公共建筑空调系统节能设计方法探讨

公共建筑空调系统节能设计方法探讨
程华兵
北京墨臣工程咨询有限公司，北京 100011
摘要：近年来，暖通空调逐渐进入了大家的生活，在享受暖通空调系统给我们生活带来便利的同时，我们应该考虑其是否会对我们周围环境造成不良的影响，暖通空调系统的节能已经成为大家普遍关心的问题。

基于此，本文将着重分析探讨暖通节能设计要点。

关键词：公共建筑；建筑暖通；节能设计
中图分类号：TU831.3 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)23-0288-02
1 暖通节能设计的重要性和可行性
目前国内兴建的采用中央空调的建筑普遍存在着高能耗的问题，一般中央空调能耗约占整个建筑总能耗的50％左右，甚至高达60％以上。

因此在能源紧缺的今天，降低暖通空调的总能耗很强的现实意义。

降低的暖通空调的总能耗可以对对维护设施进行改造，对系统进行优化设计。

但是由于对暖通空调的维护设施进行改造具有一定的难度，而进行暖通空调的系统优化这种方法简单有效。

2 暖通空调节能设计方向分析
空调系统的能耗主要有两个方面：
2.1 冷热源能耗
空气处理设备冷量和热量的，如压缩式制冷机耗电，吸收式制冷机耗蒸汽或燃气，锅炉耗煤、燃油、燃气或电等；冷热源的能耗由建筑物所需要的供冷量和供热量决定
2.2 系统末端设备能耗
风机和水泵所消耗的电能；风机、水泵的输送能耗受所输送的空气量、水量和水系统、风系统的输送阻力影响，风系统、水系统的流量和阻力的影响因素有系统型式、送风温差、供回水温差、送风和送水流速、空气处理设备和冷热源设备的阻力和效率等。

3 建筑节能工程中采暖通风设计要点
3.1 针对能耗特点，空调节能的技术
应从以下几个方面合理设计：（1）减少冷热负荷、提高冷热源效率、利用自然冷源（2）减少系统设备电耗（3）改善控制。

冷热负荷是空调系统最基础的数据，如果能减少建筑的冷热负荷，不仅可以减小制冷机、供热锅炉、冷热水循环泵、空调箱、风机盘管等的型号，降低空调系统的初投资，而且这些设备型号减小后，所需的配电功率也会减少，这会造成变配电设备初投资减少以及上述空调设备日常运行耗电量减少，运行费用降低。

所以减少冷热负荷是商业建筑节能最根本的措施。

减少冷热负荷有以下一些具体措施：
3.1.1 改善建筑的保温隔热性能
在方案阶段确定合适的窗墙面积比例，合理设计窗户遮阳；充分利用保温隔热性能好的玻璃窗等措施可以直接有效地减少建筑物的冷热负荷。

3.1.2 选择合理的室内设计参数
夏季设计温度太低或冬季室内设计温度太高，都会增加建筑的冷热负荷；在满足舒适要求的条件下，要尽量提高夏季的室内设计温度和相对湿度，尽量降低冬季的室内设计温度和相对湿度，不要盲目追求夏季室内空气温度过低、过干，冬季室内设计温度过高。

3.1.3 局部热源就地排除
商业建筑中的有些房间，由于使用功能的需要，会在房间的局部产生较大的散热量，例如厨房的灶台、医院消毒间的消毒柜、电话机房的交换机等。

在空调系统设计过程中，应考虑在发热量比较大的局部热源附近设置局部排风，将设备散热量直接排出室外，防止热量散发到室内，以减少夏季的冷负荷。

3.1.4 控制和正确使用室外新风量
由于新风负荷占建筑物总负荷的20～30％，控制和正确使用新风量是空调系统最有效的节能措施之一。

由于新风负荷接近总负荷的1/3，所以要严格控制新风量的大小。

除了严格控制新风量的大小之外，还要合理利用新风。

春秋季或冬季，有些房间仍需供冷，此时当室外空气焓值小于室内空气设计状态的焓值时，可采用室外新风为室内降温，可减少冷机的开启量，节省能耗。

不要随意提高最小新风量标准，杜绝非正常渠道引入新风
3.1.5 提高冷源效率
评价冷源制冷效率的性能指标是制冷系数（COP，Coefficient Of Performance ），是指单位功耗所能获得的冷量。

制冷系数与制冷剂的性质无关，仅取决于被冷却物的温度T0’ 和冷却剂温度Tk’，T0’越高，Tk’越低，制冷系数越高[4]。

所以空调系统冷机的实际运行过程中不要使冷冻水温度太低、冷却水温度太高，否则制冷系数就会较低，产生单位冷量所需消耗的功量多，耗电量高，增加建筑的能耗。

提高冷源效率可采取以下一些措施：
3.1.6 降低冷却水温度
由于冷却水温度越低，冷机的制冷系数越高。

离心压缩制冷机的制冷效率与冷却水温度的变化为：冷却水的供水温度每上升1℃，冷机的COP下降近4%。

3.1.7 提高冷冻水温度
由于冷冻水温度越高，冷机的制冷效率越高，冷机制冷系数与冷冻水供水温度的关系。

为：冷冻水供水温度提高1℃，冷机的制冷系数可提高3％。

3.1.8 利用自然冷源
过渡季以及冬季某些内区房间，仍需要供冷。

此时如果开启冷机供冷，不仅由于此时冷负荷较小，冷机制冷系数较低、能耗大，而且极端不合理。

比较常见而且容易利用的自然冷源主要有两种，一种是地下水，另一种是春秋季和冬季的室外冷空气。

室外冷空气的利用有两种方法：一是过渡季利用低温室外空气供冷，当室外空气温度较低时，可以直接将室外低温空气送至室内；第二种方法是利用冷却塔供冷。

具体方法是过渡季利用冷却塔将冷却水温度降低，再通过板式换热器冷却冷冻循环水，被降低了温度的冷冻水送到末端的散冷设备，如风机盘管、空调箱，将冷量送到各个需要供冷的房间。

此外，冬夏季利用全热交换器回收冷热量，也可起到很大的节能作用。

通过全热交换器，将排风的冷热量传递给新风，可以回收排风冷热量的70～80％，有明显的节能作用。

3.2 优化水泵设计选型、减少水泵运行电耗
空调系统中的水泵不仅起着非常重要的作用，而且耗电量也非常大。

空调水泵的耗电量占建筑总耗电量的8％～16％，占空调系统耗电量的15％～30％，耗电量接近于全楼照明用的电量，所以水泵节能非常重要，节能潜力也比较大。

减少空调水泵电耗可从以下几个方面着手：
3.2.1 冷却水开式系统改为闭式系统
开式冷却水系统中冷却水泵的扬程除了要克服冷却水在管道中的流动阻力外，还要提供将冷却水从冷却水池送至高位冷却塔克服水位高差所需要的能量。

如果取消冷却水池，
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经济损失，对于外墙保温材料的燃烧登记要求是十分严格的。

阻燃型模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）板、阻燃型挤塑聚苯颗粒泡沫塑料（XPS）板、阻燃型硬泡聚氨酯泡沫塑料（PU）板等将能达到 D、E 级的保温材料。

普通型EPS、XPS、PU 板等这类不能用于建筑外保温工程的材料归为 F 级。

4.4 导热系数检测
影响导热系数的因素有密度、组成结构、温度等，它是平均保温材料绝热性能的技术依据，测定材料的导热系数一般用基于稳态法的双试件平板导热系数测定仪，将导热系数根据高低材质分为保温材料与高效保温材料。

笔者在平均温度为40℃的相同条件下对某橡塑保温材料进行检验测量，检测导热系数值分别为0.0416W/m·k、0.0397W/m·k、0.0403W/m·k、0.0398W /m·k，在不同环境中检测的结果不一样，均不符合国标的系数值规定。

从而得出结论：湿度也是影响导热系数的因素，湿度越大，导热系数越大，保温性能越低。

所以，在热工计算中必需要考虑各个因素会对材料的导热系数造成影响。

4.5 确定检测的方法
由于其材料本身的性能存在较大差异，在检测的过程中，应根据实际情况确定不同的检测方法。

举个例子，在进行硬质聚氨酯防水保温材料检测时，国家标准 GB/T20219-2006和行业标准 JC/T998 对于该种材料都制定的检测标准，对其密度、压缩强度、导热系数和水蒸气透过率及燃烧性能等做出具体的检测。

抹面胶浆与胶黏剂能起到异曲同工之妙。

增强网是置于粘胶剂内部的网状组织，常用的有耐碱玻璃纤维网格布和镀锌电焊网。

对这三种材料的检测，应将注意力集中于材料之间的配比情况和材料本身的性能。

4.6 确定检测的标准
由于建筑外墙的节能保温材料具有不同的特性，其检测标准的确定能更好地判断材料的质量和性能。

我国幅员辽阔，各地地质和气候条件存在较大差异，完全使用国家的检测标准难免起不到具体的检测作用，因而，各地方政府根据当地的实际情况制定的不与国家检测标准相背离的地方检测标准在实际应用中所起的作用更大。

其节能保温材料质量的判定也应分与防潮性能更多的权重。

对节能保温材料其他性能的检测根据具体的检测规定进行切切实实的检测。

4.7 节能保温材料试验报告格式没有具体的规范
由于建筑墙体节能保温材料试验报告格式的不规范，因此导致检测部门所出的试验报告信息不具体，规范性非常差。

比如在常规检测项目之中对钢筋、混凝土等都制定了详细的试验报告的模式，而在展开节能保温检测项目之中，大多数行业标准和地方标准都没有制度出标准模式，致使信息格式无法与要求相符合，致使试验报告模式繁多。

4.8 国家、地方、行业节能标准的检测方法多种多样，检测方法的选择不容易确定
比如增强网中耐碱网格布的耐碱断裂强力检测，在《增强用玻璃纤维网格布第二部分：聚合物基外墙外保温用玻璃纤维网布》（JC561.2—2006）、《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》（JG158—2004）、《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》（JG149—2003）、《耐碱玻璃纤维网格布》（JC/T841—1999）、《外墙外保温工程技术规程》（JGJ144—2004）等标准中都阐述了其检测方法，但是，各种检测方法在试件的制备过程、试验周期等有所不同，如果在选择检测方法时，不明确产品标准的要求、外墙外保温系统类型，很容易选产生混乱，选错检测标准。

综上所述，建筑保温节能工作持续健康的发展，是一项长时间的任务。

在墙体保温材料的发展方面，在国家的大力提倡下，会有越来越多的新型保温材料出现，将极大推动我国建筑节能的快速发展。

在节能检测中应当要提高认识，实行全过程的监控严格实施，依法促进建筑节能的检测工作。

参考文献
[1]王凤莲，陈维枝.浅谈建筑外墙节能保温措施及材料检测[J].城市建设旬刊，2011(4):325-326.
[2]任兵.浅谈建筑工程外墙保温技术及节能材料的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2012(35):119-120.
[3]王孝林.对建筑外墙节能保温技术和材料的论述[J].建
材与装饰旬刊，2011(3):194-195.
将从冷却塔回来的水管直接接至冷却水泵的入口，这种冷却水系统成为闭式冷却水系统，冷却水泵就不需提供将冷却水从制冷机提升到冷却塔克服水位高差所需要的能量，只需提供能量克服冷却水在管道中流动的阻力，所以所需要的水泵扬程要比开式冷却水系统小得多，因此水泵的能耗也就小很多。

另外阀门是调节管路阻力特性的主要部件，阀门的阻力会增加水泵的扬程和电耗，所以应尽量避免使用阀门调节阻力的方法。

3.2.2 设定合适的空调系统水流量
空调系统的水流量是由空调冷热负荷和空调水供回水温差决定的，空调水供回水温差越大，空调水流量越小，从而水泵的耗电量越小。

但是空调水流量减少，流经制冷机的蒸发器时流速降低，引起换热系数降低，需要的换热面积增大，金属耗量增大。

所以经过技术经济比较，空调冷冻水的供回水温差4～6℃较经济合理，空调热水的供回水温差10℃较经济合理。

3.3 改善空调系统控制
3.3.1 采用楼宇设备自动控制技术对空调末端装置进行控制
在智能建筑中通常采用楼宇设备自控系统，对中央空调系统末端的新风机、回风机、变风量风机、风机盘管等装置进行状态监视和使用的“精细化”控制，以实现节能的目的。

3.3.2 采用通用变频器对中央空调系统中的水泵和风
机进行控制
为降低中央空调系统的能源浪费，宜采用通用变频器来控制空调系统的水泵和风机，通过对供、回水压差或温差的采集，对水泵和风机进行PID调节，以达到节能效果。

总言之，建筑物在暖通空调方面存在的问题可以找到解决的措施，这就要求我们在以后工作中要对其进行合理的规划设计，同时，要遵守采暖通风设计的基本原则，以此更好的完成建筑物的设计工作，同时也能实现节能的目的，保证人们的生活环境不受到影响。

参考文献
[1]李延辉.建筑暖通空调节能优化设计措施浅谈[J].建筑
知识：学术刊，2013(12):460.
[2]蔡孝凯.建筑暖通系统设计中的节能问题探讨[J].中国
科技纵横，2012(3):51.
[3]李琳.建筑暖通节能设计探究[J].中国科技博览，2012 (36):280.。