暖通空调设计与节能初探期刊论文发表

　　摘要：暖通空调系统的节能不容忽视，降低暖通空调系统的能耗对减少建筑系统总能耗的意义重大，为了有效地解决暖通空调系统带来的健康和环境问题，同时对缓解用电紧张局面，优化能源结构和提高能源利用率也具有十分重要的意义。本文阐明了暖通空调系统节能的关注要点，分析研究了暖通空调系统中的节能技术。

　　关键词：暖通,空调系统,节能技术

　　随着社会的发展，建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大，在发达国家已达到40%，据统计在湖南省也达到27.8%，在城市远高于这个比例。而在建筑能耗里，用于暖通空调的能耗又占建筑能耗的30%～50%，且在逐年上升。随着人均建筑面积的不断增大，暖通空调系统的广泛应用，用于暖通空调系统的能耗将进一步增大。这势必会使能源供求矛盾进一步激化。另一方面，现有的暖通空调系统所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源，其中电能占了绝对比例。对这些能源的大量使用，使得地球资源日益匮乏，同时也带来严重的环境问题。

　　一、暖通空调设计的关键点分析

　　1、目前暖通空调普遍具备其独立的热源与冷源系统，从而使热水供应、制冷、采暖、空调等建筑要求得到满足。同时，考虑到建筑项目的使用效率，暖通空调系统的锅炉房通常设置于建筑屋顶或是地下室，这样一来，也给暖通空调的设计带来了一定的难度。

　　2、高层建筑暖通空调系统存在较大的静水压力，使其室外管网水力工作情况受到直接的影响，故暖通空调系统的形式以及连接室外管网相较于多层建筑，存在着较多的差异。

　　3、暖通空调系统在设计时，其送风方式应合理。自顶棚送风并在下部回风为上送下回方式，目前的建筑大多利用射程与风量可调节的风口，使送风风速有效提高。而侧送下回方式则通常在3米高度设置送风口，并必须与建筑装饰设计的实际情况相结合，从而使风口位置能够与室内美观形成和谐统一，另外还需要对气流组织进行精确计算。

　　二、暖通空调系统节能的关注要点

　　要实现空调系统的节能降耗，已经具备了许多成熟的条件，但同时也存在许多问题有待于解决：

　　1、暖通空调系统的设计管理问题

　　空调系统的设计对空调系统的节能性有着重要的影响。然而在实际中往往得不到一些设计部门和设计人员的足够重视，使得设计建造的系统不仅初期投资大，运行能耗也相当惊人，大大超过了国家标准。据实测，有的公共建筑的空调能耗占建筑总能耗的60%。为此，我们有必要建议政府有关职能部门加强对暖通空调设计项目的管理，可以委托相关技术部门如学会等对设计图纸文件进行严格审查，对未达到国家有关节能标准的设计严禁施工建造。

　　2、暖通空调系统的运行管理问题

　　除设计外，我们发现运行管理也起着重要的作用。有些单位的空调系统，一年四季只有开机关机和冬夏季转换操作，显然系统达不到相应的节能效果。为此要求运行管理人员不仅要有强烈的责任心，上岗前还必须要进行系统的培训和考核，对没有达到要求的，应重新培训，考核合格后才能上岗。在调查中我们发现，同样一套系统，管理人员不同，系统的能耗大不相同，有的甚至相差50%以上。

　　3、新型空调方式、控制方法及新的节能技术的开发应用问题

　　如前所述，采用新型空调方式、新的控制方法，不仅能显著提高热舒适性而且可以使系统大幅度节能。现已有各大城市(如上海、深圳)在采用新型空调方式和控制方法的研究和使用，并且已经取得了一些可喜的成果，只要政府部门略加扶持这些成果将很快能得到适用，并形成产业化。这些项目的实施，将对大中城市的能源、环境和经济都会起到巨大的推动作用。

　　4、公众对空调系统作用的理解观念问题

　　对于舒适性空调系统，从本专业的角度来讲就是使人体有好的热舒适性。而在社会上我们常常发现一种这样的观念：认为空调在夏季是越冷冬季越热效果越好。这显然与舒适性空调的出发点相违背的。事实上，这样不仅大大增大了空调系统的能耗，同时由于室内外温差的增大，也使人体对不同环境的适应性下降，身体免疫力降低。这些可以通过宣传改变人们的观念。

　　三、暖通空调系统设计中的节能技术

　　1、科学设置计算负荷值

　　冷热负荷是空调与供暖工程设计中最重要的基础数据，是确定供暖与空调冷、热源容量，空气处理设备能力，输送管道尺寸等的依据。目前，有些设计人员在施工图设计阶段，往往不加区别地将设计手册或技术措施中的单位建筑面积冷、热负荷指标直接用作确定施工图设计阶段空调与供暖冷、热负荷的依据，导致冷热源设备装机容量偏大、水泵配置偏大、末端设备偏大、管道直径偏大的“四大”现象。其结果是工程的初投资增高，运行费用和能耗增大，给国家和投资方造成巨大损失。在方案设计和初步设计阶段，由于建筑设计还达不到给出详细构造、门窗尺寸等深度，不能满足供暖与空调负荷计算的需要。在统计过程中普遍发现，由于各个工程的实际情况千差万别，所以计算得出的负荷指标有较大差异，数值分布比较离散，回归结果很难获得理想的相关系数。因此，不得不采取分上、下限用两条曲线来进行回归。

　　2、合理确定室内设计参数

　　(1)决定空调系统的能耗情况除了室内散湿发热量、外围护结构以及室外气象参数外，室内湿温度设计标准也是其中的关键因素。在确保使用场地需求得到满足的同时，在夏季提高室内设计温度1摄氏度，就能够使热负荷减少11.2%，空调湿度调高10%，则能够节约能耗约17%。经测算结果显示，如果在夏季将温度提升1摄氏度，则能够使初投资下降6%左右，其运行费用相应减少约8%。

　　(2)在空调总负荷中，新风负荷占到20%至40%，而新风引进的主要目的是空调内外压差的保持与卫生需求，因此必须根据实际情况来制定新风负荷，从而使风机盘管、水泵、冷却塔、主机等能耗有效降低。

　　3、合理选择设计方案

　　(1)空调系统新风量的大小不仅与能耗、初投资和运行费用密切相关，而且关系到人体的健康，设计人员进行工程设计时，不应随意增加或减少。另外，在人员密度相对较大且变化较大的房间，宜采用新风需求控制，即根据室内CO2浓度检测值增加或减少新风量，使CO2浓度始终维持在卫生标准规定的限值内;风机盘管机组加新风空调系统的新风口应单独设置，或布置在风机盘管机组出风口的旁边，不应将新风接至风机盘管机组的回风吸入口处，以免减少新风量或削弱风机盘管处理室内回风的能力。

　　(2)房间面积或空间较大、人员较多时有必要集中进行温湿度控制管理。全空气空调系统具有易于改变新、回风比例，必要时可实现全新风运行，从而获得较大的节能效益和环境效益，且易于集中处理噪声、过滤净化和控制空调区的温湿度、设备集中、方便维修和管理等优点;建筑空间高度大于或等于10m且体积大10000m3时，宜采用分层空调系统。与全室性空调方式相比，分层空调系统夏季可节省冷量30%左右，因此，能减少运行能耗和初投资。对于民用建筑中的中庭等高大空间，通常来说，人员在底层活动，因此舒适性范围大约为地面以上2m—3m。采用分层空调，其目的是将这部分范围的空气参数控制在使用要求之内，3m以上的空间则处于“不保证”的范畴。

　　(3)在进行建筑设计时，应全面考虑暖通空调的能耗问题。以建筑物使用功能为依据进行合理划分，并对于不同的区域采用相应的空调设计方案，尽量在功能相近的区域使用同一套系统，从而使空调负载率与使用系数大幅度提升，使空调系统能够在高效率的条件下运行。

　　4、气流组织设计

　　气流组织，是设计者要组织空气合理的流动。大多数空调与通风系统都需要向房间或被控制区送入和排出空气，不同形状的房间、不同的送风口和回风口形式和布置、不同大小的送风量都影响室内空气的流速分布、温湿度分布和污染物浓度分布。室内气流速度、温湿度都是人体热舒适的要素，而污染物浓度是空气品质的重要指标。因此，要想使房间内人群的活动区域成为一个温湿度适宜，空气品质优良的环境，不仅要有合理的系统形式及对空气的处理方案，而且要有合适的空气分布。合理的气流组织有助于空调系统的节能。如一般大空间区域(如体育场馆)划分有空调风系统多个，同时设计屋架顶排风、回风以及座椅下送风模式，在保证了新风充足的同时，又避免将屋顶吸热及灯光产生的空调负荷向观众区传输，大大减少了空调负荷，起到良好的节能效果，并且达到节能的重要作用。

　　5、供暖系统设计

　　常规的采暖系统设计主要是散热器采暖系统及低温地暖系统， 在设计低温地暖系统时，应配置温控阀;在设计散热器采暖系统时与散热器相连的供水支管设置控调节阀，使设计达到节能的效果。

　　6、水力平衡装置的设置

　　在供暖与空调水系统中合理地设置水力平衡装置，是系统水力失调、降低系统能耗、创造舒适人工环境的全新解决方案和有效的技术措施，其设置原则如下：对于定流量系统，设计人员应首先通过管路和系统设计来实现各环路的水力平衡，即“设计平衡”;当由于管径、流速等原因的确无法做到“设计平衡”时，应考虑采用静态水力平衡阀通过初调试来实现水力平衡的方式;当设计认为系统可能出现由于运行管理原因导致水量波动较大时，宜采用阀权度要求较高、阻力较大的动态流量平衡阀;对于变流量系统来说，除了某些需要特定定流量的场所或特殊要求外，不应在系统中设置动态流量平衡阀，而应设置动态压差控制阀;除规模较小的供热系统经过计算可以满足水力平衡外，一般供热系统室外供热管线较长，计算不易达到水力平衡。为了避免设计不当造成水力不平衡，一般供热系统均应在建筑物的热力入口处设置静态水力平衡阀，并应根据水力计算和建筑物内供暖系统所采用的调节方式，决定是否还要设置动态流量平衡阀或动态压差控制阀，否则出现不平衡问题时将无法调节。经过水力计算需要设置时，对于室内垂直单管跨越式供暖系统，其热力入口处应设置动态流量平衡阀;对于室内双管供暖系统，其热力入口应设置动态压差控制阀;在组合式空调器、新风机组的供回水管路上宜设置动态平衡电动调节阀，该阀比采用普通的电动调节阀具有更好的调节特性。

　　7、自动控制系统设计

　　自动控制系统设计对空调系统在运行中的节能起到很重要的作用，作为暖通设计者，在设计中应对空调系统自动控制提出具体要求，空调自动监控一般可按以下原则进行：

　　(1)空调、通风等采用直接数字控制(DDC)系统进行自控，可在空调控制中心显示并自动记录、打印出各系统的运行状态及主要参数，并进行集中控制。

　　(2)风机盘管采用风机就地手动控制、盘管水路二通阀就地自动控制。

　　(3)冷水机组等机电一体化设备由机组所带自控设备控制，集中监控系统进行设备群控和主要运行状态的监测。

　　(4)锅炉房、制冷机房内设备在机房控制室集中监控，但主要设备的监测纳入楼宇自动化管理系统总控制中心。

　　(5)恒温恒湿空调机的制冷、加热、加湿及温湿度控制和监测系统由机组生产厂负责设计制造，房间温湿度由楼宇自动化管理系统监测，当偏离运行范围时报警。

　　(6)其余暖通空调动力系统采用集中自动监控，纳入楼宇自动化管理系统。

　　(7)采用集中控制的设备和自控阀均要求就地手动和控制室自动控制，控制室能够监测手动/自动控制状态。

　　四、结束语

　　总之，暖通空调系统是现代建筑中非常重要的组成部分，该系统节能水平在绿色节能建筑能耗中也起着非常重要的作用，因此被认为是具有战略性的问题，要实现暖通空调系统节能则必须从设计入手，研发更为高效的节能系统，并在整个施工中实施全过程控制确保施工质量方能最终实现更为高效的节能效果。

　　参考文献：

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