建筑暖通空调节能降耗技术分析

邱庆龄

武汉商学院 机电工程学院 湖北 武汉 430056

在整个建筑生命周期中，绿色建筑可以为人类提供更加健康、高效、环保的居住空间，缩短人与自然的关系，而且还达到了节约能源和保护环境的目的。据统计，2018年中国建筑全过程能耗达到全国能源消费总量的46.5%，且有逐年上升的趋势[1]；而暖通空调能耗在建筑能耗中占有主导地位，加之建筑暖通空调项目的节能减排设计、施工和使用过程中都还存在着许多亟待解决的问题。伴随着我国暖通空调行业及相关技术的不断发展，暖通空调节能降耗技术也越来越受到人们的重视。

1 暖通空调节能技术简介

1.1 太阳能再生技术

对于太阳能本身而言，它是一种可再生能源，不仅具有很强的清洁性能，而且属于可持续利用类型，太阳能是节能的主要研究类型之一。太阳能在暖通空调中被多方面应用推广，其主要原因是为了推广环保节能，减少碳排放。太阳能在建筑物 HVAC系统中，主要是通过科学利用太阳能，如提高循环处理系统的热导率，以转换用于实现能源获取和加热的用能需要[2]。

1.2 自然通风节能技术

在气压技术这方面的研究，我国处于中等水平，自然通风节能技术是指在房间里就可以显著改善室内空气质量。根据这一工作原理和优点，可以将这项技术应用到 HVAC 系统中。这可以显著提高HVAC自动循环通风性能，同时也能达到节能的暖通空调运行的目的。

1.3 地源热泵节能技术

该技术具有提高经济效率的显著效果，有较好的节能效应而被广泛应用。地面源热泵节能技术的应用对周围环境没有显著影响，并且不会导致污染。如今，地源热泵技术已经发展成为暖通空调设计技术中更成熟的类型，特别是在应用较普遍的北部地区，主要是通过串联或者并联方式辅助供热，来发挥太阳能的辅助作用[3]，进一步提高了这种低品位热源的利用率。

2 探讨建筑暖通空调节能降耗设计的原则

2.1 操作便利和适应性的原则

为了让 HVAC 系统适应不同气候条件下的舒适性要求，HVAC 的设计应考虑到需要有更显著气候调节特征，在实际设计节能技术的过程中要始终坚持操作便利性的原则，这才是暖通空调技术被广泛应用的前提。在设计时，可利用有效的现代先进技术，如建筑设备BAS集成技术应用，使得HVAC 系统的节能运行更为可靠。

2.2 经济性设计原则

暖通空调节能设计要坚持经济性原则，所谓的经济，主要是指在设计过程中注重节能运用，如根据建筑负荷选择主机时应考虑房间同时利用率的因素，总之，要满足暖通节能的目的，降低能源消耗为根本，同时符合经济化的理念，全面做好成本控制措施的具体方面[4]，这样可以在运用暖通空调节能技术时，达到高效率、低成本的应用。

2.3 倡导循环绿色原则

暖通空调项目的降耗设计，是以达到节能为基本目的，其主要是为了将能源、资源利用最大化、合理化。比如在设计气流组织时，需充分利用空气动力循环作用，实现室内气流组织的均匀分布，提高能量的有效利用，以便于达到节能的目的。此外，环保、绿色的暖通空调概念的深化，也应具体体现在暖通空调项目的全过程当中。

3 建筑暖通空调节能降耗技术及问题分析

3.1 提高暖通设计的高效科学性

暖通空调项目设计过程中，需及时了解行业最新规范与标准，以及新产品、新技术、新工艺的应用方法，以提高系统设计的科学性与严谨性。如在确定系统负荷时，由于暖通空调系统的设计通常遵循高负荷的指导方针，此时刻在实际运行中实现满负荷有一定的困难系数，而且以满负载运行时考虑系统的所有设备，因此在系统控制运行上，应采用更为精准的控制技术，以使HVAC系统的每个部分是在最适合的状态运行，从而实现充分能源效率和节能的目的。

3.2 提高系统控制水平

一套合适的暖通空调控制系统可以显著提高HVAC 系统的可靠性、减少碳排放，在技术飞速发展的时期，如今的建筑暖通空调和智能控制水平方面都得到了增强，热和冷，温湿度监控也很到位，载准确的运行过程中，整个操作系统以提 高系统的稳定性和可靠性更进了一步[5]。具有更高的可靠性数据信息可被用作于设备的操作和管理的可靠基础，也有利于针对和实施设施的维护和管理工作，促使暖通空调系统始终处于最佳工作状态，从而实现空调精准节能的目标。

3.3 加强系统运行的节能管理

在科学的设计、控制水平高、合理的布局、充分利用先进技术的基础上，节能潜力可以有效地提高。在实际操作中，能量调节系统是节能潜力得以充分发挥的核心要素。通过先进的楼宇自动化控制系统的参数，可以实时在线监测动态调度，同时，也保护了空调系统的操作具有安全性、可靠性、节能性和经济性的更高层次。所以加强系统运行设计的节能管理相当有必要。

3.4 优化热循环和空调设计隐患

为了保证设备的热循环和通风，可以提高系统的运行效率，提高设备的使用效率，例如，在烹饪过程中，由于能量的消耗，会导致大量的油烟排放，热循环过程中，设备的排气管和空调器布局，采用合理的排风和空调器，以保证燃烧物能够最早的排出[6]。由于城市对建筑周围的发展和规划，一些建筑的地下空间用来停车，汽车停在地面上会造成不利于通风的问题，增加了环境能量的整体消耗和长期的危险，为了减少车辆对人体健康和零部件的温度异常等现象，应对其环境的空调设计和通风系统进行了优化和装置改进。

3.5 优化空调水循环系统

在管道的设计与施工中，应对管线进行适当的选取，确保其满足水压、温度、耐腐蚀等条件。同时，在进行科学、完整的工程方案设计时，必须对工程的具体需求进行分析，尤其是管线的坡度、高度等重要设计指标，以达到合理、可行的目的，从而降低工程中的水循环故障[7]。排气阀的设置和排气阀的布置要与空调机的操作需求相一致。另外，要加强对水环境的净化。在对空调系统的冷凝水进行回用时，必须严格按相关技术规范进行废水的排放。

3.6 完善空调系统的保温性能

暖通空调器的工作目标是处理建筑冷热负载，其工作品质和节能效果主要依赖于其房间围护结构的隔热性能，以及空调系统冷热管道的保温性能。因此，对建筑维护及空调系统保温问题进行妥善的处理，可以有效地减少能耗，提高空气调节的品质。

3.7 经济性问题

经济性问题是建筑暖通空调设计中需要考虑的重点问题之一，目前使用的暖通空调系统不但要求节能环保，而且也要寻求性价比高的产品。因此在进行相关方案设计时，应充分考虑经济性问题，这样才能够让节能降耗能够在经济保障的情况下得到实现。在对暖通空调系统进行设计时，往往投资者对一次性投资内容比较关心，所以在对材料、设备以及管道上的相关投资进行重视的同时，还要对工程管理、安装调试以及室外管线费用等相关因素进行综合评价。

4 暖通空调系统节能现状分析

4.1 设计人员与工程设计现场脱节

大多数工程设计人员工作繁重，处于完成任务而往往依据既往的经验进行工程设计，因而会造成设计内容与工程现场不符，甚至有脱节现象发生；而且，不同专业之间缺乏有效的沟通，加之目前BIM技术并未人人普及，因此工程设计偏于保守，节能效果并不明显，项目后期评估工作也不十分到位。

4.2 缺乏对暖通空调系统运行的有效管理

一旦建筑的功能改变后，原有的HVAC系统效能将会受到一系列影响，一般的物业管理公司在对楼宇进行经营和管理时，也无法对系统进行有效的节能运行管理，因而建议专业暖通空调运维公司对空调系统系统实施管理，而非物业管理公司运营。

4.3 忽略能源管理要求

虽然建筑业实现了快速发展，HVAC系统进行了节能设计，但仍然存在很多问题，由于建筑暖通空调项目的专业特性，如管理层忽视碳排放的环保要求，像暖通空调这样的耗能大户稍有不慎，就会造成较大的能源消耗。

4.4 节能改造潜力巨大

建筑暖通空调系统涉及的专业包含水、电、冷、热、气（汽）等多个领域，在日常的运行管理中，有很多的常规项目需要维护，针对节能降耗要求，淘汰一批老旧设备、改造一批耗能设备、更新一批智能设备、升级一套管理系统，整个市场保有量大，节能改造潜力巨大。

5 暖通空调节能技术的应用

5.1 变频技术

通过可变频率调节器改变压缩机功率频率，从而实现了制冷功率的调整，实现了连续的低速操作，避免了频繁的起动压缩机，以实现有效的节能。变频技术在现代空调中的使用范围越来越来广泛与受欢迎，尤其在日本，变频空调的应用已经进入千家万户，使用率高达 80%，相关研究表明，通过对压缩机、风机以及泵上使用变频调速装置，可以达到节电 30%以上[8]，因此变频技术在暖通空调领域具有先天优势。

5.2 蓄冷技术

蓄冷技术是利用物质的显热或者潜热特性储存冷量，在需要的时候将冷量释放出去供需求方使用的一种技术[9]。如冰蓄冷技术，利用夜间用电低谷负荷进行制冰，并储存在蓄冰装置中，白天将冰融化释放储存的冷量，来减少空调系统的装机容量和电网高峰时段空调用电负荷，从而实现负荷转移的目的。此类技术充分利用峰谷电价的差异，实现了能源的合理利用。

5.3 BAS系统中的能源管理

BAS楼宇自动化系统是以集中监视、控制和管理为目的而构成的综合系统。系统通过能源计划，能源监控，能源统计，能源消费分析，重点能耗设备管理，为业主和用户提供安全、舒适、便捷高效的工作与生活环境，并分析建筑暖通空调能耗状况，实现暖通空调节能应用[10]。

5.4 热泵技术

热泵通常是先从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，然后再向人们提供可被利用的高品位热能，理论上其COP值可达到2.5-5，新型的热泵技术可达6～8，能够提供数倍于输入耗能的能量输出，可见其节能效果的显著性。随着燃煤锅炉的退市，热泵技术将会在越来越多的领域得到应用。

5.5 空调系统的性能提升

5.5.1 方案设计趋于合理化

从专业角度来讲，暖通空调系统相对于其他同类系统及设备而言，其内部的构造较为复杂，只有经过科学合理的设计，才能在达到供热或制冷目的的同时，进一步降低对环境的负面影响。也正是因为如此，提升空调系统的设计合理性就成了相关技术人员关注的重点；只有在设计环节对暖通空调项目全过程细节把握准确，对每个部位的节能降耗情况和满荷载运行情况掌握清楚，才能确保各部分的荷载符合整个系统的耗能状态，从而达到节能降耗的目标[11]。

5.5.2 系统节能控制智能化

暖通空调控制系统是节能降耗控制的核心，控制智能化水平的高低将直接决定该空调系统是否能够在发挥正常功能的同时，将以什么样的节能效率运行。因此，在此类空调控制系统中融入节能降耗技术，不仅可以将整个空调的运行效率有效提升，还能有效减少空调的碳排放量，从而进一步满足用户的要求。比如，该系统的水泵耗电量也可以因为该技术的应用大量降低，真正做到运行节能。

随着科技发展，空调设备也越来越智能，空调内部结构的优化完善使其也逐渐具有了准确监测运行数据的功能，确保整个系统的正常稳定运转。同时，反过来，监测到的数据信息越准确，那么可以为整个空调设备提供越准确的管理指令，确保相关工作人员准确了解空调的运行状态，及时进行有效的维护，让空调系统始终保持最佳的工作状态。此外，暖通空调设备的整体布局也应当是相关设计人员关注的重点内容之一。要想实现节能降耗目标，除了应用相关技术，还可以利用位置优势。例如，在安装空调设备时，可以综合考量建筑的整体朝向，以达到借助太阳能和风能的作用，这样不仅可以利用自然资源，还可以降低空调的消耗。

5.6 变风量、变水量技术的运用

变风量和变水量技术是节能环保技术中的一个重要组成部分。变风量技术与以前的传统技术相比可以大大节约能量，可以实现能源的可持续利用。它主要用空调中的风电感应装置，实现对室内风量的调节，从而可以保证房间里面的温度更舒适。变水量技术通过对水流量调节，使房间内的湿度适宜。这种变风量技术与传统的定水量技术相比大约可以节约一大半的能源。根据暖通空调实际的运行情况，可以随时随地改变送风量和送水量，可以使资源充分利用。

6 结语

总之，在暖通空调领域实现节能降耗，能够对我国的生态环境和经济发展都有一定的促进作用，符合国家的能源国策。要想真正有效地促进人居环境的可持续发展，就必须对暖通空调系统进行有效的节能设计或节能改造，选用更加科学、合理的节能降耗措施，极大地提高暖通空调系统的节能效率，从而推动建筑行业的可持续发展。