公共建筑供暖、通风和空调系统节能优化设计

2022-04-07张健

林业科技情报 2022年4期

张健

(黑龙江省林业设计研究院，哈尔滨 150080)

公共建筑的节能降耗对于我国建设资源节约型、环境友好型的社会具有重要意义。因此相关工作人员要加强对公共建筑节能的重视力度，具体而言可以从供暖、通风以及空调系统节能等多个方面出发。但在现实生活中节能降耗的发展却很不乐观，这就需要工作人员不断进行全面的优化设计指导，在工作过程中合理利用现有的资源，充分提供资源利用率，从而更好地促进我国公共建筑领域的大幅度进步。

1 节约能源概述

在公用建筑的能源总耗能中，约有50%～60%是由暖通空调所消耗。所以，在设计采暖、通风和空调系统时必须优先考虑节能设计。在某些严寒地区，城市建筑能耗占全国能源消耗总量的50%，而我国地源广袤，北方寒冷，南部酷热，供暖建筑不断向南推移，而空调建筑则不断向北推移。因此，可以预见我国的建筑能耗将会有很大的增长，占到总能耗的比重也会上升，因此不能只依靠能源产量的增长，而要通过节约能源来实现。相关管理条例中规定，节能是指通过采取技术上可行的、经济合理的、环境和社会能够承受的措施来降低能源的损耗和浪费，使能源得到更加有效、合理地利用。节约能源也应该包含发展和使用新的可再生能源。在评估能源使用方面，欧洲经济理事会提出了一个新的能源系统综合效能概念，该概念由3个方面组成：开采效率、中间环节效率以及最终使用效率。也就是由使用者产生的有效能量与能耗处理的输入能量的比率。所以，能源系统的节能本质上就是要通过技术和管理来提升3个方面的效能。建筑节能应该被理解为建筑的日常运行能耗的节省，它的主要部分是采暖、通风和空调系统的节能，以及降低建筑物的制冷、热量的损失以及可再生的能源和新的能源使用。建筑节能应该包含能量系统的后两个部分，也就是两个部分的效率。暖通空调系统大多采用了经过处理的能源，比如，电力，其关键问题是如何提高终端的能效。但是一些系统还可以直接使用一次能源，比如，煤炭、天然气等。所以要注意在处理成热和制冷时，提高能量的利用率。建筑节能是一项系统工程，从规划、设计到运行，都要把节能理念贯彻到建筑的每一个环节，这样才能达到节能的目的。

2 公共建筑供暖、通风和空调系统发展现状

2.1 设备选型不恰当

在对公共建筑中各类系统节能设计的研究中，设备的选型不当已经逐渐成为普遍存在的共性问题，这主要是由于在选择设备时对系统的负载和设施功能未进行系统性的考虑。根据相关调查结果表明，在室外温度过热时，大多数公共建筑物的制冷器和空气机组均存在着闲置现象，再加上这些公共建筑物都没能够达到完全满足高温的要求。此外，设计师们在进行公共建筑中节能系统的设计时没有对其进行全面的研究和分析，往往会需要借助于设计手册中现有的设计方案或者是热负荷控制指标等因素来帮助确定系统的冷热负荷，无法保证最终的设计指标的精确度能否满足公共建筑的供暖、通风需求。因此，在这种情况下，很可能会导致公用建筑的采暖系统在运行过程中产生超负荷，从而导致其装机容量、水泵配置、管道直径以及终端设备的增加，从而导致公用建筑采暖系统的能耗增加，从而影响供热系统的寿命。

2.2 冷热源选择较单一

在目前的情况下，社会运行过程中能够提供的能量是有限的，只能依靠电能和天然气。然而，由于目前我国能源和天然气资源之间存在着不均衡的矛盾，使得夏季的城市供电面临着巨大的压力，而天然气资源又不能满足居民的需求。而在冬天，天然气的供给还在继续增长，但对电力能源的需求并没有太大的增长。

2.3 水系统不平衡

在供暖、通风和空调系统设计过程中，对于水系统的选择有严格的要求，通常情况下使用定水量系统。因为在对水系统的水流进行设计时，是严格遵循最大负荷与供回水温差的相互平衡。但是在实际工作过程中会出现最大负荷的情况比较少或者几乎接近没有，通常都不会在最大负荷下运行。所以就会导致大负荷小温差的情况出现，严重破坏了水系统的平衡与稳定。

3 公共建筑供暖、通风和空调系统的节能措施

3.1 合理选择供暖、通风和空调系统

对于节能系统的选择要谨慎，因为并不是所有的节能系统都可以应用到各种场合。比如，会议厅、电影院等场所就不应该使用VAV系统，因为这些场所对于各个小区域没有不同温度调节的需求，只需要调节空间整体温度即可。如果使用VAV系统就会导致区域内的温度不均衡，从而提高了设备使用费用。所以在节能系统选择时相关工作人员要根据不同场所的特点进行不同节能系统的选择，只有这样才能够实现系统与场所环境的完美结合，达到良好环境要求的同时又降低经济费用，因此要合理、谨慎的选择采暖、通风与空调系统[1]。

3.2 公共建筑供暖节能的优化设计

3.2.1 合理绿化辅助系统

公共建筑周围的绿化工程具有防尘、隔音等作用，不仅能够美化环境而且还能够有效节约资源和降耗。这主要是因为建筑周围的树木能够通过其叶子的蒸发作用来降低室内空气的温度，再加上庞大的树木能够完全遮挡整个建筑物，从而能够使得建筑物避免太阳光的直接照射，有效地减少了在地面上的辐射和热量。再加上在地面能够对太阳辐射进行有效的反射，在带动地面温度升高的同时还能给人们带来一种新的热源。尤其是在炎热的夏季，由于太阳的直射，室内的温度通常要高于室外的实际温度，而在冬季，温度的情况则与之相反。所以，为了优化公共建筑的供暖系统，必须要对建筑物周围进行合理的绿化。

3.2.2 采用热泵技术

热泵可以对热能进行合理的转化，从而达到节约资源的作用。热泵技术能够有效地将热量从低位热源推向高位热源，所以热泵技术是促进能源节约的有效途径，当前热泵技术在空调领域的应用比较广[2]。

3.2.3 变流量技术

供热系统与制冷系统的设计都需要严格依据气象条件来进行，通常情况下，实际的负荷相对于设计的负荷要较小，虽然每天都要经过多次变化。空气和水是温度变化的载体，负荷的变化往往会影响流量的变化。要想有效控制系统流量的同时又能够满足负荷的不断变化，这就需要相关工作人员合理调节供暖通风系统的流量，比较常见的调节方法就是改变系统的阻力。只有这样才能够满足冷热的均衡[3-5]。

3.3 公共建筑通风节能设计方法

3.3.1 营造外部环境

风压通风与建筑外部的风景和环境相互作用影响，最显著的表现方式之一便是“风影效应”。当风吹向一个建筑物时，在其建筑背后就可能会形成一个涡旋区，同时建筑在地面上的投影被人们叫做“风影区”。通常情况下风影区的外部气动风力比较薄弱，其风向也比较不稳定，这就可能会大大减弱外部气流相互作用的强度，同时也对室内外正常的气流相互交换产生影响。为了有效地避免对风影带来的破坏，应该合理设计房屋和风影带之间的间距。然而，对于被大型高层建筑所围绕的各种大型公共建筑来说，这一举措难以被应用。所以，为了改善这一状况就需要采取错列式的平面布局，并且建筑物的风口位置也要合理避开风影区[6-7]。

3.3.2 内部空间的形态优化

对于综合类的大型公共建筑，通常情况下空气流动阻力比较大，同时建筑物与外面直接接触的面积也相对有限。所以为了改变这一状况，可以通过风井、水平式的风道和中庭进行优化，从而改变其内部的空间和形态，通过空间内部的形态优化来有效缓解资源紧张的情况，从而促进资源的高效利用。

3.3.3 平面布局控制与分化

现阶段，建筑平面布局的有效控制与分化，能够更好地将室内控件与周围的环境进行紧密的联系，从而更好地为建筑提供自然、有效的通风条件。20世纪初，西方某国家的建筑设计人员在进行高层建筑的设计中通过充分运用平面和凹凸的布局与分化，为建筑提供了良好的自然通风效果。由此可见，对建筑的平面布置进行适当的划分，也能使室内的自然通风得到最大程度地发挥。

3.4 公共建筑空调系统节能优化设计

3.4.1 合理控制新风量

在安装空调的公共建筑物内必须要保证每个人都能够得到一定的风量，在此标准下会增加空调的耗能。因此要在室内卫生达标的情况下，合理利用手段对风量进行有效控制。比如，减少房间换气的频率，同时在建设时选择封闭性良好的门窗。此外，也可以在新风入口处增设旁通，设置两台风扇，在回风处安装CO2探测器，根据空气中的气体浓度，自动调节新风的开度，并根据室内人员的变化确定新风阀门的控制模式，从而实现良好的通风模式[8-10]。

3.4.2 设计围护结构

在公共建筑物的空调系统设计中，围护结构传递热量的耗能将近50%，所以为了达到空调节能的良好效果，就必须设计科学、合理的围护结构，从而来降低热传递过程中的能量损耗。具体可以从以下几方面着手：①采用先进的保温技术，比如，选用新型的节能保温材料，并且需要根据实际情况选择内外保温相结合的方法；②在室外设置遮阳器和防风罩、在室内设置遮阳窗帘，从而有效地避免了阳光直射所给人们带来的危害；③可以考虑选择一个浅色系列作为外部墙体的颜色；④在一个建筑物的顶部设置一个隔热层，这样既能够起到防水和隔热作用又能够做到保温。

3.4.3 对公共建筑空调冷热负荷的调整

在公用建筑中，空调系统的冷热负荷主要由制冷设备、锅炉、水泵、风机盘管和空调箱等组成。空调系统的热、冷负荷是由建筑结构的热负荷、通过玻璃窗的阳光辐射产生的热负荷、室内热源的热辐射、新风的处理等组成，这些热量的消耗约为40%，而新风的处理约为30%～40%。如果不按规范进行，就会产生较大的冷热负荷，造成装机容量、水泵和管道外径等问题，从而加大项目前期投资，加大运营费用和能源消耗[11-12]。

3.4.4 传输阶段的节能

输油过程中的能量消耗主要来源于输水系统和输气管道。在输送过程中，因阻力的影响，造成了一部分冷量的损耗。因此，在输油管线上应采取保温措施，以提高能源利用率。同时，要对其内部的输送阻力进行科学的计算，并据此确定合适的水泵和风机。严格选择流量或全压装置。此外，通过更大的温差，可以解决输送过程中的能量消耗问题。也就是说，在冷却水、送风温差较大时，可以降低冷却水的循环流量和送风量，从而达到节能的目的[13-14]。

实际上，对于公共建筑的供暖、通风和空调系统节能设计的方法有很多，但要特别注意的是在具体实行过程中一定要根据具体情况而定。