湖水等天然水源，因其地表水丰富，所以优先考虑建筑使用水源热泵，可以有效的减少能耗，并提高空调主机的能效比；若当地天然气、煤炭等能源相对丰富，考虑热电冷联利用蒸汽轮机或者燃气锅炉实现供暖与制冷，提高能源的利用率。

3 设计参数的合理选择

3.1 设计参数的合理性

空调负荷的计算需要设计参数作为依据，主要包括空气流速、洁净度与温湿度等，设计参数的变化会对空调负荷产生直接影响。据统计，夏季时空调每提高1K的温度，主机负荷就能够减少至少8%～10%，节约能耗为6%～11%。所以，确定室内参数应当注意结合实际的建筑使用情况，合理范围内对夏季时的空调温度适当提高，对冬季时室内采暖温度适当降低。空间内若使用吊顶进行辐射采暖或者地板采暖，冬季时温度的设计允许低于规定1～2K，夏季时允许提高1～2K[2]。

3.2 空调系统的精心设计

水管、风管的布置应遵循“短、平”原则，对消防水管以及电缆桥架具体走向综合考虑，尽量避免走“回头路”或者拐弯。在有足够充足的安装空间以及具备一定经济条件的基础上减少流速减小管路阻力，对水泵扬程以及风机尽量减少，降低能耗。

3.3 数据的准确计算

设备选型主要的依据就是数据，在水力计算以及空调负荷的计算时，估算过于保守或者过于粗略都会导致空调设备的风机扬程、水泵扬程与主机容量增大，一定程度上增加成本，产生能源浪费。因此精准计算是保证暖通空调节能技术的基础。

4 新设备、新技术的有效运用

4.1 变流量调节

空调负荷处于时刻变化中，根据相关资料表明，空调设备的制冷系统满负荷的状态下大约的运行时间仅为20%～30%，而其余时间基本上都是在部分负荷的情况下运行的。变流量技术主要是通过利用变频风机、压缩机、主机、变频水泵等设备对冷热媒具体流量适当调节以对空调负荷的变化有效适应，从而降低能耗，实现节能。常规流量调节技术中的变风量空调系统能够以空调区二氧化碳的浓度、温度参数对送风量自动改变，使风力一直处于30～100%的变化范围。这种系统主要适用于人员流动大且集中的场所。变制冷剂流量空调系统是利用变频技术将压缩机的频率及转数进行改变，并对制冷剂流量直接调节，一般于分体空调中应用。此类系统的空调末端为蒸发器，既有效避免了由于二次换热而出现的热损失，又可以直接节省水泵，所以相对于水系统而言能效等级更高。变水量空调系统是设置一个电动的二通阀在末端盘管，根据室温对经过盘管的部分水流量进行调节，从而分配环路阻力以及流量发生变化，形成压力变化，同时调节水泵运行台数与转数，实现输送流量的调节，降低水泵能耗[3]。

4.2 蓄能技术、能量转移与回收技术

蓄能技术主要利用蓄能设备，在电力处于低谷阶段开启机组蓄能，用电的高峰期停止机组蓄能，利用设备所释放出的冷热量制冷供暖，实现“削峰填谷”，对电力供应给予平衡。就单个空调而言，这种技术并不节能，然而在电网运行的低谷时期，可以有效提高利用率，减轻高峰期时产生的用电压力，同时对电厂中锅炉的发电效率有一定的提高作用。大型建筑常会出现同一区域供热与制冷分开的情况，如果为只是满足这一需求而在两个区域分别设置不同空调的话，势必会增加成本与能耗。能量转移技术能够有效解决这一问题，以供冷地区空调末端当做一个蒸发器进行热量吸收，利用水环热泵给予循环输送，吸收的热量可以在供热区域进行放热。这种能量转移可以避免冷量或者热量于室外排出，减少浪费。能量回收主要分为冷却水与空气的回收，一般常用的有转轮式、热管式或者翅片式等设备形式，设备效率一般在60%左右。热回收冷却水是将一个转换器串联到制冷机设备的冷凝器上，用于生活热水的制取，提高利用率[4]。

4.3 智能化技术

因环境气候处于周期变化中，因此建筑冷热量的具体需求也是随之变化的。要保证暖通空调冷热量的变化同建筑物的实际需求完全一致，采用人工方式明显难以实现。智能化系统能够对空气温度、空调进水回水的温度参数实时检验，运算处理之后输出一系列的指令信号，从而对水泵流量、主机输出容量及时调节，实时监控；过渡季节利用自控系统对空气中所含的焓值适当收集，根据其值大小对新风量进行调节，利用室外空气对室内温度调节，能够节约空调末端及主机运行时间，至少减少20%～30的能耗。

5 结束语

建筑设计需要配合多种专业工种，同时考虑气候条件、地理环境等多方因素，充分利用各种措施增加节能特征，优先考虑自然能源，并且经过精心严格的设计与计算，才能最大限度的实现减少建筑能耗。

参考文献

[1]中国建筑节能协会.中国建筑节能现状与发展报告[M].北京：中国建筑工业出版社，2010，41（02）：47-51.

[2]江亿，刘晓华等.温湿度独立控制空调系统[M].北京：中国建筑工业出版社，2010，25（03）：112-114.

[3]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2010，19（05）：107-109.

[4]住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调·动力[M].北京：中国计划出版社，2010，34（09）：55-58.