暖通空調(diào)設(shè)計與節(jié)能初探期刊論文發(fā)表

　　摘要：暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能不容忽視，降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗對減少建筑系統(tǒng)總能耗的意義重大，為了有效地解決暖通空調(diào)系統(tǒng)帶來的健康和環(huán)境問題，同時對緩解用電緊張局面，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和提高能源利用率也具有十分重要的意義。本文闡明了暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)注要點，分析研究了暖通空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：暖通,空調(diào)系統(tǒng),節(jié)能技術(shù)

　　隨著社會的發(fā)展，建筑能耗在總能耗中所占的比例越來越大，在發(fā)達國家已達到40%，據(jù)統(tǒng)計在湖南省也達到27.8%，在城市遠高于這個比例。而在建筑能耗里，用于暖通空調(diào)的能耗又占建筑能耗的30%～50%，且在逐年上升。隨著人均建筑面積的不斷增大，暖通空調(diào)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗將進一步增大。這勢必會使能源供求矛盾進一步激化。另一方面，現(xiàn)有的暖通空調(diào)系統(tǒng)所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源，其中電能占了絕對比例。對這些能源的大量使用，使得地球資源日益匱乏，同時也帶來嚴重的環(huán)境問題。

　　一、暖通空調(diào)設(shè)計的關(guān)鍵點分析

　　1、目前暖通空調(diào)普遍具備其獨立的熱源與冷源系統(tǒng)，從而使熱水供應(yīng)、制冷、采暖、空調(diào)等建筑要求得到滿足。同時，考慮到建筑項目的使用效率，暖通空調(diào)系統(tǒng)的鍋爐房通常設(shè)置于建筑屋頂或是地下室，這樣一來，也給暖通空調(diào)的設(shè)計帶來了一定的難度。

　　2、高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)存在較大的靜水壓力，使其室外管網(wǎng)水力工作情況受到直接的影響，故暖通空調(diào)系統(tǒng)的形式以及連接室外管網(wǎng)相較于多層建筑，存在著較多的差異。

　　3、暖通空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計時，其送風方式應(yīng)合理。自頂棚送風并在下部回風為上送下回方式，目前的建筑大多利用射程與風量可調(diào)節(jié)的風口，使送風風速有效提高。而側(cè)送下回方式則通常在3米高度設(shè)置送風口，并必須與建筑裝飾設(shè)計的實際情況相結(jié)合，從而使風口位置能夠與室內(nèi)美觀形成和諧統(tǒng)一，另外還需要對氣流組織進行精確計算。

　　二、暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)注要點

　　要實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗，已經(jīng)具備了許多成熟的條件，但同時也存在許多問題有待于解決：

　　1、暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計管理問題

　　空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計對空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性有著重要的影響。然而在實際中往往得不到一些設(shè)計部門和設(shè)計人員的足夠重視，使得設(shè)計建造的系統(tǒng)不僅初期投資大，運行能耗也相當驚人，大大超過了國家標準。據(jù)實測，有的公共建筑的空調(diào)能耗占建筑總能耗的60%。為此，我們有必要建議政府有關(guān)職能部門加強對暖通空調(diào)設(shè)計項目的管理，可以委托相關(guān)技術(shù)部門如學會等對設(shè)計圖紙文件進行嚴格審查，對未達到國家有關(guān)節(jié)能標準的設(shè)計嚴禁施工建造。

　　2、暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行管理問題

　　除設(shè)計外，我們發(fā)現(xiàn)運行管理也起著重要的作用。有些單位的空調(diào)系統(tǒng)，一年四季只有開機關(guān)機和冬夏季轉(zhuǎn)換操作，顯然系統(tǒng)達不到相應(yīng)的節(jié)能效果。為此要求運行管理人員不僅要有強烈的責任心，上崗前還必須要進行系統(tǒng)的培訓和考核，對沒有達到要求的，應(yīng)重新培訓，考核合格后才能上崗。在調(diào)查中我們發(fā)現(xiàn)，同樣一套系統(tǒng)，管理人員不同，系統(tǒng)的能耗大不相同，有的甚至相差50%以上。

　　3、新型空調(diào)方式、控制方法及新的節(jié)能技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用問題

　　如前所述，采用新型空調(diào)方式、新的控制方法，不僅能顯著提高熱舒適性而且可以使系統(tǒng)大幅度節(jié)能。現(xiàn)已有各大城市(如上海、深圳)在采用新型空調(diào)方式和控制方法的研究和使用，并且已經(jīng)取得了一些可喜的成果，只要政府部門略加扶持這些成果將很快能得到適用，并形成產(chǎn)業(yè)化。這些項目的實施，將對大中城市的能源、環(huán)境和經(jīng)濟都會起到巨大的推動作用。

　　4、公眾對空調(diào)系統(tǒng)作用的理解觀念問題

　　對于舒適性空調(diào)系統(tǒng)，從本專業(yè)的角度來講就是使人體有好的熱舒適性。而在社會上我們常常發(fā)現(xiàn)一種這樣的觀念：認為空調(diào)在夏季是越冷冬季越熱效果越好。這顯然與舒適性空調(diào)的出發(fā)點相違背的。事實上，這樣不僅大大增大了空調(diào)系統(tǒng)的能耗，同時由于室內(nèi)外溫差的增大，也使人體對不同環(huán)境的適應(yīng)性下降，身體免疫力降低。這些可以通過宣傳改變?nèi)藗兊挠^念。

　　三、暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中的節(jié)能技術(shù)

　　1、科學設(shè)置計算負荷值

　　冷熱負荷是空調(diào)與供暖工程設(shè)計中最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是確定供暖與空調(diào)冷、熱源容量，空氣處理設(shè)備能力，輸送管道尺寸等的依據(jù)。目前，有些設(shè)計人員在施工圖設(shè)計階段，往往不加區(qū)別地將設(shè)計手冊或技術(shù)措施中的單位建筑面積冷、熱負荷指標直接用作確定施工圖設(shè)計階段空調(diào)與供暖冷、熱負荷的依據(jù)，導致冷熱源設(shè)備裝機容量偏大、水泵配置偏大、末端設(shè)備偏大、管道直徑偏大的“四大”現(xiàn)象。其結(jié)果是工程的初投資增高，運行費用和能耗增大，給國家和投資方造成巨大損失。在方案設(shè)計和初步設(shè)計階段，由于建筑設(shè)計還達不到給出詳細構(gòu)造、門窗尺寸等深度，不能滿足供暖與空調(diào)負荷計算的需要。在統(tǒng)計過程中普遍發(fā)現(xiàn)，由于各個工程的實際情況千差萬別，所以計算得出的負荷指標有較大差異，數(shù)值分布比較離散，回歸結(jié)果很難獲得理想的相關(guān)系數(shù)。因此，不得不采取分上、下限用兩條曲線來進行回歸。

　　2、合理確定室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

　　(1)決定空調(diào)系統(tǒng)的能耗情況除了室內(nèi)散濕發(fā)熱量、外圍護結(jié)構(gòu)以及室外氣象參數(shù)外，室內(nèi)濕溫度設(shè)計標準也是其中的關(guān)鍵因素。在確保使用場地需求得到滿足的同時，在夏季提高室內(nèi)設(shè)計溫度1攝氏度，就能夠使熱負荷減少11.2%，空調(diào)濕度調(diào)高10%，則能夠節(jié)約能耗約17%。經(jīng)測算結(jié)果顯示，如果在夏季將溫度提升1攝氏度，則能夠使初投資下降6%左右，其運行費用相應(yīng)減少約8%。

　　(2)在空調(diào)總負荷中，新風負荷占到20%至40%，而新風引進的主要目的是空調(diào)內(nèi)外壓差的保持與衛(wèi)生需求，因此必須根據(jù)實際情況來制定新風負荷，從而使風機盤管、水泵、冷卻塔、主機等能耗有效降低。

　　3、合理選擇設(shè)計方案

　　(1)空調(diào)系統(tǒng)新風量的大小不僅與能耗、初投資和運行費用密切相關(guān)，而且關(guān)系到人體的健康，設(shè)計人員進行工程設(shè)計時，不應(yīng)隨意增加或減少。另外，在人員密度相對較大且變化較大的房間，宜采用新風需求控制，即根據(jù)室內(nèi)CO2濃度檢測值增加或減少新風量，使CO2濃度始終維持在衛(wèi)生標準規(guī)定的限值內(nèi);風機盤管機組加新風空調(diào)系統(tǒng)的新風口應(yīng)單獨設(shè)置，或布置在風機盤管機組出風口的旁邊，不應(yīng)將新風接至風機盤管機組的回風吸入口處，以免減少新風量或削弱風機盤管處理室內(nèi)回風的能力。

　　(2)房間面積或空間較大、人員較多時有必要集中進行溫濕度控制管理。全空氣空調(diào)系統(tǒng)具有易于改變新、回風比例，必要時可實現(xiàn)全新風運行，從而獲得較大的節(jié)能效益和環(huán)境效益，且易于集中處理噪聲、過濾凈化和控制空調(diào)區(qū)的溫濕度、設(shè)備集中、方便維修和管理等優(yōu)點;建筑空間高度大于或等于10m且體積大10000m3時，宜采用分層空調(diào)系統(tǒng)。與全室性空調(diào)方式相比，分層空調(diào)系統(tǒng)夏季可節(jié)省冷量30%左右，因此，能減少運行能耗和初投資。對于民用建筑中的中庭等高大空間，通常來說，人員在底層活動，因此舒適性范圍大約為地面以上2m—3m。采用分層空調(diào)，其目的是將這部分范圍的空氣參數(shù)控制在使用要求之內(nèi)，3m以上的空間則處于“不保證”的范疇。

　　(3)在進行建筑設(shè)計時，應(yīng)全面考慮暖通空調(diào)的能耗問題。以建筑物使用功能為依據(jù)進行合理劃分，并對于不同的區(qū)域采用相應(yīng)的空調(diào)設(shè)計方案，盡量在功能相近的區(qū)域使用同一套系統(tǒng)，從而使空調(diào)負載率與使用系數(shù)大幅度提升，使空調(diào)系統(tǒng)能夠在高效率的條件下運行。

　　4、氣流組織設(shè)計

　　氣流組織，是設(shè)計者要組織空氣合理的流動。大多數(shù)空調(diào)與通風系統(tǒng)都需要向房間或被控制區(qū)送入和排出空氣，不同形狀的房間、不同的送風口和回風口形式和布置、不同大小的送風量都影響室內(nèi)空氣的流速分布、溫濕度分布和污染物濃度分布。室內(nèi)氣流速度、溫濕度都是人體熱舒適的要素，而污染物濃度是空氣品質(zhì)的重要指標。因此，要想使房間內(nèi)人群的活動區(qū)域成為一個溫濕度適宜，空氣品質(zhì)優(yōu)良的環(huán)境，不僅要有合理的系統(tǒng)形式及對空氣的處理方案，而且要有合適的空氣分布。合理的氣流組織有助于空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。如一般大空間區(qū)域(如體育場館)劃分有空調(diào)風系統(tǒng)多個，同時設(shè)計屋架頂排風、回風以及座椅下送風模式，在保證了新風充足的同時，又避免將屋頂吸熱及燈光產(chǎn)生的空調(diào)負荷向觀眾區(qū)傳輸，大大減少了空調(diào)負荷，起到良好的節(jié)能效果，并且達到節(jié)能的重要作用。

　　5、供暖系統(tǒng)設(shè)計

　　常規(guī)的采暖系統(tǒng)設(shè)計主要是散熱器采暖系統(tǒng)及低溫地暖系統(tǒng)， 在設(shè)計低溫地暖系統(tǒng)時，應(yīng)配置溫控閥;在設(shè)計散熱器采暖系統(tǒng)時與散熱器相連的供水支管設(shè)置控調(diào)節(jié)閥，使設(shè)計達到節(jié)能的效果。

　　6、水力平衡裝置的設(shè)置

　　在供暖與空調(diào)水系統(tǒng)中合理地設(shè)置水力平衡裝置，是系統(tǒng)水力失調(diào)、降低系統(tǒng)能耗、創(chuàng)造舒適人工環(huán)境的全新解決方案和有效的技術(shù)措施，其設(shè)置原則如下：對于定流量系統(tǒng)，設(shè)計人員應(yīng)首先通過管路和系統(tǒng)設(shè)計來實現(xiàn)各環(huán)路的水力平衡，即“設(shè)計平衡”;當由于管徑、流速等原因的確無法做到“設(shè)計平衡”時，應(yīng)考慮采用靜態(tài)水力平衡閥通過初調(diào)試來實現(xiàn)水力平衡的方式;當設(shè)計認為系統(tǒng)可能出現(xiàn)由于運行管理原因?qū)е滤坎▌虞^大時，宜采用閥權(quán)度要求較高、阻力較大的動態(tài)流量平衡閥;對于變流量系統(tǒng)來說，除了某些需要特定定流量的場所或特殊要求外，不應(yīng)在系統(tǒng)中設(shè)置動態(tài)流量平衡閥，而應(yīng)設(shè)置動態(tài)壓差控制閥;除規(guī)模較小的供熱系統(tǒng)經(jīng)過計算可以滿足水力平衡外，一般供熱系統(tǒng)室外供熱管線較長，計算不易達到水力平衡。為了避免設(shè)計不當造成水力不平衡，一般供熱系統(tǒng)均應(yīng)在建筑物的熱力入口處設(shè)置靜態(tài)水力平衡閥，并應(yīng)根據(jù)水力計算和建筑物內(nèi)供暖系統(tǒng)所采用的調(diào)節(jié)方式，決定是否還要設(shè)置動態(tài)流量平衡閥或動態(tài)壓差控制閥，否則出現(xiàn)不平衡問題時將無法調(diào)節(jié)。經(jīng)過水力計算需要設(shè)置時，對于室內(nèi)垂直單管跨越式供暖系統(tǒng)，其熱力入口處應(yīng)設(shè)置動態(tài)流量平衡閥;對于室內(nèi)雙管供暖系統(tǒng)，其熱力入口應(yīng)設(shè)置動態(tài)壓差控制閥;在組合式空調(diào)器、新風機組的供回水管路上宜設(shè)置動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥，該閥比采用普通的電動調(diào)節(jié)閥具有更好的調(diào)節(jié)特性。

　　7、自動控制系統(tǒng)設(shè)計

　　自動控制系統(tǒng)設(shè)計對空調(diào)系統(tǒng)在運行中的節(jié)能起到很重要的作用，作為暖通設(shè)計者，在設(shè)計中應(yīng)對空調(diào)系統(tǒng)自動控制提出具體要求，空調(diào)自動監(jiān)控一般可按以下原則進行：

　　(1)空調(diào)、通風等采用直接數(shù)字控制(DDC)系統(tǒng)進行自控，可在空調(diào)控制中心顯示并自動記錄、打印出各系統(tǒng)的運行狀態(tài)及主要參數(shù)，并進行集中控制。

　　(2)風機盤管采用風機就地手動控制、盤管水路二通閥就地自動控制。

　　(3)冷水機組等機電一體化設(shè)備由機組所帶自控設(shè)備控制，集中監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)備群控和主要運行狀態(tài)的監(jiān)測。

　　(4)鍋爐房、制冷機房內(nèi)設(shè)備在機房控制室集中監(jiān)控，但主要設(shè)備的監(jiān)測納入樓宇自動化管理系統(tǒng)總控制中心。

　　(5)恒溫恒濕空調(diào)機的制冷、加熱、加濕及溫濕度控制和監(jiān)測系統(tǒng)由機組生產(chǎn)廠負責設(shè)計制造，房間溫濕度由樓宇自動化管理系統(tǒng)監(jiān)測，當偏離運行范圍時報警。

　　(6)其余暖通空調(diào)動力系統(tǒng)采用集中自動監(jiān)控，納入樓宇自動化管理系統(tǒng)。

　　(7)采用集中控制的設(shè)備和自控閥均要求就地手動和控制室自動控制，控制室能夠監(jiān)測手動/自動控制狀態(tài)。

　　四、結(jié)束語

　　總之，暖通空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑中非常重要的組成部分，該系統(tǒng)節(jié)能水平在綠色節(jié)能建筑能耗中也起著非常重要的作用，因此被認為是具有戰(zhàn)略性的問題，要實現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能則必須從設(shè)計入手，研發(fā)更為高效的節(jié)能系統(tǒng)，并在整個施工中實施全過程控制確保施工質(zhì)量方能最終實現(xiàn)更為高效的節(jié)能效果。

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