公共建筑暖通空调系统的节能策略

张礼英 青岛海尔空调电子有限公司工程师

公共建筑暖通空调系统是依托公共建筑构建的系统，具有制冷、制热的作用，同时能调节公共建筑室内空气的湿度、清洁度及流动速度。在夏季气温较高、冬季气温较低的自然环境下，公共建筑暖通空调系统为人类提供了更舒适的生活环境，是随着人类发展的科技产物。但是，公共建筑暖通空调系统的日常运行，需要以能源为动力原材料。基于此，公共建筑暖通空调系统的节能策略成了现今人们需要重点考虑的问题。

1 暖通空调系统的特点

1.1 多变的影响要素

暖通空调系统设计过程中受到很多要素影响，包括气候要素、建筑内外部热扰、建筑内外部形状以及使用建筑需求等，各种要素的动态性特点导致对空调系统设计产生较大影响[1]。因此，有必要改变暖通空调系统传统设计理念，即重视性能、轻视节能，树立以节能为基础的全新设计理念，通过对动态化分析工具的合理应用，找到有效的节能优化措施，最终实现建筑节能目标。

1.2 多样形式增加选择难度

为有效控制空气环境，现代建筑通常会选择形式多样化的空调系统。但会增加冷热源方式与空调系统形式的选择难度，特别是大型公共建筑，必须综合评价多个要素，如适用性、造价、运行耗能等，才能进一步保障选择合理形式的暖通空调系统[2]。

1.3 互相耦合，复杂化组成

构成暖通空调系统的子系统包括冷热源、冷热量输配、房间冷热末端，上述子系统中又包括很多子系统，它们具有互相耦合、复杂组成的关系。

2 公共建筑暖通空调系统应用现状

2.1 公共建筑暖通空调系统高耗能、低应用

在优化公共建筑暖通空调系统、探究公共建筑暖通空调系统节能策略中，首先应充分了解公共建筑暖通空调系统的应用现状，进而有的放矢、对症下药。在现今实际生活中，公共建筑暖通空调系统呈现高耗能、低应用的现状。在我国经济快速发展、生活水平不断提升、物质富足的社会背景下，人们越来越关注身体健康。基于此，在实际工作生活中，不论冬夏，为保证室内空气畅通，人们都会经常开窗。尤其在冬天，门窗紧闭常态化使室内空气质量急剧下降，人们不得不开窗开门放进新鲜空气。

然而，公共建筑暖通空调系统制冷与保暖的主要原理便是通过自身系统将室内空气制冷和制热。人们为了保证室内空气畅通而选择开门开窗的习惯，事实上在一定程度上极大损耗了公共建筑暖通空调系统制冷制热能量，加大了公共建筑暖通空调系统运转负荷。在日常生活中，开空调时会关闭门窗，目的在于形成密闭空间，进而加快空调制冷制热，减少能源消耗[3]。

开窗开门除了引起公共建筑暖通空调系统高耗能低应用外，从资源可持续发展角度出发更是造成了资源浪费。为保证室内温度符合人们的身体需要，人们会通过持续打开空调的方式降温或保持温度。长年累月高负荷的运转严重消耗了公共建筑暖通空调系统，缩短了公共建筑暖通空调系统的使用年限。

2.2 公共建筑暖通空调系统设计需不断优化

公共建筑暖通空调系统设计同样是影响现今公共建筑暖通空调系统节能效果的因素之一。公共建筑指供人们进行公共活动的建筑，一般情况下包括交通运输类建筑、商业建筑、办公建筑、通信建筑、学校及研究院等。从外在形态看，现今的公共建筑很多结构独特。独特的形态结构设计会在一定程度上给公共建筑暖通空调系统设计带来难度。为保证公共建筑暖通空调系统与公共建筑的协调性且具有美感，公共建筑暖通空调系统设计要符合公共建筑特点[4]。

设计独特的公共建筑如图1 所示。从外观上很难发现公共建筑暖通空调系统装置。从材质上看，现今的很多公共建筑外部墙体由大面积玻璃材质构成。夏季，除自然温度较高外，玻璃材质的公共建筑使阳光透过大面积的玻璃体射入室内，经过玻璃载体，室内温度再次大幅提高。除此之外，公共建筑暖通空调系统通常置于露天的室外。夏季露天环境中公共建筑暖通空调系统外热内冷，冬季则外冷内热，这样的公共建筑结构使公共建筑暖通空调系统亟需改良，以达到从设计上适应外部环境和公共建筑结构，减少能源消耗的目的。然而，事实上，现今公共建筑暖通空调系统设计并不能满足公共建筑独特的设计需要[5]。

图1 设计独特的公共建筑

此外，为尽可能践行节能思想，人们在公共建筑暖通空调系统设计中引进了热回收系统。国家基于可持续发展理念，倡导资源再利用和节能减排。因此，在探究公共建筑暖通空调系统节能时，人们应高度重视其经济性，在经济适用的基础上尽可能设计节能的公共建筑暖通空调系统[6]。

2.3 公共建筑暖通空调系统的能耗问题

近年来，我国经济飞速发展，在公共建筑当中，暖通空调系统的应用也越来越广泛。在应用过程中，一个需要重点关注的问题是暖通空调系统的能耗问题。虽然我国的科学技术十分发达，空调系统的能耗也比较低，但是在公共场所中使用的空调和家用空调还是存在一定的差别，其消耗的能量通常比普通空调多。而且近年来我国政府提出了建设资源节约型、环境友好型社会的策略，如果空调耗能过大则会造成一定的能源浪费。虽然公共场所的空调可以提高公共场所的舒适度，但是消耗的能源是相关部门需要思考的一个主要问题。

3 公共建筑暖通空调系统的节能策略

3.1 不断强化公共建筑暖通空调系统节能意识

在探究公共建筑暖通空调系统节能时，应积极改变公共建筑暖通空调系统的节能思想，不断增强人们的节能意识，这样才能确保公共建筑暖通空调系统节能策略行之有效。在现今技术条件的限制下，公共建筑暖通空调系统更多由电能支持，换言之，公共建筑在利用公共建筑暖通空调系统中会消耗大量电能。日常生活中，人们经常可以看到辽阔的草原及平原上会有很多白色带有扇叶的风车，其利用风的流动带动涡轮叶片将风能转化成电能，进而通过高压传输系统，将电能输送到人们需要的地方[7]。风力发电如图2 所示。

图2 风力发电

在现今我国电能转化中，人们还会利用水力发电，如闻名世界的三峡水电站等。其利用水流制动，进而通过发动机将机械能转化成电能等其他能源，然后由高压输电系统传送电能[1]。

能源研究中心数据显示，随着人类不断开垦，地球能源在不断缩减。基于能源有限，联合国提出了可持续发展理念，主张世界各国将可持续发展治国理念作为百年大计。由此可见，节能主张与节能实施已刻不容缓。真正意义上实现公共建筑暖通空调系统节能，需要从各角度减少资源浪费，包括空调系统的设计、使用以及管理等[8]。

3.2 优化公共建筑暖通空调系统节能设计

优化空调系统内部节能设计可以从高效机房的设计着手。例如，降低冷冻水大温差能源消耗。水泵定律是降低冷冻水大温差能源消耗分析的关键因素[2]。分析冷冻水大温差能源消耗时，根据水泵定律，能源消耗的功率与水量成立方比，而水泵扬程与水量成平方比。功率、水量以及扬程之间的关系可以表示为：

式中，Y为水泵扬程，L为水量，G为功率。

根据流量与温差成一次反比，可以得出：

式中，C为水温差。

由公式推导可知，水温差越大，能源消耗越低。因此，在优化暖通空调系统节能设计时，可以通过限定进水口和出水口温差，控制水量等方式进行节能设计。

公共建筑暖通空调系统的节能策略探究中，为减少局部阻力、节约能源，也可以通过设计高效机房、调整水泵管路布置，进而减少水泵扬程。水泵扬程受水头损失、水流管道损失、局部阻力损失、自由水头及吸水自然高差等因素制约，计算公式为：

式中，H为扬程，h1为水头损失，h2为水流管道损失，h3为局部阻力损失，h4为自由水头，h5为吸水自然高差

结合以上数据研究，在节能设计中，基于经济适用性可以对h3进行整体调整，通过调整水泵管路角度，以减少局部阻力损失。

4 结语

公共建筑暖通空调系统的节能策略是一个具有现实意义且符合时代发展的课题，值得广大公共建筑暖通空调系统从业人员高度重视，以达到公共建筑暖通空调系统设计的节能目的。