建筑节能中暖通空调节能系统的应用和技术优化措施

文／范雪晶、刘潇、贺泽群、王薇薇 山东省轻工业设计院有限公司 山东济南 250014

引言：

随着全球能源危机的加剧和环保意识的提高，建筑节能已逐渐成为国内外关注的焦点。暖通空调系统作为建筑能耗的主要部分，其节能技术的研究与应用对降低建筑能耗、实现绿色可持续发展具有重要意义[1]。

1.暖通空调节能系统的作用

暖通空调节能系统在建筑节能中具有非常重要的作用。首先，暖通空调的能源消耗是建筑物总能耗的重要组成部分，通过采用节能技术可以有效降低暖通空调的能源消耗，减少能源浪费，降低对环境的影响。其次，暖通空调系统的运行效率直接影响着建筑物的舒适度和人体热舒适。采用节能技术可以提高暖通空调的运行效率，使其更加高效地运作，不仅可以减少能源的消耗，还可以提高建筑物内部的舒适度，提高暖通空调的使用效果。此外，暖通空调系统的能源消耗直接影响到建筑物的运行成本。采用节能技术可以降低暖通空调的运行成本，节约能源支出，降低建筑物的运行成本。同时，通过注重节能，也可以提高人们的环境保护意识，减少对环境的污染。另外，节能环保已经成为了重要政策之一，采用节能技术可以符合政策的要求，促进建筑行业的可持续发展。最后，暖通空调节能系统还可以通过采用新能源和新技术等手段，如太阳能供暖与制冷等，进一步提高节能效果，实现建筑物的绿色节能。

2.建筑节能中暖通空调节能系统面临的问题

2.1 设计和操作问题

暖通空调系统的设计及施工管理是影响系统能耗的重要因素。如果设计不到位或者相关的设计人员不重视该设计需求，会在系统运行时，能耗会逐渐上升。另一方面，在实际工作过程中，如果暖通空调系统的操作管理人员不具备足够的专业知识和技能，无法根据实际需求进行科学合理的调节，也会导致能源的浪费。

2.2 节能设计方案问题

虽然现在的节能技术和设计方案越来越多样化，但是如果选择不当，仍然会导致能源的浪费。例如，有的设计方案为了节约投资或怕麻烦，对于大量的回风余热没有有组织的加以利用，或者没有给甲方说明短期投资较大和长期运行节能的关系，这些都会影响到暖通空调系统的节能效果。

2.3 运行管理问题

暖通空调系统的运行管理也是影响能耗的一个重要因素。在实际运行中，一些单位可能存在管理人员培训不到位、操作人员操作水平低下等问题，这些都会导致暖通空调系统不能满足经济发展需求。另外，缺乏科学的评价标准，在执行工作时，往往会因为设计不符合需求，而无法开展工作，最终的设计质量也得不到保障。

2.4 设备和标准问题

暖通空调系统的设备和标准也是影响节能效果的重要因素。当前市场上暖通设备的种类繁多，不同的设备有不同的性能和能效比，如果选择不当，会造成能源的浪费。同时，我国的建筑节能标准和规范还不完善，存在一些漏洞和不足，这也给了一些不法分子可乘之机，为了降低成本，使用低效的设备和材料，这也会影响到暖通空调系统的节能效果。

3.暖通空调系统的节能技术应用

3.1 变频技术

变频技术是暖通空调系统中一种应用广泛且效果显著的节能技术。在空调系统中加入变频器，可以根据室内负荷的变化自动调节压缩机或水泵的流量和转速，以满足负荷变化的需求。这一技术的应用，不仅可以提高系统的稳定性，还可以显著降低系统的能耗。变频器是一种电子控制装置，能够根据系统负荷的变化自动调整压缩机的转速，从而改变制冷剂的流量和压力。通过这种方式，变频技术可以有效地平衡系统的负荷，避免压缩机在满负荷或超负荷的情况下运行，从而减少了能源的浪费。具体来说，当室内负荷减少时，变频器会自动降低压缩机的转速，减小制冷剂的流量，从而降低系统的能耗。相反，当室内负荷增加时，变频器会提高压缩机的转速，增加制冷剂的流量，以满足负荷增加的需求。这种自动调节不仅可以保证系统的稳定性，还可以避免压缩机长时间运行在满负荷或超负荷的状态下，延长了设备的使用寿命。据统计，采用变频技术可以使暖通空调系统的能耗降低约20%-50%。这一数据是根据实际应用情况和对比实验得出的。通过对比实验可以发现，未采用变频技术的空调系统在相同条件下，其能耗要比采用变频技术的空调系统高出很多。

3.2 热泵技术

热泵技术是一种高效的能源利用技术，利用自然能源为建筑物提供供暖或空调服务。该技术的原理是通过消耗少量电能，将低位热源（如地热、水源、空气等）转化为高位热源，从而满足人们对冷暖的需求。热泵技术的主要应用方式包括地源热泵、水源热泵和空气源热泵等。地源热泵利用地球内部的稳定地热能作为低位热源，通过热泵系统将地热能转化为高位热源，为建筑物供暖或空调。水源热泵则是利用水源中的热能作为低位热源，通过热泵系统将其转化为高位热源，为建筑物供暖或空调。空气源热泵则是利用空气中的热能作为低位热源，通过热泵系统将其转化为高位热源，为建筑物供暖或空调。热泵技术的优点在于其能够大大降低对传统能源的依赖，具有较高的能源利用效率和环保性能。与传统空调系统相比，热泵技术的能源利用效率通常能够达到400%以上，远高于传统空调系统的能源利用效率。同时，热泵技术的使用还可以减少对环境的污染，是一种绿色环保的能源利用方式。热泵系统的设计和安装需要考虑到当地的气候条件、地质状况、水文条件等因素，以及建筑物的实际情况和需求[2]。

3.3 冷热回收技术

冷热回收技术是一种在暖通空调系统中广泛应用的节能技术，其主要目的是将排风中的热量回收再利用，以供给新风或热水等需求。该技术的应用可以有效地降低能量的消耗，同时还可以减少对新风或热水的需求，从而减少系统的能耗。冷热回收技术的原理是基于热交换的原理，通过全热交换器或转轮式全热交换器等设备将排风中的热量回收再利用。全热交换器是一种高效的热交换设备，它可以将排风中的显热和潜热全部回收，然后将其传递给新风或热水等介质。转轮式全热交换器则是一种基于转轮转动来完成的热交换设备，它可以将排风和新风分别引导至转轮的两侧，通过转轮的转动将排风中的热量传递给新风。冷热回收技术的优点在于其可以有效地降低能量的消耗，同时还可以减少对新风或热水的需求，从而减少系统的能耗。此外，该技术的应用还可以提高系统的稳定性，延长设备的使用寿命，减少维护和更换设备的成本。冷热回收技术的形式除了全热交换器和转轮式全热交换器之外，还包括其他一些形式如板式换热器等。

3.4 智能控制技术

智能控制技术是利用计算机、传感器、控制器等设备对空调系统进行智能化控制，以满足人们对舒适度和节能的需求。该技术的应用可以提高空调系统的运行效率，减少不必要的能耗。智能控制技术的基本原理是利用计算机、传感器、控制器等设备，对空调系统的运行状态进行实时监测和调控。首先，传感器会实时监测室内温度、湿度、空气质量等参数，并将这些参数传输给计算机。计算机根据预设的舒适度指标以及实时的室内外环境参数，自动调整空调系统的运行状态，包括制冷量、制热量、送风量等，以实现舒适的室内环境并降低能耗。智能控制技术的应用可以显著提高空调系统的运行效率，减少不必要的能耗。例如，当室内温度过高或过低时，智能控制系统可以自动调节空调的运行状态，使室内温度快速恢复到舒适范围内。

4.暖通空调系统的优化措施

4.1 优化系统设计

暖通空调系统的设计对能耗的影响不容忽视。一个优秀的暖通空调系统设计可以显著降低能耗，同时提高系统的运行效率和稳定性。首先，室内温度和湿度的控制是暖通空调系统设计的重点。为了满足人体舒适度需求，室内温度通常保持在22-26℃左右，湿度在40%-60%的范围内。在满足舒适度要求的同时，这样可以使系统避免不必要的能耗。其次，气流组织的合理设计对暖通空调系统的性能和能耗有着重要影响。气流组织的控制包括冷热空气的混合、分配和流动。这些因素会直接影响到系统的加热和冷却效率，进而影响到整个系统的能耗。自控调节技术的运用可以大大提高暖通空调系统的能源利用效率。这种技术利用传感器对室内温度和湿度进行实时监测，并根据预设的舒适度指标自动调整系统的运行状态，包括制冷量、制热量、送风量等。

4.2 提高系统运行效率

暖通空调系统的运行效率对其能耗有着重要影响。为了提高系统的运行效率，除了选择高效节能的设备和合理设计系统外，还应该加强设备的维护和保养、定期检查设备的运行状态和性能指标、优化系统运行时间、优化系统工作模式、合理利用新风等多种措施。首先，暖通空调系统中的设备需要定期进行维护和保养，这样可以保持设备的良好状态，提高设备的运行效率，从而降低系统的能耗。其次，设备的运行状态和性能指标需要定期进行检查，以便及时发现和修复问题，避免能耗浪费。系统的运行时间也需要根据季节和室内外环境的变化进行优化。例如在温度较高的夏天，可以延长空调系统的关机时间；而在温度较低的冬天，则可以缩短关机时间。系统的工作模式也需要根据室内外环境的变化进行优化。例如在室内温度较高时，可以采用送风模式降低能耗；而在室内温度较低时，则可以切换到地暖模式提高热效率。最后，新风的使用也需要合理安排。在室内外温度较高时，可以利用新风降低系统能耗；而在温度较低时，则需要适当减少新风的引入量以避免能耗浪费[3]。

4.3 增加能量回收装置

能量回收装置在暖通空调系统中的重要性不容忽视。这些装置能够将排风中的能量回收再利用，从而提高整个系统的能源利用效率。在暖通空调系统中增加能量回收装置，可以有效地降低系统的能耗，同时减少对新风或热水的需求。能量回收装置的主要形式包括全热交换器、显热交换器和转轮式全热交换器等。这些装置的共同点是它们都可以将排风中的能量回收，并将其转换为可以利用的能源。全热交换器是一种高效的能量回收装置，它可以将排风中的显热和潜热全部回收。全热交换器的核心部件是热交换芯，它由两种不同的材料组成，一种是高导热性能的金属，另一种是低导热性能的绝热材料。当排风通过热交换芯时，热量从高导热材料传导到低导热材料中，从而实现能量的回收。显热交换器则只能回收排风中的显热，也就是温度能。它的核心部件是一个金属散热器，当排风通过散热器时，热量从排风传递到散热器中，再由散热器传递到新风，从而实现能量的回收。转轮式全热交换器则可以回收排风中的显热和潜热。它的核心部件是一个旋转的转轮，转轮的两侧分别与排风和新风接触。当转轮旋转时，排风中的热量被吸收并传递到新风中，从而实现能量的回收。能量回收装置在暖通空调系统中具有重要的作用。这些装置可以有效地降低系统的能耗，同时减少对新风或热水的需求。而选择哪种形式的能量回收装置，则需要根据具体的系统需求和应用场景来确定。

4.4 采用可再生能源

可再生能源在暖通空调系统中的应用可以显著降低对传统能源的依赖，减少能源浪费和环境污染。利用太阳能集热器将太阳能转化为热能，用于供热或发电，可以减少对传统化石燃料的依赖。同时，太阳能电池板可将太阳能直接转化为电能，为暖通空调系统的运行提供电力。地源热泵技术是一种利用地球表面浅层地热资源进行供热和制冷的系统。通过在地下埋设管道，将冷热源输送到地源热泵机组，再通过地源热泵机组向建筑物提供冷热源。地源热泵技术的使用可以显著降低对传统能源的需求，同时减少对环境的影响。生物质能源是一种利用有机废弃物进行供热和发电的能源。生物质能源的使用可以减少对传统化石燃料的依赖，同时减少对环境的影响。在暖通空调系统中，可以利用生物质能源为系统提供热源或电力。风能是一种可再生的清洁能源.在暖通空调系统中，可以利用风能驱动空气处理机组进行供冷或供热。同时，风能还可以转化为电能，为暖通空调系统的运行提供电力。水能是一种利用水力资源的可再生能源.在暖通空调系统中，可以利用水力资源驱动泵、风机等设备进行供冷或供热。此外，还可以利用水力发电为暖通空调系统的运行提供电力。积极推广可再生能源在暖通空调系统中的应用,能够实现减少传统能源消耗,降低环境污染的目的,并提高系统的运行效率与稳定性,为绿色建筑及可持续发展贡献力量[4]。

4.5 提高人员素质

要实现暖通空调系统的节能目标，提高操作和管理人员的素质是非常重要的一方面。只有具备了专业的知识和技能，操作和管理人员才能更好地调节系统的运行，处理可能出现的故障，并采取针对性的节能措施。首先，组织专业培训课程或培训班，为操作和管理人员提供全面系统的专业知识、技能和经验。这有助于更好地了解和掌握暖通空调系统的基本原理、运行调节和故障处理等方面的知识。在实际工作中，这将使系统的运行更加稳定、可靠，同时也能减少因操作不当或故障处理不及时而产生的能耗。其次，推广节能知识和技术也是必不可少的。通过宣传、培训和案例分析等方式，可以使操作和管理人员更加深入地了解节能的重要性和实际操作方法。这能够在工作中自觉采取节能措施，有效降低暖通空调系统的能耗，从而实现节能目标。同时，建立评估机制也是提高人员素质的有效途径之一。定期对操作和管理人员的专业技能和工作表现进行评估和考核，不断提高自己的专业水平，避免产生工作懈怠的情绪。通过评估，还可以检查培训效果以及节能目标的实现情况，为后续工作提供参考和依据。最后，加强沟通和合作也是实现节能目标的关键。操作和管理人员需要与其他专业人员紧密合作，共同解决暖通空调系统中可能遇到的问题。通过沟通和交流，可以共同提高系统的运行效率，并实现节能目标[5]。

4.6 运行方式的优化

将节能技术应用于暖通空调系统是实现绿色建筑和可持续发展的重要方向之一。在保证系统正常运转的同时，根据风速、环境、空气湿度等关键因素进行合理配置，能够最大程度地降低能源消耗。在暖通空调系统中，风速是一个重要的影响因素。通过对风速进行合理的调节和控制，可以优化系统的制冷和制热效果，减少能源的浪费。例如，在夏季空气湿度较大时，可以利用暖通节能技术实现空气的对流，增强室内空气的流动性和换气效果，从而提高制冷效率，减少能源消耗。另外，环境因素对暖通空调系统的运行也有着重要影响。例如，在冬季空气干燥时，由于热损失较大，可以采取增大系统的热辐射等措施来减少能源消耗。通过合理的配置和调节，可以在保证舒适度的情况下，最大程度地实现节能目标。此外，从有关试验研究的结果来看，暖通空调系统在热容量上具有很大的提高空间。在不增加能耗的情况下，通过调节温度可以更加明显地实现节能作用。例如，在过渡季节或室内温度较低的情况下，可以利用暖通设备的余热来提高室内温度，减少能源消耗。将节能技术应用于暖通空调系统并保证其正常运转，需要根据多种因素进行合理的配置和调节。通过优化风速、环境、空气湿度等因素，以及合理利用系统的热容量和调节温度等措施，可以最大程度地降低能源消耗，提高系统的制冷和制热效果。这些措施的实现需要综合考虑多种因素并采取相应的技术和管理措施，为绿色建筑和可持续发展做出积极贡献。

结语：

建筑节能中暖通空调节能系统的应用和技术优化措施是当前节能减排的重要任务之一。在暖通空调系统中应用节能技术并采取优化措施可以提高系统的能效比和能源利用效率，降低能源消耗和环境污染。本文介绍了变频技术、热泵技术、冷热回收技术等节能技术的应用和智能控制技术等优化措施的应用，这些技术的应用对于实现建筑节能目标具有重要的意义。同时还应加强人员素质的提高和系统运行的优化管理等方面的努力，为建筑节能事业的发展做出积极的贡献。