建筑暖通空调节能系统的应用技术优化措施

2021-11-22武增旺

建材与装饰 2021年33期

武增旺

（山西四建集团有限公司，山西太原 030021）

办公建筑工程共有E3 和F1 两个地块，其中E3 包括7 栋9层的办公楼，总建筑面积为67532m2，在该工程建筑的运行能耗中，空调系统能耗占据了总运行能耗的45%~65%。通过优化空调系统，工程企业可打造节能环保型建筑。如今全球的气候都在变暖，节能减排受到了世界各国的推崇。在这一环境下，工程企业在选择建筑空调方案时必须重视方案的节能性，这样可为建筑暖通空调系统节能、经济的运行奠定良好的基础。

1 暖通空调节能系统

空调制冷系统是由蒸发器、冷凝器以及压缩机等多个部件组成，如图1 所示。空调制冷系统的运行流程如下：在压缩期间，制冷剂经由压缩机受压后压力会不断增大，温度也会升高[1]。冷凝时高温高压的制冷剂气体会经由管路传输到冷凝器中，通过冷凝器放热，制冷剂的压力不变而温度会逐渐降低，这一过程制冷剂也会由气态变为液态。在减压环节，制冷剂通过膨胀阀时压力降低，制冷剂发生膨胀，这时制冷剂会以低温低压的液态形式出现。在蒸发环节，膨胀后的制冷剂进入蒸发器，在蒸发器内和外界换热便可实现制冷，制冷剂在吸收热量后也会由液态转化为气态，蒸发过后的制冷剂会再次吸附到压缩机中，这样便可完成系统的制冷过程。

图1 空调制冷系统的制冷流程

2 建筑工程暖通系统节能减排设计原则

在开展建筑工程暖通系统节能减排设计工作的过程中，企业首先就要遵守国家有关节能减排与建设生态文明城市的法律规定，还要借助先进的传感器信息数据收集技术，依据项目设计图纸与方案构建健全、可行的指标体系，还要将建筑的节能性与舒适性有机结合到一起，这样也能有效管控建筑的温度与湿度等条件，广大用户也可享受到高质量的供热空调服务。最后企业还要对地区性季节与气候等因素进行全面考虑，将地区气候的自然条件充分发挥，再科学掌控系统设计的尺度，在很大程度上都可达到节能减排的效果[2]。对于建筑暖通空调系统而言，设计的质量不但影响着建筑空间环境的舒适性，对建筑的能耗以及运行成本也有着极大的影响。由于暖通空调的设计工作具有较强的技术性，所以企业的设计人员也要明确节能减排与建筑舒适性的平衡点。在设计工作中他们不仅要避免追求片面效益而导致资源的大量浪费，还要为达到节能减排的目的而降低建筑的舒适度。

3 建筑暖通空调节能系统的应用技术优化对策

3.1 冷热源方面

冷热源能耗是建筑暖通空调能耗的主要部分，其能耗量约占系统总能耗的45%，如今设备与机组种类层出不穷，它们消耗的能源也不相同，怎样依据项目情况优化配置冷热源系统，成为当下空调系统节能工作的重点[3]。针对此项目，企业在选择方案的初期不仅要考虑投资与运行费用问题，还要长远考虑，将多元评估方式融入到工作之中。要想确保工程项目能节能环保的运行，企业还要对以下内容进行考虑。

3.1.1 优先选用废热和可再生能源

选用废热不仅能变废为宝，还能降低对能源的消耗。使用可再生能源则可降低对传统化石能源的消耗，碳的排放情况也能有效管控[4]。如项目存在废热可进行利用，企业可将其视为空调系统冬季供热的主要热源，尤其是全年性废热，在经济技术论证合理时，企业可使用这部分废热进行制冷，而吸收式冷水机组便是冷源。

3.1.2 选用低品位能源

如若不具备上述条件，企业还可选用低品位能源作暖通空调系统的冷热源，这样也能实现能源的梯级利用。如北方的热电联产，在冬季会集中供热，夏季会使用吸收式制冷。如若建筑的用电、用热以及供冷负荷良好，还可采用分布式燃气冷热电三联供系统。

3.1.3 选用高品位能源

如若无法满足上述两种条件，企业还可考虑使用高品位能源为暖通空调系统的冷热源，尤其是使用电加热作为空调系统的供热热源。如今部分地区虽已提出用电供热政策，但在我国能源与电力来源没有出现结构性变化前，最好还是采用能源的合理与梯级利用的方式。

3.1.4 选用高效冷热源设备

由于冷热源是空调系统耗能最大的部分，企业通过提高该设备的运行效率便可改善项目的运行效率[5]。如使用冷凝锅炉以及变频式冷水机组，这些设备在增设辅助功能后都可提高能源的利用率。不过对于冷源的评估，企业不仅要注重COP 值，还要关注IPLV 的大小，IPLV 是综合负荷下的性能系数，可更好地反映机组运行的经济性。

3.1.5 将空调系统运行期间的综合制冷性能系数全面提升

在实际工作中，企业的设计人员不仅要关注设计工况的综合制冷性能系数，还要注重系统运行期间的综合制冷性能系数。在项目实施的过程中，企业对冷水机组的配置极为关键，即使使用高效的冷水机组，制冷系统也不一定高效。在设计项目时，企业不仅要科学计算负荷情况，还要明确冷水系统的冷负荷，同时也要依据建筑的运营与使用性质，全面分析系统的负荷特性，在考虑系统负荷下的性能系数与运行时长，也能合理评估空调系统运行能耗与耗电量的关系。如表1 所示，即项目确定冷水系统装机时的冷水机组配置方案。

表1 冷水系统装机的冷水机组配置方案

由表1 可见，方案二中布置的冷水机组较少，其设备机房要更具优势，而且相较于螺杆式冷水机组，离心式机组的COP 以及IPLV 要高一些，不过分析其负荷特性，考虑到空调系统局部负荷的机组IPLV 与运行时长，针对不同工况搭配使用两种机组，可大大提高空调系统的能效比。由此可见，针对空调制冷系统的节能运行，要着重关注系统实际运行的性能系数，设计人员不仅要优化机组配置，还要依据有效的控制运行方案将系统运行效率的最大限度提高。

3.2 输配系统方面

3.2.1 依据空调工况划分空调水系统

输配系统是连接末端与冷热源的管网系统，在空调系统的节能运行中发挥着极为重要的作用，要想满足输配系统的节能运行需求，企业就须依据空调工况对空调水系统科学划分[6]。如工程项目结合使用功能为了满足用户的过渡季供热，考虑到冬季供热故障，项目的锅炉房在未增容的前提下仍然能满足用户的供热需求，单独设置用户区域以及非用户区域的水系统，而且将风机盘管的管路与组合式空调机组分开，使水系统共分为四部分。

3.2.2 科学计算水力平衡

若并联环路的压力损失差额小于15%，企业就须落实水力平衡对策。在项目实施过程中，因风机盘管区域的水系统环路末端阻力小，布置较为零散，为了确保水力平衡，企业可采用同程式连接法连接水系统。由于该方法涉及了很多管道，且需要更大的安装空间，空间紧张以及层数高的建筑也可使用异程式法进行布置。风机盘管系统的各环路分支区域，企业可将手动平衡阀安装到供水管上，在回水管上也要设置自力式压差控制器，在二者的配合下，水力平衡也会达到最佳。此外，空调机组涉及的设备相对较少，且阻力差值较大，企业可在机组上设置电动调节阀，该阀具备良好的调节性能，可有效缓解压力波动产生的影响，同时也能对空调机组的水流量进行调节。最后，企业还要注重空调系统的耗电输热比，如今很多标准对系统的耗电输热比都进行了限定，这不仅能降低系统的输送能耗，还能提升效率。在管路过长且输送能耗极大的情况下，企业也可借助加大管道管径的方式降低阻力，这样系统的输送能耗会得到大幅度降低。