民用建筑暖通空调系统节能设计措施研究

丁泽瀚

在民用建筑中，暖通空调系统的能耗一直是设计人员关注的问题，随着全球气候变暖问题日趋严峻，以及人们对生活环境舒适性要求的提高，解决暖通空调系统能耗同节能之间的矛盾成为设计的关键所在。设计人员必须在以往的设计思路中，更加注重系统的节能性，并遵循“绿色可持续”、“碳中和”等基础原则进行设计。只有设计人员将“节能理念”重视起来，在设计中采用合理有效的优化方法，才能使系统实现最大化效能。在享受空调系统带来的舒适感外，进一步降低能源消耗，贯彻落实可持续发展战略，更好实现“人与能源”和谐共处。通过应用清洁型能源、可再生能源，以加强暖通空调系统节能效果，促进建筑行业的节能化发展。

图1 暖通空调系统框架图

一、建筑暖通空调系统节能设计概述

1.节能设计的原则性

建筑暖通空调系统的节能设计，必须遵循“以人为本”原则，在不降低人类对环境温度、湿度、清洁度要求的前提下，在发挥暖通空调系统的功能作用基础上，以合理化技术手段尽量提高能源利用率，以降低能源消耗，来为人们提供舒适的空间环境。

2.节能设计的必要性

社会经济的快速发展，逐渐突显出资源匮乏问题，对人类社会未来的可持续发展影响巨大。建筑中的空调系统更是不可避免的能源消耗大户，在当前注重绿色节能、碳排放的大环境下，暖通设计人员更应该注重节能降耗，并以此为目标，优化设计思路，降低能源消耗，实现节能发展，这是当前设计的重中之重。

二、建筑暖通空调系统高能耗原因

1.节能设计普及率不足

绿色节能设计在得到大家重视后才逐步形成相关国家规范、行业标准，我国这方面的发展起步晚，在目前的建筑项目设计中，仅要求公共建筑项目的设计符合绿色建筑要求。虽说相较之前已得到了重视，但占据大比例的非公共建筑项目仍因未按照相关节能标准执行，在业主的要求或设计者的主观要求下，导致设计方案未能符合节能标准。同时不同的方案间也缺乏统一标准，绝大部分因过度追求用户体验、关注成本效益而忽视节能减排，影响整个空调系统的节能效果。

2.节能设计重视度不足

分析当前已建或在建的项目可知，暖通空调系统的节能设计仍得不到重视。在项目设计中，业主没有认识到系统节能的真正意义，很多时候会因装饰空间、外立面美观、造价成本等原因而无法顾及到节能。多数设计人员的意识不足，让节能设计仅为空谈口号，不能真正落实到实际应用中，进一步影响了暖通空调系统的节能设计效果。

3.系统主观影响大

当下，我国居民节能意识薄弱，在冬季采暖和夏季制冷两种工况下，多数用户为了改善居住的舒适度，经常会因环境因素略微改变而立即通过控制器调节系统温度，甚至在短时间内频繁调整，导致机组频繁启停；加上大多数用户在运行空调设备时没能养成常关门窗的习惯，为求制冷（热）效果而加大温度设置，导致能源白白流失，这两方面造成的能源消耗是比较大的。

三、暖通空调系统节能设计要点

1.优化设计参数

建筑室外设计参数，对暖通空调系统影响较大，且温度与湿度因素的干扰明显。对于暖通空调系统而言，室内设计参数必须考虑温度与湿度问题，利用上述因素衡量系统节能效果。科学计算室内温度与湿度，确保区域划分合理，以满足不同时间段居住需求。在设计新风量时，必须满足生产要求、节能降耗要求。

2.计算冷热负荷

暖通空调系统设计时，冷热负荷的不良影响大多表现在末端设备设计、冷热输送配管、水泵配置、冷热源能源中。为了维护暖通空调设计成效，确保冷热负荷计算准确性，同时加大数据支持力度，使暖通空调系统能耗降低。优化方案设计、初步设计时，由于工程设计数据不详细，在计算冷热负荷时，必须选择科学计算方法。冷热负荷计算时，联合建筑冷热负荷统计值，实行回归计算，将计算结果作为设计参数。

3.优化选择冷热源

冷热源选择时，需要设置冷水机组、供热设备、换热设备。机组设备选择时，深入分析以下因素：建筑规模、功能要求、能源结构价格、环境保护要求等。在设置机组数量时，应当参考建筑实际情况，落实标准化原则：第一，当建筑周边分布热力厂时，则以热力厂余热为供热元；当具备较佳供冷条件时，则充分发挥出供冷效果。第二，建筑区域分布供热点时，可以作为暖通空调系统热源。第三，建筑周边富含天然气能源，为了确保冷热源稳定，提升能源利用效率，推广应用燃气冷热电三联供系统。第四，建筑周边拥有丰富水资源、地热资源时，借助水源热泵装置，可以实现供冷供热效果。热泵机组、冷水机组指标，在于单台容量与机组数量，能够满足满负荷运行、日常运行要求。建筑所在区域有过渡季供冷需求时，应当深入分析技术性与经济性。如果技术性与经济性优势显著，则应用冷却塔提供空调冷水。当建筑全年都有调控空气的需求，室内与周边环境负荷大，会出现同时供冷、供热问题。在满足经济合理性、技术可行性前提下，应用水循环热能空调系统，可以实现供热供冷。

四、建筑暖通空调系统的节能设计方法

1.合理选择变频设备，实现节能目的

根据实践经验总结，可发现建筑暖通空调系统的电机、风机、水泵等设备能耗，约为建筑总能耗的20%。设计人员开展暖通空调系统节能设计时，应当深入了解建筑实际情况、暖通空调设备，按照暖通空调系统运行实况，优化调整设备运行频率，实现节能降耗效果。

2.基于热回收技术，实现节能效果

建筑暖通空调系统运行期间，会产生大量热能，同时释放到空气中，这方面不仅引发能源浪费，且一定程度上破坏大气环境。因此，设计人员应合理利用热回收技术，能够集中回收该部分热能，通过流体传导方式，为暖通空调系统运行提供热湿环境，实现系统内部能量循环应用，减少暖通空调系统能源消耗。同时，针对暖通空调系统通风换气能耗，利用热回收技术收集、存储能量，为空气交换提供能源。图2为热回收技术原理图。设计实践中，设计人员在建筑排风端位置，合理设置热交换器。室内外空气流通时，通过暖通空调系统余温、余热，预降和预热空气，降低暖通空调设备能耗与负荷。收集排风系统的能量，待到能量积攒到一定程度，就可以交换新空气。通过此种方式能够减少空调设备能量负荷，还能够降低系统能耗，经济环保性能优势，满足低碳生活理念。

图2 热回收技术原理图

3.基于冷热水循环控制，实现节能目的

设计冷热水系统时，通过温度调节装置控制进出端水温，降低冷热水温差所致能耗。设计人员应用封闭循环模式，优化空调系统节能设计，循环使用空调系统能源。应用此种设计方法，通过设置水泵实现循环运行，确保暖通空调系统检修与维护的便利性。采取此种措施，既可以降低空调设备损耗，又可以减少能源消耗。同时，在建筑室内设置温控调节设备，确保温度调控的即时性。

4.基于暖通系统布局优化，实现节能目的

建筑暖通空调系统设计时，设计人员应注重优化系统的管路布局，不仅要简化管路设置，还需要优化系统控制逻辑，根据不同用户的实际需求，实现不同场所的室内环境指标，灵活分区、简易控制、按需供给，既可以降低系统能源消耗，还可以确保用户计费的合理性。

5.基于联供技术，实现节能目的

建筑暖通空调系统设计期间，设计人员按照实际情况，优化选择天然气为能源。天然气为清洁能源，设计人员利用联供技术，能够为优化提供电力能源，通过发电余热，实现建筑制冷和供热，有效调控室内温度。应用联供技术，能够降低暖通空调系统对环境的影响，提升能源利用效率，降低能源消耗。

6.基于新能源技术，实现节能目的

随着新能源技术成熟发展，设计人员通过新能源技术，优化暖通空调系统节能设计，实现节能降耗效果。第一，地源热泵技术。在现代技术支持下，地源热泵技术越来越受社会关注，被广泛应用到暖通空调系统中。地源热泵技术通过浅层地热资源实现建筑制冷与供热。地热能位于地下浅层位置，不会受到季节变化影响，可以长时间保持稳定温度。建筑暖通空调系统，能够在夏季作为冷源。建筑室内环境热量，利用地源热泵传递至地层。借助地能，可以作为暖通空调系统热源。利用地源热泵，能够将热量传递至低温度位置。同时，在暖通空调系统中，将地源热泵作为蓄热装置，可以充分应用能源，减少能源消耗与浪费。设计人员可以按照民用建筑实况，通过地源热泵技术实现节能设计效果。第二，太阳能技术。当前，我国太阳能技术发展效果显著，利用主动式技术、被动式技术，能够高效应用太阳能。图3为太阳能技术原理图。太阳能主动应用系统复杂，对设计人员的要求高，所以设计与建设成本高，相应限制设计实践推广。太阳能被动应用系统，具备适用范围广、结构简单等优势。设计人员按照建筑结构朝向与特点，实现系统化设计。合理应用太阳能集热板、集热墙、光电板技术，将太阳能作为暖通空调系统能源来源，实现节能降耗效果。

图3 太阳能技术原理图

五、结语

综上所述，建筑暖通空调系统的设计是比较综合且严谨的，但目前节能设计普及率不足、重视度不足，严重影响了当前暖通空调系统的节能设计成果。为了改善上述问题，更好实现节能目的，作为该专业的设计人员，在日常的工作中应该更加注重“绿色节能”设计理念，且在实际项目上严格遵循相关节能设计规范、行业标准，通过合理选择系统冷热源、设备、适当运用新能源和新技术，优化暖通系统管路设计、控制逻辑，才能够更好实现节能设计效果，不断提升暖通空调系统的节能效益。