建筑暖通空调系统节能设计浅析

建筑暖通空调系统节能设计浅析

发表时间：2019-04-26T15:06:28.063Z 来源：《基层建设》2019年第3期作者：卢建良

[导读] 摘要：随着经济的发展，我国的总社会能耗不断攀升。

南宁市建筑设计院南宁 530002

摘要：随着经济的发展，我国的总社会能耗不断攀升。在我国能耗体系中，建筑能耗和工业能耗、交通能耗并称为“三大能耗”，其中建筑能耗约占总能耗的35%，而在建筑能耗中，空调能耗占比最大，约为65%~70%。城镇化进程的推进带来了建筑业的迅猛发展，建筑能耗不断增加，其占社会总能耗已达30%左右。暖通空调能耗的增加，势必带来社会总能耗的增加，同时也会带来二氧化碳排放增多等环境问题。因此，对暖通空调系统的节能研究显得尤其必要。本文分析了暖通空调能耗的组成，并分别就设计和运行阶段提出了节能措施。关键词：暖通空调系统；节能；设计阶段；运行阶段

引言

暖通空调系统在建筑中的能耗占比巨大，因此对其节能性研究十分必要。文中在分析暖通空调系统能耗的组成的基础上，分别就设计阶段和运行阶段空调系统的节能给出了相应的节能措施和建议。本研究对促进暖通空调系统节能工作意义明显。

1 空调系统能耗的构成

一般对于大型水冷空调系统而言，能耗由制冷主机、末端和输送系统的3部分能耗组成。对于暖通空调系统而言，其能耗最大的部分是冷水机组。冷水机组的额定功率从100-1000kW不等，其提供的冷冻水（7℃）为建筑提供冷量，供水温度的高低直接影响机组的负荷；末端为空气处理设备，通过空气间的冷热交换在夏季带走热量，在冬季供给热量；输送设备一般包括水系统的水泵能耗和空气系统的风机能耗，水泵功率从10-100kW，风机一般从1-10kW，虽然单体功率相较于冷水机组较小，但数量较多，带来的总体能耗在空调系统中占有相当比例。

2 设计阶段的节能措施

2.1 冷热源的优化设计

在空调系统的能耗中，冷热源可以占到系统总能耗的60%以上，所以冷热源的设计是系统设计的重中之重。一般而言，空调系统的主机都按最大负荷进行设计，而空调系统在不同工况时有一条最佳曲线，满足此曲线时，系统的运行效率最高，这一点往往被设计师在设计阶段被忽略。在设计时，应控制主机尽可能满足特性曲线，还应注意合理选择主机功率，如根据使用负荷去选择大小结合的主机，这样当系统处于小负荷时，可以切换到小容量主机的运行，达到明显的节能效果。目前，随着冷水机组技术不断发展，大多数厂家的离心式冷水机组及磁悬浮冷水机组不仅在较高负荷运行下性能最好，在部分负荷运行下依然保证着较高的性能，低负荷运行下已无喘振现象，机组额定功率下COP值已突破7甚至达到8的高标准，因此在选择冷热源时也应选择技术性能较高的的主机。此外，室内参数的选取对主机负荷的影响较大。在设计时，应避免夏季采用过低温度和冬季采用过高温度。设计时避免送风温度过低。假设同样的室温条件下，送风温度由18℃降低为14℃的话，能耗会增加1/4左右，这样会带来系统总能耗的攀升。从健康、舒适和节能的角度，夏季室内设计温度应比室外低5℃-8℃%。

2.2 合理的自控系统设计

暖通空调的自控不仅可以节约人力，还可以保证室内各参数处于设定值，达到节能运行的目的。随着计算机和自控技术的发展，系统应采用先进的软件对系统运行和能耗进行实时监控，可以实现系统的数据统计和上传，保证系统处于节能运行的状态。对于舒适性空调而言，空气温度、湿度、风速、环境温度等参数都会对居住者的身体健康带来影响。现有的控制系统往往只是监测空气温湿度，甚至仅仅监测温度，是不全面的。热湿环境的研究结果为我们采用新的控制方法提供了依据，如可以采用舒适性评价指标，即体感指标来作为新的控制参数，这样既满足了室内居住者的健康，又可以达到节能的目的。

2.3 热回收的利用

在夏季，如室内排风温度低于室外新风温度，这一部分冷量可以回收。具体而言，是通过新风交换机将排风的冷量加以交换传递给室外新风，室外新鲜的空气在进入室内之前得到预冷，而较污浊的冷风在排出之前将部分冷量“留在室内”，从而达到节能的目的。现有设备有板翅式换热器和转轮式冷量回收等方式。如板翅式为纸质的，可以实现传热的同时传质，即全热交换；如果板翅式为铝片，则只能传热，即实现显热交换。对于有较大排风量和新风量要求的生化实验室，排风由于带有污染无法采用传统的板翅式和转轮式换热器进行进、排风交换，这种情况下可采用新型热管换热技术，将排风的冷量传递给室外新风。

对有热水需求的建筑，例如：酒店、医院等，可采用带冷凝热回收的空调主机，将处于冷凝器的冷凝热回收用来制取免费生活热水。

2.4 可再生能源的利用

随着空调能耗的增加，一方面导致不可再生能源的大量消耗，另一方面带来严重的环境污染。可再生能源、清洁能源用于暖通空调系统，在近年来得到长足的发展。地源热泵系统为其中之一，其原理是利用土壤或地下水这样的天然巨大的冷源，在夏季将热量排至土壤或地下水中，在冬季再从中吸取热量。一方面土壤或地下水的比热大于空气，换热效果较好，二来此种方式可以减小城市的热岛效应，从而进一步减少整个城市的能耗。另一种可再生能源利用——太阳能热泵技术，在近年来也得到了较多的应用。在供热时，热泵的效率永远大于1，从这一点来看，该系统的节能性明显好于电制热，太阳能和储能技术的联合应用，进一步提升了热泵的节能性，在有条件的地区，该系统应该加大推广力度。

3 运行阶段的节能措施

3.1 主机节能运行

因为空调主机的能耗在系统中占比最大，所以其节能性运行不可忽视。目前有的系统采用多台主机并联的方式，在对建筑不同场所的空调负荷进行调查分析后，寻求最佳的启停控制方式。在此过程中，有些细节需要注意，如多台机组并联时，应先关闭不开启主机的进水阀门，否则压力降增大时，操作员往往选择加大关闭主机的阀门，这样会造成冷量的浪费。对于采用变频技术的主机，当系统处于部分负荷时，应制定相关的运行策略，使主机保持在高效的运行区间。此种主机的节能运行方式值得借鉴。

3.2 冷却塔的节能运行

影响冷却塔冷却能力的因素有循环水量、水温、风量以及当地空气的干湿温度。目前运行方式有：