建筑暖通空调系统的节能设计要点研究.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 35 建筑暖通空调系统的节能设计要点研究 田 回 武汉理工大设计研究院有限公司，湖北 武汉 430070 摘要：摘要：在建筑中，合理、科学的使用暖通空调系统，对提高建筑室内环境质量、提高居住质量具有重要意义。随着我国建设项目的不断提高，与之相适应的建筑配套设施也在不断完善，目前，在建设项目中使用暖通空调系统已是非常普遍的现象。然而，在实际使用中，暖通空调系统能耗较高，对周边环境也有一定的污染和破坏。同时，能源资源短缺问题也越来越严重，我国提出了可持续生态发展建设理念，也就是对有限的资源能源进行高效开发利用，在这种情况下，研究暖通空调工程的节能技术与设计方法，在保证工程造价与施工质量的前提下，贯彻“绿色节能”的思想，最大限度地降低能源消耗，是一项非常有意义的工作。关键词：关键词：建筑暖通；空调系统；节能设计 中图分类号：中图分类号：TU831 0 引言 在建筑工程中，暖通空调系统是最主要的部分，它的工作品质对人们的生活质量有很大影响。暖通空调、电气照明等系统在城市高层建筑中的能耗，使其能耗超过了工业、运输、物流等行业的能耗，居全社会能耗之首，引起了“用电难”，因而引起了人们对建筑能耗的高度重视。为缓解用电供需矛盾、优化能耗结构、减少能源浪费等问题，开展建筑 HFCM 节能设计研究，对实现绿色、环境友好型建筑具有重要意义。1 优化建筑暖通空调系统的节能设计的意义 伴随着经济发展，科技进步，人们的生活质量也在不断提高。越来越多的人对生活品质的要求从单纯的满足变成了对生活品质的追求。然而，随着空调的广泛应用，也带来了许多问题，如用电紧张，能耗过高等非常突出的社会问题。与此同时，资源浪费、环境污染等问题也日益突出，引起了社会各方面的高度重视，因而，节能、减排的思想也就成了整个社会的主题。如何实现暖通系统的最优运行，已成为当前迫切需要解决的一个课题。在全球经济一体化的大背景下，我们国家的社会发展日益完善，人们的工作、生活方式也日趋现代化。所以，对于一些较大的建筑物来说，暖通空调系统就成了一种必要的硬件设备。给人们的生活，工作带来很大的影响。而且，随着我国城市化的深入发展，城市现代化建设的速度越来越快，建筑物也越来越多。由于人类活动的不断增加，给周边环境带来了很大的冲击，使人类生存的环境变得更加复杂，这给人类的身体和心理带来了极大的危害。暖通空调系统可以大大提高人们的居住和办公环境的空气质量，同时还可以减少室内的有害气体含量，保护人们的身体和心理健康。随着建筑供暖系统的广泛应用，其能耗问题日益突出，已成为制约我国经济可持续发展的一个重要因素。因此，要对建筑暖通空调系统进行节能设计，并对其进行优化和升级。通过进一步优化建筑暖通空调系统的节能，实现国家的绿色发展，为真正的环境友好型、资源节约型社会作出贡献。2 暖通空调系统目前存在的问题 2.1 节能设计理念有待加强 暖通空调节能设计理念是建筑节能和节能降耗的基础，也是建筑节能优化设计理念的基础。但是，在目前的暖通空调设计中，相关人员的节能设计意识并不强，对节能减排的认识也不深入，而且，设计师在进行设计时，只注重美感和实用性，而忽视了如何在暖通中充分利用节能减排这一问题。设计理念在很大程度上决定了暖通空调的实际应用效果，只有在科学的设计理念的指导下，暖通空调系统才能达到节能减排的目的。但是，当前暖通设计人员在设计理念上与新情况不相适应，对建筑节能设计产生了较大的影响。部分设计师对于“节能”、“减排”的概念没有一个清晰的定义，从而导致了空调系统的节能设计一直没有获得较大的突破。由于设计人员在进行暖通空调中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 36 系统的设计时没有遵循科学的原则，致使其在使用过程中无法达到节能减排的效果。并且，我国在节能减排方面的研究相对滞后，使得相关的理论和技术研究还不够成熟和稳定。在设计过程中，主要是对空调主机采用了较多的节能技术，但对整个系统却没有进行有效的节能设计。2.2 设计能力不足 当前，我国空调系统的研究多以舒适为重点，而对节能设计关注较少。因此，在建筑 HVAC 系统中，节能设计的水平相对较低。传统的建筑暖通空调在设计时，没有将经济效益、节能效益、功能效益三者有机地结合起来，导致了建筑资源浪费、安装成本上升、能源浪费、环境破坏等一系列问题。当前，我国在建筑暖通空调系统的设计中，并未将建筑的真实环境因素考虑进去，如部分建筑的玻璃幕墙无法很好地挡住阳光，致使室内温度过高，这时为保证室内温度的降低，需要长期工作，既是一种浪费，也提高了运行成本。近年来，随着科学技术的不断发展，建筑暖通空调系统在节能方面有了较大的突破。在进行建筑暖通空调系统的设计时，设计者要不断地提升自己的设计能力，转变自己的思维方式，将“绿色”的节能理念付诸实施。2.3 安全性和经济性问题 建设项目的建设是一个复杂而多样的过程。一般情况下，一项建筑项目的建设，都会涉及到很多设备，而建筑的空调与通风系统又是建筑节能的关键环节。由于受到建筑环境、天气等客观条件的影响，在进行建筑暖通空调系统的设计时，一定要考虑到全年的天气情况，然后，根据对建筑供暖系统中的各项参数进行调整与优化，以确保建筑供暖系统的正常运行。但是，在工程实践中，没有充分考虑到各个客观因素，致使工程的安全性和经济性无法得到保证。而且还会对建筑暖通空调系统的节能效果产生影响，导致大量的能源浪费，不符合节能环保的要求。3 建筑暖通空调系统节能设计措施 3.1 冷冻水系统节能设计 在建筑物暖通空调系统中，冷水系统的实际能量消耗在总能量消耗中所占比例较大，是暖通节能设计中应着重考虑的问题。为了达到节约能源的目的，设计者往往需要调整机组的工作模式，从改善机组的工作状态入手，以增强机组的适应能力。但若阀开得过小，则会使泵的部分阻力增大，从而造成机组的超负荷运转，同时也会间接地提高机组的能耗。即泵的开启程度不能任意设定，必须在一定的科学限度内加以控制。在此基础上，提出了增加变频抽水机的方案，并对抽水机的实际速度进行了科学的控制，以达到减少抽水机在设备运行时的实际能量消耗的目的。在变频调速系统中，设计者在选用变频调速系统时，要考虑到制冷机组的实际工作功率与机组的工作功率差小的问题。变频泵的选型也应按照系统的应用要求，进行合理的选型。3.2 建筑围护结构节能设计 建筑外墙的表面积与总热传导率成正比。建筑物多为大型建筑物，其外围护结构占地面积较一般建筑物较大，极大地增大了建筑物采暖系统的实际工作负荷，使建筑物采暖总能耗显著上升。因此，对建筑物的围护结构进行节能设计是十分必要的。设计者应通过行之有效的方法，加强建筑物的保温隔热能力。比如，设计人员要在建筑外墙上设置可以阻挡热量流失的保温层，对建筑外窗的位置进行合理的选择，注意采光的设计，更好地利用自然光，这样才能有效地降低建筑的整体采暖负荷。同时，设计者也应注意改善窗户和窗户的气密性，以避免由于窗户和窗户的气密性不足而导致的建筑能耗增加。3.3 建筑供暖节能设计 在过去的建筑施工中，多采用散热器或其它采暖设备，但存在着总体能耗较高，空间布局设计困难，节能效果不佳等不足。因此，必须采取复合采暖的设计方法，即在建筑物内同时设置空调与散热器，既可避免采暖费用的大幅提高，又可实现对室内温度的灵活调控。同时，设计人员还应该根据建筑的结构特点和采暖需求，对室内供暖管线进行优化配置，尽可能地避弯取直，尽可能地缩短管线的整体长度，以达到减少管线浪费的目的。在布置供暖管道时，为了更好地利用热能，设计者可选择垂直单管或垂直双管。3.4 应用地源热泵技术 介绍了地源热泵技术在建筑采暖空调系统中的应用，并对其性能进行了分析。地源热泵系统是一项以地下水、水库水、江河湖海、江河湖海为主要水源，中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 37 以土壤为主要来源，将地源热泵系统中的低品位热能转换为高品位热能。另外，地源热泵系统也能通过建筑本身的热量来降低室内温度，降低室内温度。地下水源型、地下水源型和地表水源型为三类。在建筑暖通空调系统中，最常见的是埋管型，它包括埋管和换热器，其基本原理是通过介质循环来进行换热。综合来看，地下水源热泵系统具有如下三个特性：一是可再生特性，即地下水源热泵系统通过可再生能源来实现其夏天冷却和冬天加热的功能；二是绿色、节能的特性，地下水源热泵系统对周围环境的污染较少，可以节约大量的电力；三是维修方便，地源热泵的零件大多都是安装在室内和地下，很少有机械活动的零件，大部分都是自动的零件，所以维修起来也很方便。此外，考虑到我国南北两个地区土壤温度分布不均，在采用地源热泵技术进行建筑供暖系统节能设计时，应根据地区气候特征，灵活调整热泵供暖方式。3.5 强化建筑结构的合理性设计 第一个目的就是要强化建筑自身的空间布局，确定暖通空调的安装地点。其次，科学、合理地规划室内外暖通墙的墙体结构及承重墙的受力，确保建筑设计的准确性与稳定性，避免由于设计偏差引起的返工。另外，在维持现行的系统不变的前提下，对系统的结构进行改造和升级，并在现行的系统中引入先进的技术和设备，确保系统的设计与节能、环保、绿色、低碳的生产理念相一致。在此基础上，通过对暖通节能设计和智能自动化技术的融合，达到暖通空调系统高效、稳定运行的目的。3.6 通风系统节能设计 在通风系统的节能设计过程中，一方面，要对通风系统的形式进行恰当的选择，对于一座占地面积比较大的大厦，可以采用全空气空调系统，在系统中设置一个变风量末端装置，按照实际使用的要求，对建筑中各个功能区域以及各个独立房间的送风量进行有效的调整，通过调整房间中的空气参数，来减少空调系统的运行能耗，从而达到节能的目的。另外，单区、双风道、多区三种换热模式也可供选择。对于高空间的建筑，可以对其进行分层的空调系统的设计，在竖直方向上将建筑物的人员活动区分成一个空调系统，在此基础上，以进风口中心线为分界面，在分界面的上方、下方为非空调区和空调区。当系统运行时，非空调区比空调区温度更高，通过喷嘴喷流的卷吸作用，使非空调区与空调区之间持续地产生对流传热与辐射传热，从而实现制冷节气门的节能目的。采用多种通风方式，对室外窗户的数量、面积比例及布置进行了调节。在过渡期间，采用机械或自然通风，持续向室内输送新鲜空气，排除污浊空气，达到改善室内空气品质，消除废热的目标，而不造成或只造成少量的运行能耗。3.7 应用变频节能技术 在建筑暖通空调系统中，采用变频器节能技术对其进行节能设计，可取得较好的节能效果。在采用变频节能技术的时候，如果空调和空调系统的负荷增大，就可以根据荷载的实际情况，利用水泵及变频调节设备等，来降低能耗，从而实现节能。根据相关研究，在建筑物中采用变频节能技术，可将建筑物暖通空调系统的能源节约 45%。就拿冷冻水泵来说：冷冻水泵在正常运行的情况下，余量的设计指标要达到 12%，在长时间运行的情况下，一般都会保持最大的水流量，但是由于季节气温的变化，它的实际负荷往往会比预计的负荷要小，因此，以前通常都要把温度设定在 8 摄氏度左右，这就导致了能源消耗的大幅增加。但是采用了变频节能技术之后，就可以对制冷泵的流量进行智能管理，从而达到降低能耗的目的。3.8 强化可再生能源系统设计 地源热泵系统通常被应用在建筑暖通空调系统的设计中，它的最大优势在于同时具备了制冷和制热的双重作用，可以实现更高的节能减排，并且对周围的生态环境没有任何影响。这就需要在保留现有地源热泵技术的基础上，对其进行优化与创新，以增加其应用频率。此外，还可以加强该系统与其他系统之间的紧密联系，从而实现能源技术的转化，提高能源的重复利用率，为我国建筑节能环保事业作出有效的贡献。4 结束语 总结来说，建筑业既是国民经济中的一项支柱产业，又是我国能耗的主要来源，所以建筑业的从业人员更应该把可持续发展的思想付诸实践，促进绿色建筑的进一步发展。在绿色建筑暖通空调节能设计工作中，设计者应该对节能设计的必要性有足够的了解，并在合理利用太阳能、改善建筑热工性能等方面，对绿色建筑暖通空调节能设计方案进行改进，从而提高中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 38 能量的利用率，降低非再生能源的使用，在创造一个舒适健康的工作和生活环境的前提下，推动建筑行业生态效益、社会效益、经济效益的协调发展。参考文献 1丘桂达.建筑暖通空调工程节能设计研究J.四川建材,2020,46(11):207-208.2杜胜利.建筑暖通空调节能设计方法研究J.智能城市,2020,6(18):130-131.3唐娟.暖通空调系统在建筑空调节能设计中的应用J.工程建设与设计,2020(02):35-36.4吴志明.绿色建筑的暖通空调设计节能与优化措施J.江西建材,2015(23):49-52.5柴秀宇.建筑暖通空调节能优化设计方法探微J.科技创新导报,2015,12(26):87-88.