浅析暖通空调水系统的优化设计策略

潘敏强

摘要 ：我国是世界上的电力大国，消耗的电能非常大，其中建筑耗能占四分之一，而建筑耗能大部分直接消耗在暖通空调系统上。为节约资源，提高资源利用效率，有必要对暖通空调水系统进行节能优化设计。目前我们的暖通空调水系统普遍存在冷热源负荷率低，运行效率低，能耗高的缺点。为改善这一现状，本文通过对比研究、综合分析等方法，结合暖通空调水系统的运行特点以及实际要求分析得出暖通空调水系统的优化设计策略，来保证暖通空调水系统的高效运行，提高暖通空调水系统的工作效率，降低能耗。

关键词 ：暖通空调 水系统 优化设计 策略

传统的暖通空调设计中缺乏节能与低碳等观念，在国家节能减排政策的要求下，没有考虑节能的设计越来越不能满足时代发展的要求。在建筑能耗中，很大一部分作用到了暖通空调系统，而在资源日益紧缺的今天，如何有效地降低空调系统运行时的能耗问题，对暖通空调水系统的设计技术进行优化，合理优化利用资源，是当今我们亟待解决的重点问题。

一、暖通空调水系统的设计现状分析

随着人们物质生活的提高，生活中的暖通空调也得到了飞速的普及， 形成了多种多样的暖通空调，其采用的基本原理都大致相同。暖通空调系统一般可以分为三大类型，全水系统，空气/水系统，全空气系统，其中全水系统具有较好的可控性和可操作性，尤其可以使用在改造的建筑空调系统中。然而，在暖通空调的水系统设计中， 通常没有考虑到季节、空间位置、角度等参数，设计不够精确合理，设计的功率大于实际需要的功率，造成了能量的浪费，主要体现在如下几个方面：

1.设计计量上存在问题

在暖通空调设计上，往往给暖通空调名义情况下的工作负荷，是按照空调最大制冷量来考量主机和水泵的容量的，冷却水泵的流量也是按照最大负荷的情况来选择的，这就导致了一个问题的出现，在实际运行中，暖通空调在90%的时间里都是在部分负荷下工作的，必然造成暖通空调中水系统出现大流量、小温差的状况，使水泵能量大量被浪费。同时，暖通空调水系统的温差变化，使得主机运行状态变差、效率低、能耗高，进而影响主机的使用寿命。

2.系统优化设计的缺失

在中央空调的设计过程中，主机和一些末端装置上设计有自动化控制，但缺乏中央空调的集中控制，当外界环境发生变化时，如温度和湿度的变化较大时，控制系统自动调节时间过长，会导致能源的浪费。此外，一般暖通空调系统设计都考虑最大的负荷余量，而通常系统运行负荷是变化的，一般80%左右，有时50%或者 30%，过渡季节时更少甚至停止运行，这就需要主机能对水泵、风机等动力进行调节控制。变频控制器可以通过调节风机、水泵的转速，能够调节系统负荷变化，在节能方面取得很好的效果，然而，在现实中，一般暖通空调系统设计及选型没有考虑安装变频控制器。

3.设计细节的忽视

没有注重细节上的设计，设计不科学，给暖通空调系统运行带来了一定的困扰，主要体现在以下几个方面：一是在供水管道设计上，忽略了把建筑物当作暖通系统的一部分。在实际中，窗户上的供暖立管，地面通道上的水平管的铺设，造成管路系统排气不畅，引起暖通不通畅，形成气堵。二是在供水的引入管上，往往采用单一的母管进，而且分支管上忽略了阀门的安装，对后续的维护与监督带来一定的困扰。三是供水支管阻力不平衡，系统阻力较大，导致了循环水泵扬程过大，能耗量大，冷热不均等情况的发生。

4.设计的标准化不足

设计者在设计入口时，没有统一的标准，有的设计者往往不考虑全局，只看室内的空调效果，而忽略了空调供水管线的外部连接，使空调供达不到预期效果。此外，供水入口负荷标准也是极不合理，很多只是标注了入口总管的负荷，却忽略了分支管的负荷的标准，这给后期的运营维护和管理带来了一定的难题。

二、暖通空调水系统的优化设计策略

1.设计前，掌握建筑物的详细情况

由于建筑物竣工之后才可安装相应的暖通空调设备，所以，在空调水系统设计前应该做好建筑物的布局分析，了解建筑物每个空间的使用功能，随后才能更好地进行暖通空调水系统的管道路线设计。因此，把握建筑物的详细情况是优化设计的前提，如了解水泵房、控制室、空调机房、冷却塔的空间位置等方面。

2.选择双级泵系统

开式系统在运行过程中会产生比较长的水泵扬程，会耗费较大的能量。所以，在暖通空调系统的设计中，要摒弃开式系统，采用闭式的循环水系统。在闭式的循环水系统设计中，通常情况下，空调的供水系统大多采用单级泵系统。但是，由于单级泵系统的冷水和热水都经过同一根水管，热水和冷水混搭在一起，这个过程中产生热量的大量损失。因此，选择双级泵系统就可以很好的解决这个难题，而且方便负荷侧调节，有利于机组侧运行的稳定，可以显著节省水泵的电力消耗。

3.优化多台冷水机组联合运行的效率

建筑暖通空调系统中，普遍采用多个冷水机组共同使用的方式，把机组变为并联的连接方式，优化机组的并联个数以及机组泵的功率。为提高多台冷水机组联合运行的效率，我们可以通过分析，找出影响暖通系统冷水机组运行的因素，建立空调冷水机组电力能耗的优化模型，进而经过模型求解使得联合系统运行的效率最优。采用这种优化方式，可以有效地进行空调冷水机组功率的调节 ，能够最大限度降低暖通空调系统的启动電流量， 减少不必要的电力消耗，同时还能增强冷水机组的运行效率。

4.提高系统控制水平

当前随着人工智能和计算机技术的发展，为暖通空调水系统的系统控制提供了很好的科技基础。暖通空调系统可以通过利用电子和计算机技术，把温度、湿度等数据控制在科学合理的范围内，智能感应室内环境的变化，控制系统自动地调节，来及时提高室内空气的品质。

5.注重细节设计

一、在暖通空调水系统优化中，要着力改变主机匹配不当，主干管布置不合理等方面的问题，管线配置变频泵，减少冷热水的压力，分两个系统逐步改管。二、还要根据温度的变化，通过安装电控阀进行调节，以此来能源。三、高低区域一定要分开，这样不仅能够节约能源，还可以减少后期的维修次数。四、优选水泵，加大供水温差，可以由5℃加大到8℃至10℃。同时，控制合理的水流流速，降低水泵扬程，减少系统阻力，避免静压损失。

6. 加强节能设计

在暖通空调水系统设计中，我们可以将冷凝水和热水进行回收，与其他系统结合起来使用。比如，我们可以在水系统中加入板式热交换器，将热水加热到生活用热的温度。也可以在水系统中加入水源热泵 ，减少燃料燃烧，避免有害物质通过燃料燃烧排放到大气中，既节能又环保。

三、结束语

暖通空调水系统设计在空调系统设计中占有很大的比重，空调水系统中存在的问题，绝大多数是由于设计上的缺陷造成的。同时，空调水系统的能耗占整个空调能耗的20%左右，在节能减排成为社会经济发展的必然趋势下，我们应该加大对暖通空调水系统的节能关注，在暖通空调水系统的设计中，我们需要在已有的暖通空调水系统设计经验的基础上，结合实际工程的具体情况，运用现代高科技手段，综合分析得出各种优化的策略，降低暖通空调水系统的能量消耗，从而为我国可持续发展战略的持续开展做出贡献。

参考文献：

[1] 李小燕.浅谈高层建筑暖通空调控制系统设计[J].科技创新导报，2012（11）.

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[3]温祥.浅谈暖通空调系统在节能中的应用[J].科技与企业，2012（09）.