浅析建筑暖通空调工程的节能减排设计

2021-12-07苑军辉山东鼎实建筑设计有限公司

门窗 2021年11期

苑军辉山东鼎实建筑设计有限公司

1 前言

暖通空调是建筑采暖、通风和调节空气质量的关键系统，关系到建筑的宜居性和舒适性，且暖通空调系统能耗较高，约为建筑能耗的50%，直接影响绿色建筑建设成果。就此，设计单位应提高对暖通空调重视，严格按照绿色建筑建设要求，合理设计暖通空调，实现绿色、环保、自然等建筑发展目标。

2 节能减排的概述及必要性

2.1 节能减排的概述

节能减排有广义和狭义的区别：就广义来说，节能减排指的是节约现有的物质和能源。减少废弃物质和对环境有害物质的排放；对于狭义来说，节能减排简而言之是指节约能源和降低污染物的排放量。

2.2 节能减排的必要性

近年来，我国一跃成为“世界第二大经济体”，经济高速增长并且多项建设有着历史性的巨大成就，但也是以浪费巨量的资源和破坏环境为代价，导致群众对环境污染的问题反映越来越强烈。因为社会需求与供给不平衡，如果不加快调整经济结构、转变增长方式，将会导致资源支撑不住，环境容纳不下，社会承受不起，经济发展难以为继。只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快发展。同时，进一步加强节能减排工作，也是应对全球气候变化的迫切需要。

随着人们生活水平的提高，对于能源的需求也越来越大，致使我国资源十分紧缺。我国有关部门对于建筑项目提出新要求，加深了对施工技术的变革要求，并且通过投入大量的人力、物力资源对节能减排进行研究，加强设计方案的科学性、合理性以及推进新型能源在生活中的使用普及率，致力于将我国发展成环保、科学节能的繁荣国度。因此，研究建筑采暖、通风空调的节能减排工作是现阶段我国需要解决的首要问题。

3 绿色建筑暖通空调设计要求

基于暖通空调在绿色建筑中的重要性，设计人员在实施暖通空调设计工作时，应满足绿色建筑建设要求，具体如下。

（1）绿色环保。自然、舒适、环保是绿色建筑的核心，暖通空调设计应满足绿色环保要求，从材料选择、系统运行、技术应用三方面入手，节约资源，减少污染。如减少氯氟烃的应用，配置静压箱、引进新能源等，在确保暖通空调具备各项功能的基础上，减少制冷剂等材料的污染，削弱暖通空调运行产生的噪声，提高暖通空调运行生态效益。

（2）节能降耗。暖通空调在采暖、降温、通风等过程中，存在较大能耗，加剧我国能源枯竭现象。为应对该问题，设计人员应在暖通空调设计时，应用可再生能源，如太阳能、地热能等，节约能源。同时，设计人员可引进变频技术，根据建筑环境与气候条件，智能调节暖通空调的运行参数，避免暖通空调始终保持全负荷运行状态，降低运行效率，减少能耗。

（3）循环利用。设计人员可将暖通空调系统划分为不同功能区，实施独立设计，在某个功能区的构件出现故障或老化后，不会对其他功能区运行产生影响。在老化构件报废后，对其进行回收再利用，提高暖通空调材料的利用率，节约能源，降低成本。

4 大空间建筑暖通空调设计常见的节能问题

4.1 缺乏大空间建筑暖通空调设计经验

在开展大空间建筑暖通空调设计时，影响节能水平的主要因素是设计方案。部分设计人员因为对大空间建筑的认知存在误区，很难结合大空间建筑的实际情况和温度差异，设计出科学合理的暖通设计方案，会造成较大的能源损耗。此外，对大空间建筑来说，因为空间较大、气体流散的速度较快，需要做好温度分层，才能够确保能耗最优化。

4.2 冬季暖通空调运转设计不合理

冬季暖通空调运转质量直接决定了暖通空调系统设计的水平高低。对大空间建筑来说，因为空间较大，所以热气体上升较快，在底板上停留的时间相对较短。想要保持室内温度舒适，暖通空调需要承载较大的负担。

在实际进行暖通空调设计时，很多设计者缺乏对大空间建筑的四季变化的考量。在客观技术的限制下，很多大空间建筑会采用空调系统供暖，很容易导致暖气利用率不足等问题。在进行设计时，必须要从实际情况出发，多方面着手，在保障暖通空调设计合理性的基础上，确保冬季供暖效果，提高室内的舒适度。

5 建筑暖通空调工程的节能减排设计策略

5.1 优化空调运行模式设计

通过优化设计空调系统运行模式，既保证了空调设备的稳定运行，也有效降低了设备能耗。目前，很多建筑暖通空调依然采用非变频运行模式，虽然这种运行模式可以有效调节室内温湿度环境，但是存在严重的能耗问题。针对这种情况，在设计空调运行模式时，需要积极应用变频技术，以此来减少空调系统的能源消耗。

另外，在应用变频技术的过程中，需要合理设计、调整空调运行的各项参数，包括气象参数、环境参数、空调机组最佳运行参数等，系统化、动态化调整各个运行参数，以保证空调系统能够高效稳定运行。

5.2 空调水系统设计

空调水系统是暖通空调当中最为重要的环节。想要确保大空间建筑暖通空调节能性，就需要正确划分各个水系统的功能。因为在暖通系统运行时，需要结合实际情况对水系统进行划分，从而达到科学运行的目的。为此，空调管道应该确保承压能力最大化，确保空调运行状态最优化，借助变频技术来灵活地对水系统进行控制，有效实现节能减耗。

暖通空调系统节能减耗运行不能离开外部能源支撑，所以必须要选择合理的外部能源。尤其是针对大空间建筑，可以选择单独锅炉房布置在供热管网的部位，确保供热管网可以达到集中运行状态。

此外，为了实现节能减耗，还可以在大空间建筑暖通空调系统中选择风能、太阳能等清洁能源作为外部支撑能源。在优化设计的基础上，借助新风比例设计，确保室内空气清新舒适。

5.3 风系统设计

在暖通空调风系统设计时，设计人员需按照节能标准规范规定的风量要求，在满足建筑室内空气标准的基础上，减少暖通空调能耗。对于该高层建筑，设计人员按照如下思路设计暖通空调风系统：优化设计送风、排风方式运行；使暖通空调在过渡季节实施全新风运行；使全空气空调系统的新风比可调；在集中空调系统中实施热交换；回收利用余热。

结合该思路，风系统的设计要点如下。

（1）优化选择硬件设备。暖通空调风系统的所有风机均选用变频风机，组合机组的运行总效率高于60%，并在新风段安装空气过滤设备，使其过滤效果达到MERV13级别。

（2）在建筑一层大厅中设计全空气系统，在风柜房内，整合新风与回风，使二者遵循一定比例混合后在传输至室内，比例调节由新风阀开度决定。在过渡季节，新风比为50%，实现新风比可调目标。

（3）通过排风和新风间的热交换，回收暖通空调风系统内的废弃热量。在高层建筑的每层暖通空调风系统中，安装排风热回收机组，负责新风的预冷/预热工作，实现废弃热量的回收再利用，降低新风能耗。同时，设计人员在热回收机组内配置变频器与静电除尘器，前者可根据室内二氧化碳含量，调节新风送风量，减少暖通空调能耗；后者可清理新风携带的灰尘，避免污染物进入建筑内，实现绿色环保目标。

5.4 积极运用可再生能源

为进一步提升建筑暖通空调工程的节能性、环保性，设计人员还需要开发和利用可再生能源。目前应用较为广泛的是太阳能和地热能。合理应用太阳能集热板、光电板等设备，可有效收集太阳能。采用光电转化设备可以顺利把太阳能转化成电能，从而保证空调设备的正常运行。另外，可以结合建筑形式与环境条件，在建筑适当区域布置集热墙，集热墙能够调节室内温度，缩短空调运行时间，提高空调节能效果。

除此之外，还可以建设地下热泵系统，有效转化、利用地热资源。应用相应设备，把高温地热资源转化成低温地热资源，改善暖通空调系统的制冷效果、制热效果，在有效调节室内环境的基础上，有效降低空调能耗，进而提升空调系统的经济效益和功能效益。

5.5 积极应用智能化技术

随着现代技术的日趋成熟，智能化技术在诸多领域得到广泛应用。在建筑暖通空调设计中应用智能化技术，科学优化暖通空调系统，既可以实时、动态监测空调运行状态，又可以根据监测状况，合理调整室内温湿度与通风，进而提升空调系统的运行效率。

此外，还可以在空调设计中应用仿真模拟技术，综合分析空调系统的能源消耗、污染排放等情况，根据分析结果，调整空调系统运行参数，从而改善空调系统运行状况，有效提升节能效果。

5.6 优化热回收装置设计

暖通空调机组在经过长时间的持续运行后，会产生大量的废热，如果不能够高效利用这些冗余热量，就会对环境造成影响。因此，要科学设计热回收装置，从而高效回收并利用空调余热。目前，在建筑暖通空调工程设计中已经开始应用热回收装置，该装置应用不同载热、不同状态的介质，高效传递湿热或总热。这样不仅可以满足室内温湿度调控需求，还可以有效减少空调机组冷热源污染。

目前采用的热回收装置，主要是利用热泵系统、换热器等来完成热回收。如果采用冷凝热回收方式设计热回收系统，就需有机结合热水系统和制冷机组，当收集一定量的余热后，可以利用这些余热来加热生活用水，进而实现冗余热量的高效利用，达到节约电能的目的。