建筑暖通空调的节能及优化处理研究

张刘瑞

（深圳市艾特网能技术有限公司，广东深圳 518000）

0 引言

经济的发展，社会的进步促进了我国综合国力的增强，也促进了建筑工程的建设，暖通是建筑工程中的重要组成部分，暖通系统在现代生活中，甚至工作环境中都很受欢迎，能改善环境质量，满足现代人的需求。暖通空调系统产生的能耗在建筑能耗总量中占有很大比例，因此推进暖通空调系统的节能优化设计显得尤为重要，这也是实现可持续发展、落实节能减排的必然选择。

1 绿色节能暖通空调技术应用的基本原则

暖通空调系统可以对建筑的采暖、通风、空气调节等方面进行控制，为人们提供舒适的居住环境，保证良好的室内空气品质。暖通空调系统的主要原理是通过对空气进行过滤、冷却、除湿等处理，在空气满足要求后将其送入空调房间，抵消掉房间内的余热、余湿，使房间内的温度和湿度满足设计要求。在绿色节能暖通空调技术应用过程中，应当遵循一定的基本原则，主要包括以下内容：①要降低能源消耗率，避免能源浪费。目前暖通空调系统运行相关的能源消耗总量仍然呈现上升状态，需要对其进行有效的把控，否则，将会造成大量的能源消耗，不符合现代建筑发展的需求。在此基础上，设计暖通空调系统的时候，应当遵循节能原则，将节能理念贯彻落实于整个材料管理环节中，包括并不限于材料采购、材料运输、施工及运行阶段等。②要重视对周围环境的保护。在安装暖通空调设备的时候，应当转变传统的设计模式，坚持环保理念，以降低污染物的排放量，消除对建筑周围环境的破坏和污染。③要遵循回收利用原则。指的是在暖通空调运行过程中，会有废气、废物排出，需要对其进行有效的处理，并且需要有效回收可再利用能源，从而降低能源消耗。

2 建筑暖通空调的节能及优化处理措施

2.1 加大可再生能源的利用率

建筑暖通空调的节能及优化处理措施之一是加大可再生能源的利用率。

（1）太阳能。通过太阳能集装置来收集太阳能，从而满足人们对热水的所需。同时，太阳能也能将低温热水辐射转为采暖系统中的热媒因素，进而在冬季时满足采暖需求。此外，可以结合光伏元件与建筑围护结构，充分利用太阳能效应，实现光伏建筑一体化，确保人们日常生活中电量的使用，以缓解城市内电网的压力，做到节约能源。从通风层面来看，在室内也可以设计太阳能烟囱，利用太阳辐射所造成的温差，使得自然通风的热压随之增加，强化自然通风。

（2）地热能。地热能就是利用地源热泵系统，将土壤及地下低位地热能转化为高位能。在冬天从中提取地热能来实现供暖；在夏季将室内的热量释放到地下，降低室内的温度。地源热泵系统还能联合太阳能实现供冷供暖功能，不仅对土壤温度的变化有所帮助，而且有利于克服因天气变化影响太阳能系统能效不足的情况，提高室内负荷的高标准水平。

（3）风能。我国资源面积广阔，气候条件也有非常大的差异。特别是北方，有着丰富的风能资源，所以可以将自然的风能资源直接用于城市楼群风。同时，结合风力发电设备为建筑物提供日常的用电需求。像欧美等发达国家在风能的利用上以尝试采用风力制热的技术，将风能直接或间接转化为热能，用于家庭热能需求。然而，风能在我国受到地区和季节的影响较大，很难进行大规模的使用和控制[1]。

2.2 冷源系统节能

建筑暖通空调的节能及优化处理措施之二是冷源系统节能。建筑暖通空调系统普遍存在运行工况偏离设计工况的问题。在设计阶段，由于建筑围护结构数据不详尽、业态不确定、室外参数选择不合理等原因，导致空调负荷计算不准确；在设计负荷确定后，冷源配置与水系统设计不合理也会造成运行能耗偏大；建筑运营过程中，由于业态变更或功能变化导致空调负荷变化等[2]。此外，建筑暖通空调系统经长时间使用后设备存在一定程度的损耗，且由于维护不足等原因造成设备运行效率逐年下降，从而造成建筑空调系统能耗增加。基于以上原因，建筑空调系统存在很大的系统调适和节能改造需求。空调系统调适与改造主要包括降低需求侧负荷和提升供给侧能效两方面。对于需求侧，可通过提升围护结构保温、密闭和透光特性以及规范人行为等手段降低冷负荷；对于供给侧，主要调适和改造对象包括冷水机组、冷冻/冷却水泵、管路、冷却塔及末端空调系统等。在这些方面已有大量成功改造案例。某办公楼采用空气源热泵替换已超出使用年限的空气源冷水机组与锅炉，经节能改造后空调系统年均运行费用降低38.2%。提高系统智能化水平，如对已有建筑进行智能化管理，对空调系统各设备的实时运行情况进行监控，可有效提高能源利用效率。

2.3 空调输送系统的能耗控制

建筑暖通空调的节能及优化处理措施之三是空调输送系统的能耗控制。在超高层空调系统中，水泵及空气处理机等输送设备所占的能耗达到了40%左右，因此，采用变水量及变风量技术，对降低空调系统能耗的潜力很大。例如：在空调负荷较低的情况下，利用变水量及变风量技术使空调系统的输送能耗降低30%，则空调系统总体能耗将降低12%左右。在超高层建筑空调系统设计过程中，合理选用设备、适当采用节能措施，可以有效提高空调系统的效率，降低其能耗。同时，由于超高层建筑的避难层层高较高，超高层建筑空调末端大多采用全空气系统，且室内空间需要设置机械排烟系统，其送风、回风、排烟等管道占据高度空间较大，加之超高层建筑层数较多，如何结合建筑自身特点，减少管线占用高度，值得认真考虑。①可以通过合理选择空调设备、适当采用节能措施，对空调系统进行优化设计，可以达到提高系统效率、降低运行能耗的效果。②可以结合建筑自身特点，对设备管线进行合理布置，可以较大幅度地节约建设成本，最终实现节能减排的目标。

2.4 暖通空调检测节能技术

建筑暖通空调的节能及优化处理措施之四是暖通空调检测节能技术。暖通空调作为现代生活中常见的一种系统化设备，以其复杂的系统、庞大的体积而闻名。但是，暖通空调作为现代化建筑中必不可少的装备，其自动故障频发始终是被饱受诟病的一个主要原因。因此，暖通空调使用者和维修保养方都应当切实提升对于暖通空调自动故障的检测分析重视程度，一方面，可以为暖通空调的使用者节省大量的物力财力；另一方面，可以相应国家节能减排的号召，落实暖通空调的自动故障率低、事故发生概率小的目的。随着信息技术的高速发展，信息化技术在暖通空调中的应用同样提升了暖通空调自动故障的检测效率。暖通空调使用方和维修方可以利用信息集成的方法，把暖通空调检测、监控数据统一构建成一个高效的网络检测分析平台，以达到实时高效检测预防暖通空调自动故障的发生。

2.4.1 明确暖通空调自动故障检测、诊断的步骤

传统模式下的暖通空调自动检测诊断步骤为：硬件修复、故障分析、软件修复，以及相对应的自动故障检测、故障识别、故障评价、解决故障方案的执行4个步骤[3]。因而明确暖通空调的自动故障检测和诊断的步骤，有助于暖通空调的检测和诊断更加科学高效。比如，暖通空调的使用方或维保方根据自动故障检修步骤，逐步诊断暖通空调的故障发生原因，根据检测步骤来逐项分析自动故障发生的环节，以及在哪个环节的解决难度较大。因此，制度化的自动故障检测诊断机制，有助于提升使用人员和维保人员的检测诊断效率。同时，有助于构建信息化自动故障检测、诊断机制，根据暖通空调的异常行为的分析，来诊断相应的故障发生原因。

2.4.2 针对暖通空调自动故障实施间接检测法

间接检测方法是相对直接检测方法而言的，如果暖通空调自动故障根据直接检测方法无法诊断和检测，则需要根据间接的检测方法来进行判断。比如，各级吸、排气压力不符事规定值，冷凝水（或风冷鼓风机）压力和温度不符合规定值，润滑油压力、温度和油箱液位不符合规定值，压缩机电机过载等原因。间接检测是针对暖通空调的结构进行建模处理，把其构成的几大模块分别制定不同的检测反应模块，针对现代化节能型的暖通空调实施标准化的模型系统，施以具有针对性的预测判断方式，将实际输出参数与预测判断参数进行比较，通过比较把不同的数据分别输入分类器中，以此分析自动故障的产生原因。其中主要包括“神经网络法”“叶贝斯分类法”“故障树”等实施方法。

2.5 冷热能回收

建筑暖通空调的节能及优化处理措施之五是冷热能回收。暖通空调系统的冷热能回收在空调节能系统中是最重要的一个环节。当空调正常运转时，可以回收空调排放的余热，从而改善空调耗能高的问题，将建筑工程中的废物排放控制在有限范围内，从而提升暖通空调的能源利用效率。全热回收与显热回收在余热排风回收工作中具有重要的作用，运用板翘式、转轮式的回收设备降低空调系统的耗能情况，并充分利用空调运行过程中的余热，提高暖通空调的排风效果，并对其进行预冷或预热。例如，在针对暖通空调的节能设计中，可采用热回收式新风机组的方式节约能源。在此技术的应用下，能够回收室内工况下的恒温恒湿空气，并将回收的空气与新风进行混合再输送到室内，达到能源回收再利用的目的，实现能源的节约。在冷热能回收过程中，智能电气技术也发挥着重要的作用，可以通过利用这两项技术控制空调系统中的余热实施，并结合使用情况进行回收，以此提高排放效果。

2.6 变频技术实施

建筑暖通空调的节能及优化处理措施之六是变频技术实施。变频技术可以提高暖通空调运行中的实际负荷与空气调节需求的契合度，即让暖通空调在一定时间内的能源消耗不再是固定的，而是随着空气和温度状况的变化而调整，这就是所谓的变频。其技术应用实质是，通过对空调系统的合理优化来有效降低能源消耗，达到节能减排效果。在常规情况下，暖通空调运行的功率是被设计好的，即其运行是有预定的额定功率的。这就把环境的变化排除在考虑范围了，将可能造成不必要的能源消耗和浪费[4]。例如，在实际的空气调节中，空调系统负荷持续较低，其依然按照额定大功率运行，就势必会浪费一定量的能源。而此时，变频技术就有了用武之地。变频技术的应用能够实现合理的空调设备输出功率调控，从而使空调功率能够根据需求的变化而变化，从而有效节约能源。当暖通空调系统加入了变频技术，系统就能够灵活根据负荷的实际情况来合理地调节风流量和水流量，突出自动化调控的优势。其中，风流量的调节是依托于空调中的末端装置运行来实现的，主要是对室内负荷进行补偿。基于科学设计，在相关调节过程中，暖通空调的送风量较为适量，与室内温度相协调，使得整体环境达到舒适状态。水流量的调节是依靠把控水流量来调节温度的，其原理与风流量调节相似。这两种调节方式都是对以往的定量系统运行的突破，能够显著节约能源，也能够在一定程度上减少暖通空调的运行成本。

2.7 强化能耗传输设计

建筑暖通空调的节能及优化处理措施之七是强化能耗传输设计。针对建筑暖通空调节能优化处理，必须重视每个环节的能耗，立足具体设计与实际运行情况，构建一个整体性的空调节能体系。冷热媒介传输系统是暖通空调系统中必不可少的组成部分，系统形式和热能传输方式等都会影响整个空调系统的节能效果，因此设计人员必须加强对热媒介传输系统的优化设计。比如，建议直埋热水管道选用合适的保温材料对热水管道进行保温，减少热能传输时的损失；另外，还需借助计算机技术对整个建筑暖通空调系统的供暖情况进行全方位的测试，合理应用平衡阀与智能管网等手段对管网流量进行优化配置，并强化管理对策，进而切实提高系统的运行效率，获得更加理想的节能效果。针对空调系统的节能优化，要注重对动力传输系统的合理应用，最好选用具备良好负荷性质、较高运行效率的动力系统，以此提高传输效率，建立一个良好的暖通空调运行系统。

3 结语

在建筑中应用绿色节能暖通空调技术，十分有必要，其不仅能够满足人们的使用需求，又能够有效推动建筑设计水平的提升，为人们营造舒适而健康的室内环境。应当根据建筑的实际情况，选择适宜的暖通空调技术应用形式，以起到良好的保温保暖、供冷效果。