新型节能设计理念在建筑暖通设计中的应用分析

陈锦华

（福建省合道建筑设计有限公司，福州 350003）

1 暖通空调系统的分类及基本原理

暖通空调系统主要包括供暖、通风及空气调节系统3 部分，涉及热力学、流体力学、流体机械等机械工程学科。其中，中央空调是在日常生活当中较为常见的系统，其内部结构如图1 所示[1]。

图1 中央空调系统内部结构

根据工作原理划分，暖通空调系统可分为冷水机组、冷却塔、外部热交换系统和冷却风扇4 部分。

1）冷水机组。用于将输送给每个房间的循环水经过热交换处理后转换为“冷冻水”。

2）冷却塔。用来接收冷却泵送来的温度较高的水，经过冷却之后为冷却机组提供冷却水。

3）外部热交换系统包含冷冻水循环系统和冷却水循环系统。

冷冻水循环系统主要完成以下过程：中央空调设备的冷冻水回水经集水器、除污器、循环水泵进入冷水机组蒸发器内，吸收了制冷剂蒸发的冷量，使其温度降低成为冷水，进入分水器后再送入空调设备的表冷器或冷却盘管内，与被处理的空气进行热交换后，再回到冷水机组内进行循环再处理。

冷却水循环系统是将经过热交换的冷却水由冷却水泵送入冷却水塔中，在冷却塔中降湿降温之后送回冷水机组。

4）冷却风扇，冷却风扇的性能与暖通空调的性能密切相关，是暖通空调系统的重要组成部分，冷却风扇在暖通空调中主要有两方面的功能：（1）降低暖通系统的温度，避免使用中系统温度过高影响整体性能；（2）为暖通系统提供冷水，保证暖通系统制冷性能的正常使用。

2 建筑暖通设计的要意义

集中空调系统能耗在大型公共建筑总能耗中占25%～60%，而制冷机房系统（冷水机组、水泵、冷却塔等）的能耗占集中空调系统能耗的50%～80%[2]。显然，通过优化设计使制冷机房系统的能效降低，是建筑节能减排工作的重要目标。

1）建筑暖通设计可以进一步促进我国建筑行业的发展。我国建筑行业早年实现了跨越式的发展，但是近年来，由于受到技术和理念方面的停滞而导致发展趋势渐趋平缓。暖通系统是建筑中的重要部分，建筑暖通设计与建筑实用性息息相关，是追赶世界管理理念和先进技术的重要一步。

2）建筑暖通设计顺应了我国可持续发展理念。目前，我国的能源供需矛盾愈来愈激烈，这是国家发展过程中难以忽视的方面，暖通空调系统每年的用电量在我国总用电量中所占比重不容忽视，是国家能源供需矛盾产生的主要原因。建筑暖通设计融入了节能和新型设计理念，可以减少能源消耗，实现节能发展。因此，可以通过对暖通空调系统进行节能化设计增强对能源使用量的有效控制。

3 国内建筑暖通空调系统节能设计中存在的问题

3.1 设计管理方面的问题

建筑在建设过程中，投资者通常会追求利益最大化，暖通空调的设计人员也会首先考虑投资成本，尽可能选择能效较低的暖通空调系统，导致后续使用中能耗较高。另外，要实现节能设计，需要综合考虑初投资、运行费用、维护费用等方面，不断地优化和完善才能获得较为满意的方案，但总体来说周期较长。而投资者在建设中缩减成本的首要措施就是缩短建设周期，这样留给设计人员更新和完善设计方案的时间也是有限的，所以，最终的结果可能是没有得到全面优化和完善的设计方案。

3.2 设计方案中的问题

建筑暖通空调节能设计方案是实现建筑节能的基础，所以，暖通空调目前存在耗能严重的原因之一是设计方案不合理。耗能较高的建筑暖通空调设计方案通常没有综合考虑建筑本身实际情况、环境条件、节能理念以及资源情况等方面，因此，形成了不合理的设计方案。一方面冷热负荷是建筑暖通设计中需要重点考量的数据，在设计中往往需要通过衡量设备的冷热负荷能力来确定设备系统的应用水平；另一方面，还需考虑暖通空调控制系统的选择。暖通空调控制系统主要由制冷机房的群控、新风机组监控、空调机组的监控和变风量系统监控系统组成，在设计过程中要同时考虑控制系统的智能化和节能两方面。若设计人员忽视其中某个方面，会导致暖通空调系统整体运行能耗增加，这就要求设计人员在开展设计工作时要有全局观，充分考虑每个细节问题。

4 新型节能设计理念

4.1 协调设计理念

节能设计时，要综合考虑暖通空调系统的各个方面，即设计人员要具备协调设计的理念。因为暖通空调系统包括通风、供暖、空气调节等多个系统，在节能设计时，要从各系统的角度出发，以实用性和节能性为前提对其开展节能分析，最终回归到暖通空调系统的整体设计，对其进行全面分析。

4.2 可循环设计理念

可循环设计理念是在可持续发展观念的基础上提出的，从建筑暖通空调系统的角度来说，是指提高可再生资源的利用率。目前，我国大部分地区取暖设备使用频率较高，也消耗了大量的能源，要从根本上改善我国能源损耗的问题，需要树立可循环设计的理念，在节能设计中充分考虑可再生资源的充分利用。如在建筑暖通设计中运用太阳能技术，利用有关技术将太阳能转化为机械能，促使机械发生转动；还可以利用太阳能直接驱动吸收剂，从而达到制冷效果。

5 新型节能设计理念在建筑暖通设计中的应用

5.1 运用新型节能设计理念优化暖通空调系统设计

将新型节能设计理念融入暖通空调系统设计中，需要对设计人员开展系统的培训，针对新型节能设计理念展开全面的培训，保证节能设计理念深入每一位设计人员的意识，在设计过程中，使设计人员从实际性、节能型、经济实用型以及环保性等方面综合制订建筑暖通空调系统的设计方案[3]。

5.2 运用新型节能设计理念优化蓄冷以及变频系统

在建筑工程暖通空调系统中，蓄冷设计以及变频系统设计是较为重要的内容，也是使用频率最高的两个功能。在蓄冷以及变频系统中融入新型节能设计理念是开展节能设计的关键。

1）蓄冷设计。其原理是在用电低谷的时间段开展制冷工作，将产生的冰或冷气储存在蓄冷设备中，在用电高峰时将储存的冰及冷气释放，以达到制冷效果，同时又减轻了用电压力，可以实现节能环保的目标。蓄冷设计重点需要考虑制冷设备的智能性及蓄冷效果。要保证暖通系统能够智能识别用电量，并且无须人工操作，自动进行蓄冷，还要选用蓄冷效果好的蓄冷材料运用于蓄冷设备中。

2）变频系统节能设计。变频系统节能设计主要是通过水泵和风机对室内温度进行调配，使室内温度保持均衡。当室外太阳辐射较强或者温度较高时，室内外的温差较大，通过降低水泵频率和风机转速的方式可以有效减少能量的输出，以此达到室内温度的均衡，并实现节能的目的。在实际项目中，变频系统的使用确实可以缓解能源损耗严重的问题，也可以节省使用成本。

5.3 运用新型节能设计理念改进能量管理模块

建筑暖通空调的工作过程实质上是完成各类能量的运输及转换。将新型节能设计理念运用到能量管理中，可以有效降低在建筑暖通空调的能量损耗，当能量消耗值达到某设定范围后，能量管理模块可以自动调节开关或控制设备，减少资源消耗，降低使用成本。对其进行优化设计，可以从以下几方面入手：

1）优化启动和停止模块。要先对设备设置临界温度，当设备的实际温度超过设定温度时，通过计算暖通空调系统中各设备的最优启停时间自动启停。

2）负载循环。主要以一定的时间周期为准关停设备来降低能量消耗的方式。

3）能量管理与统计模块。首先计算之前的电量和能量消耗成本，并且以这些数据为基础形成图标，以日、月、年为单位进行分析。

5.4 在建筑暖通设计中运用可再生能源

在暖通空调系统中融入新型节能理念，需要将节能理念贯彻到整体设计中。除设计方案、节能理念等方面，还可以从使用能源的种类方面进行创新。目前已知的绿色能源包括地源热泵技术、风冷热泵技术等。

1）地源热泵技术是以岩土体、底层土壤、地下水或者地表水为低温热源，将水地源热泵机组、地热能交换系统和建筑物内系统进行组合的空调系统。

2）风冷热泵技术是给予压缩式制冷循环将冷媒作为载体，在风机强制换热时，从大气吸取或者排放热量。如果能对这些新能源进行合理的利用，可以有效实现能源节约。比如，利用地源热泵技术，在建筑暖通设计中融入土一气型技术，从地下水中取热及排热，在热泵机组的帮助下转换为热水或者冷水，再将这些热水及冷水传输到每个房间的风机盘道，以此达到供热的目的。

6 结语

在我国碳达峰和碳中和目标的背景下，国家对于新型节能设计理念也愈发重视，新型节能设计理念即实现低碳、协调及可循环的设计理念。为了顺应我国双碳目标的实现，同时面对国内能源供需、经济快速发展与环境之间的种种压力，将新型节能设计理念应用于实际工作中迫在眉睫。在此过程中需要注意的是，新型节能设计理念在建筑暖通设计中的应用需要因地制宜，根据当地实际情况不断更改节能设计的思路，不同的建筑有不同的使用功能，暖通系统的节能设计也需要及时变通，不能将节能理念生搬硬套于所有建筑中。