暖通空调系统节能设计问题探析

孙芳

摘要：节能主要是指强化用能管理,运用技术可行、经济合理和环境与社会能够承担的有效措施,从而减少能源的生产、消费等各环节的损失与浪费, 以便于更为有效地运用能源。本文对暖通空调系统节能设计问题进行了探讨。

关键词：暖通空调；系统节能；设计方向

Abstract: the energy saving is mainly refers to strengthen management in the use of energy, the use of technology, reasonable economy and feasible environmental and social can afford effective measures, so as to reduce energy consumption, production on the aspect of loss and waste, so as to use energy more effectively. In this paper, the hvac system energy saving design are discussed.

Keywords: hvac; System energy saving; Design direction

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

节能主要是指强化用能管理,运用技术可行、经济合理和环境与社会能够承担的有效措施,从而减少能源的生产、消费等各环节的损失与浪费, 以便于更为有效地运用能源。目前, 节能主要有再生能源和新能源的开发利用。随着我国经济的发展, 暖通空调已十分普遍地运用到公共建筑及居民住宅之中, 在改进人们的生活条件的基础上,同时也浪费了大量的电能, 使能源与环境问题变得更加尖锐。

一、暖通空调系统节能设计方面存在的问题

1、设计的理念问题

合理的设计是节能的前提。目前一些设计人员重视不够，设计时盲目套用经验值，从而造成初投資的增大，运行能耗惊人，因此建议政府职能部门及有关的节能审查机构，加大对暖通空调节能的监察力度，增强设计人员的节能意识，使节能工作真正落到实处。

2、新技术的推广问题

新技术在暖通空调系统中的应用，为节能提供了一个新的方向。例如地源热泵空调系统、太阳能制冷供热系统，不仅可以实现可再生能源的有效利用，并且可以带来显著的经济效益，是值得大力推广的。但是同任何新技术一样，这些新技术在造价上往往偏高，而且使用的地域条件有一定的限制，并且从技术上讲还存在着许多需要改进提高的地方。因此，对于新的节能技术，我们应当因地制宜，总结经验，积极推广。

二、暖通空调系统节能设计应采取的措施

1、从设计入手，合理选择、设计暖通空调系统，使其在高效、经济的状况下运行设计是工程的龙头，系统设计的优劣直接影响其使用性能。而建筑负荷计算是设计的重要内容之一，当前普遍存在一个现象就是设计工期短，许多设计人员为了节省时间，错误地利用设计手册中供方案设计或初步设计时估算冷、热负荷用的单位建筑面积冷、热负荷指标，直接作为施工图设计阶段确定冷热负荷的依据，往往使得总负荷偏大，从而导致空调采暖设备偏大，初投资增高,运行费用增加，能量消耗增加。

2、结合实际情况，合理选择空调冷热源，力求实现冷热源的多元化

随着暖通空调系统的广泛应用，对不可再生能源的消耗也大幅度上升，同时对生态环境的破环也日趋加剧。如何合理的选择冷热源，已经引起了各方的广泛关注。

3、加强冷热回收利用的研究运用工作，实现能源利用的最大化

提高暖通空调系统的能源利用率也是实现空调节能的途径之一。热回收主要是通过系统中安装的能量回收装置，用排风中的能量来处理新风，就可以减少处理新风所需的能量，降低机组负荷，达到节能的目的。在选择热回收装置时，应当结合当地气候条件、经济状况、工程的实际情况、排风中有害气体的情况等多种因素综合考虑，以确定选用合适的热回收装置，从而达到花较少的投资，回收较多的热(冷)量的目的。

4、采用新型节能舒适健康的空调及采暖方式

影响人体热舒适性的环境参数众多，不同的环境参数组合可以得到相同的热舒适性效果，但对于不同热湿参数组合的环境其空调系统的能耗是不相同的。

5、着力开发可再生能源,积极推广新能源

由于空调系统中所使用的高品位、不可再生能源所引起的资源环境问题也日益突出，必须开发一些合理有效的可再生能源以缓解目前的紧张局面。地热(冷)能和太阳能等可再生资源应用于空调制冷，具有一定的优势，而且清洁无污染。地源热泵是一种利用浅层和深层的大地能量，包括土壤、地下水、地表水、海水、污水等作为冬季热源。

三、暖通空调系统节能的设计方向

1、根据实际情况选择合理的空调设计

(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, 《公共建筑节能设计标准(GB50189—2005)对其取值进行了规定,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。(2)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。(3)房间面积或空间较大、人员较多或有必要集中进行温、湿度控制和管理。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。(4)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。 但在冬季供暖工况下运行时并不节能,此点特别提请设计人员注意。

2、合理的负荷计算

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,所以,只能凭借经验进行估算。为了使估算更加接近实际,遂推出了“设计指标” 这个概念。“设计指标” 一般都是根据大量同类工程的单位建筑面积冷、热负荷的统计值,通过统计回归求得的,具有一定的代表性。但是,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。必须承认,“指标”只是一种粗略的统计值,在方案设计和初步设计阶段,采用指标进行估算,也是不得已而为之。在施工图设计阶段,已具备了进行详细负荷计算的充分条件。 这时,再按指标去确定负荷,显然是不恰当的。为此,《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019——2003)中第6.2.1条和 《公共建筑节能设计标准》(GB50189—2005)中第5.1.1条,已经明确规定必须进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算,并列为强制性条文。

3、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:(1)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(手动)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(例如水泵运行台数的变化等等)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。(2)对于变流量系统来说,除了某些需要特定定流量的場所(例如为了保护特定设备的正常运行)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(也称自力式压差控制阀和压差调节器)。(3)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(对定流量水系统而言)或动态压差控制阀(对变流量水系统而言) ,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。(4)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。

随着国内建筑和交通的高速发展，节能的重点已从工业逐渐转向建筑和交通。由于暖通空调系统的节能占建筑节能的主要部分，因此暖通空调系统的节能不仅关系到人们的冷暖、健康、安全、工作效果和产品质量，还关系到国家能源安全、资源消耗和环境污染是关系国计民生和国家可持续发展的重要行业。因此，我们有必要对暖通空调系统在节能方面存在的问题给予重视，使暖通空调系统具有并发挥经济性、节能性、安全性、舒适性和美观性的作用，使其对国民经济的发展和人民生活的提高带来正面效应。

参考文献：

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韩荣山 贾珊珊

摘要：随着社会的不断发展与进步，重视暖通空调系统节能设计具有重要的意义。本文主要简单探讨暖通空调系统节能设计问题。

关键词： 暖通 空调 系统 节能 设计

Abstract: with the continuous development of society and progress, and pay attention to the hvac system energy saving design is of great significance. This paper mainly discusses the hvac system simple energy saving design problem.

Keywords: hvac system energy saving design

中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：

引言

随着暖通空调的广泛应用，用于暖通空调系统能耗的比例也在不断增大 而且暖通空调系统通常是以高品质的电能为能源，这与我国部分地区相对紧张和匮乏的电力供给形成了鲜明的对比，引起了能源供求矛盾的进一步激化 因此，在暖通空调系统设计中 ,采取必要的节能措施降低其能耗，是暖通空调专业人员不可推卸的责任。本文从多个角度对民用建筑工程中暖通空调系统的节能设计措施进行了较为详细的探讨 ,以供大家在工程设计中参考。图1所示为暖通节能设计概念图。

图1暖通空调节能

1、暖通空调设计注意事项

设计方案对暖通空调工程设计的成败乃至整个工程的使用和节能关系重大。 暖通空调系统特别是中央空调系统庞大而复杂，系统设计的优劣直接影响到系统的经济运行和耗能性能，结合生产实践的设计经验，在设计阶段应加强以下两方面的工作：一方面是注重从节能角度认真进行设计方案的比较和优选，例如对冷热源系统的选择，因为暖通空调系统所消耗的能量大部分是在冷热源系统中消耗掉的，选择冷热源系统不仅需要考虑它的初投资和运行费用，还应结合当地的能源结构和建筑使用功能特点对耗能指标进行分析比较。再例如，在系统形式选择和划分时应注意考虑不同朝向，周边区与内区之间的差异，系统应分开设置应用能源技术或分环，以便分系统或分环控制和调节，这样可以避免某些区域出现夏季过冷或冬季过热的现象，造成不必要的能量损耗。尤其应注意控制两种倾向：一种倾向是不管节能效果如何而盲目地追求新技术的倾向，认为采用最新技术的设计方案就是最佳的设计方案。实际上每种方案都有其适用条件和范围，若从降低运行费用和能耗指标方面考虑，先进的技术方案就可能变成不合理甚至是不可行的方案;一种设计方案对某个工程项目可能是最佳方案，但对于另一个工程项目就可能是不可行的方案。另外一种倾向是认为复杂的方案就是高水平的方案，但实际上系统越复杂，通常其设备越多，不仅投资和运行费用高，系统的可靠性和可控性也差，节能效果相应也就相对较差。总而言之，在确定空调设计方案时务必结合工程的具体情况，根据负荷特性，建筑使用功能要求和环境控制特点等多方因素，注意从节能角度通过全面技术经济分析比较后确定出最佳合理的设计方案，确保系统的运行与被控制的环境有最佳的配合，以达到在有良好的环境控制质量条件下既经济又节能的目的。另一方面，须认真进行设计计算 首先应根据工程具体情况对空调运行季节进行全工况、全过程的分析计算，寻找出一个比较合理的设计方案，使空调系统在不同的室外气象参数或室内状况下都能经济合理地运行，为在运行中节能奠定基础。其次是通过认真计算，合理确定系统的冷热负荷及风水管道阻力，选择合适的冷热源设备和水泵风机等动力设备，确保所选择的各项设备能恰好处在最佳工况状态下运行。切忌不经计算和按照水泵或风机的特性曲线选择设备，而盲目地按水泵或风机样本的铭牌参数选择流量全压过大的泵与风机，导致设备运行中造成不必要的能量损耗。另外，在有条件或系统允许的情况下，应在对系统总能耗进行综合比较的基础上，合理加大系统的介质温差，以减少系统的水流量和送风量，降低输送过程中的能耗

2、暖通空调系统的节能设计措施

2.1通过节能的设计实现合理节能的暖通空调系统

暖通空调系统的节能设计还应从技术层面着手，选择较为合理且在现有的条件下易于实现的节能技术措施，从而能建立高效节能的空调系统。设计阶段是工程项目进行建设和改造的重要步骤，系统设计的优劣程度将对空调系统设备产生深远的影响。在空调系统的设计过程中，建筑的负荷计算是重要的内容，而当前空调系统的设计过程中容易出现设计工期较短的现象。为节省时间而运用设计手册中的为方案设计或初步设计过程中估算的冷热符合所用的单位面积的负荷指标数作为施工设计图中确定空调系统冷热负荷的直接依据，从而造成了实际应用中的总负荷偏大，采暖设备的偏大致使资源的消耗、资金的投入以及实际运行过程中的费用增加。

2.2 采用新型节能的空调系统

暖通空调系统的设计应建立新型的节能设计，从而建立更为舒适健康的空调系统。人体环境的舒适程度的影响因素较多，不同的环境参数的组合可以带来相同的舒适性效果，但不同环境因素组合的空调系统将具有不同的能耗，从而在空调系统的设计过程中，应综合考虑环境因素以及人们的舒适程度对系统节能设计的影响。

2.3建立多元化的冷热源空调系统

实际的空调系统的设计过程中，应结合实际应用状况，选择合理的冷热源，实现多样化的冷热源的选择。暖通空调系统的广泛应用对资源提出了更高的需求，对生态环境的发展也造成了一定的破壞，选择合理的暖通空调系统的冷热源能有效减少不可再生资源的利用，建立节能的空调系统的设计。

2.4建立高效的能源利用的空调系统设计

暖通空调系统的节能设计应建立高效的能源利用模式，只有通过能源利用效率的提高才能真正实现空调系统的节能设计。暖通空调的节能设计应加强冷热回收的利用模式，实现能源的循环发展。空调系统中的热回收主要通过能量回收装置，通过排风中的能量进行新风的处理，从而减少处理新风所需能量，实现节能的空调设备的运行。热回收装置的选择也应考虑当地的实际状况，从而建立节约以及节能的空调系统设计。

2.5建立新能源的利用模式

暖通空调系统中所使用的不可再生的资源与环境的矛盾日渐凸显，空调系统的应建立新能源的利用模式，从而缓解能源供求的紧张局面，地热能和太阳能是新型的绿色能源，应用于空调系统具有一定的优势，从而也能通过新能源得利用建立节能以及环保的空调系统，引起暖通空调系统的调整和变革。

3、可再生能源在暖通空调系统中的应用形式

3.1太阳能的应用

太阳能压缩式制冷研究的重点是如何将太阳能有效地转换成电能，再用电能去驱动压缩式制冷系统。以太阳能作为热源的吸收式制冷是利用太阳辐射热能驱动溴化锂水溶液或氨水溶液的吸收式制冷系统。太阳能吸附式制冷是将系统中的加热器和冷却器去掉，将太阳能集热器与吸附床合二为一，冷却功能则利用夜间室外空气的自然冷却来完成。

3.2自然风的应用

自然风的供冷是可再生能源在暖通空调应用中的重要组成部分。当室外空气的焓值和温度低于室内时，在供冷期内就可以利用室外风所带有的自然冷量来全部或部分满足室内冷负荷的需要。通常，这种情况出现在供冷期的过渡季和夜间，可采用的方法为新风直接供冷和夜间通风蓄冷。由于利用了自然风提供建筑所需要的冷量，与常规空调系统相比，在运行中不用电或少用电，既节约能源，又减少对环境的污染，同时也改善了室内空气品质。

3.3地下水的应用

地下水由于地层的隔热作用，其温度受气温影响很小。在暖通空调中，有些地下水可以直接作为冷源，更是热泵良好的低位热源。所以水源热泵有着良好的节能前景。水源热泵技术是利用地球表面浅层水源中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并利用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。但是在利用地下水的过程中，需要注意两点：①要有可靠的回灌技术；②用地下水时应注意水质，水质不合格会使井老化。

3.4土壤能的应用

地源热泵是利用地下浅层地热资源(通常小于400m深)作为冷热源，进行能量转换，提供供暖制冷的空调系统。地源热泵系统通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温热源向高温热源的转移，地能分别在冬季和夏季作为低温热源和高温热源。夏季，大地作为排热场所，把室内热量以及压缩机的散热通过埋地盘管排入土壤中，再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去。在地源热泵系统中，由于冬季从大地中取出的热量在夏季得到补偿，因而使大地热量基本平衡。虽然我国在开展土壤源热泵系统的研究与应用方面起步较晚，但由于其技术上的优势和有着节能、环保和可持续发展的优点，我国地源热泵系统的研究和开发市场也日趋活跃，它将成为中小型生态建筑空调冷热源合理可行的选择方案之一。

结束语

随着空调应用的日益普及，空调领域作为耗能大户应从设计、运行等方面特别注意节能的问题，不断提高空调系统的节能设计水平、节能运行管理水平。采用各种节能措施降低空调系统的运行能耗和费用，改善空调系统的节能效果，大力开发可再生能源在暖通空调系统中的应用，这对于节约能源、保护环境、促进国民经济的可持续发展都具有十分重要的意义。

参考文献

[1] 张曦、俞霏暖通空调系统节能设计问题探析[J] 中国新技术新产品2011(03)

[2] 吴啦浅析暖通空调系统中的节能问题 [J] 企业导报2010(03)

[3] 周鸿昌能源与节能技术[M] 同济大学出版社

[4] 顾奎伟浅谈可持续发展形势下暖通空调设计中的问[J] 山西建筑2008

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。