新型节能设计理念在暖通设计中的应用分析

徐大花

（嘉峪关市建筑设计院有限责任公司,嘉峪关 735100）

1 前言

大型公共建筑的节能具有重要性和必要性，对于节约能源和保护环境的作用都十分巨大。由于设计形式不同，每个建筑也会采用不同的空调设备，因而能耗存在较大差异，但也从侧面反映出这些建筑在空调系统方面巨大的节能潜力，这就需要在设计时，比较各种方案，做出最优选择。如果在设计的初期就可以通过计算机进行仿真模拟，全方位的评估各种设备的能耗量，对于大型公共建筑的设计就会起到锦上添花的作用，目前这已经成为改善大型公共建筑的重要法宝。

2 大型公共建筑空调系统的节能技术

比较大的公共使用建筑通常是把住所、办公场所、商场、娱乐等多种功能的设施进行集中，功能相对复杂一些。像是拥有多项能力的建筑，对建筑的每一个特有的作用以及特征进行研究，发现建筑中的某些功能经常出现高负荷的情况，特别是对于能量消耗较多的空调系统而言，将节约能源的观念进行推广是非常重要的。当前，国内对于节能技术的使用，大都体现在空调系统的使用中，在公共建筑中运用的比较少。

2.1 准确计算冷热负荷及选择恰当的冷热源

在空调系统进行运行的过程中，冷（热）负荷是最基础的标志。将冷（热）负荷进行减少将会对制冷机、供热锅炉、冷热水循环泵、风机盘等设备的型号，进而将系统进行初投资的比例降低，同时降低配电功率。这是实现降低能耗最根本的方法。《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019.2003要求“只有在方案以及初始状态时能够运用冷负荷指标，其他时间段作业中应该将空气调节区进行操作，使得冷负荷能够被核算出来，”所以当公共建筑进行施工中，需要对中央空调进行设置时，需要将建筑物中的各个房间的夏季得到的热量、冬季挥发的热量进行系统的计算，采用逐时计算的方法。相加计算得出建筑物冷负荷数值。以此能够求得制冷机能够产生的制冷量。以此来确认建筑物房间空调设置的方式。一般情况下进行系统所需负荷计算的过程是比较复杂的，需要将诸多气象信息、围护结构有关信息进行搜集，大型的公共建筑若是使用人工对负荷进行评估，工作量较大，但是目前的工程设计工期都是比较短的，使用人工进行负荷核算的方式目前已经不再适用。负荷计算软件的产生，提高效率，同时也减少了进行计算负荷的时间。

在进行空调冷（热）源的选取过程时，制冷主机最经常见到的方式主要是离心式、螺杆式、活塞式等大型冷水机组。主机主要是按照最大的负荷进行设计。针对不同的工况，他们都具有不同的曲线。在适合这条曲线的轨迹运行时，此时的主机的工作处于最稳定的状态，耗能最小，并且能够达到节能的目标。

热源大多是使用中型工业锅炉、小型工业锅炉、城市热网。对锅炉而言，锅炉在作业中的工作小笼包以及产生的热量成正比的关系。所以在对锅炉陪之前，需要对建筑物夏季、冬季的负荷情况进行详尽了解。

空调机组在进行配置的过程中不能简单的将容量机组进行组合，这样会导致系统出现故障，不能灵活使用。机组台数比较少，这表明单台机组进行制冷需要承担的负荷比较大，当机组出现台数较多情况时，单个机组的容量会相应下降，机组COP随之下降，能耗将会变高。多机头机组若是被不恰当使用，将会增加出错点。所以，应该根据全面负荷的实际情况，进行科学合理配置。

2.2 风系统计算中的节能

对新风进行正确的处理，目前看来能够有效的实现空调系统的调节。在空调系统的环境下，人们需要保持自身的健康状态，这就要求使用回风时不能够将新风进行无限量的减少，新风在送风的占比应该大于10%。风机风量=风速V×风道截面积F的乘积。风速V与风道截面积F的乘积能够进行设置，分为总送风量以及最小新风量两个调节档。室外空气焓值比室内空气焓值大时，使用最小调节档；室外空气焓值＜室内空气焓值，使用全新风运行，并且可以关闭冷源以及水系统。遮阳能够有效的进行节能，并且能够改善室内得空气质量。部分建筑物在冬天时依然需要进行冷气的提供，风机盘管空调系统的含义：由一个或多个风机盘管机组和冷热源供应系统组成。它使用冷却塔的形式进行冷气的提供，主要原因是新风的风量没有办法增长。对风机的节约能源的效果，通过（ATF）进行表述。可以见下面公式：

其中Q——输送的显热量(kW)；

Σp——送回风机的输入功率(kW)。

风管应该使用质量优等的原材料，加强保温隔热的性能，对保温层的厚度的设置需要满足两点：一、预防结露，二、具有节约能源的功效。与此同时，还需要确保风系统的紧密型，紧密型不过关的系统，漏风现象将会造成送风量的损失，约占5%-10%，这远远超过合理的范围，所以应该选取密封性特征优质的设备，做好密封工作，对质量进行严审。

2.3 水系统节能

空调的水系统一般包含冷却水系统、冷冻水系统以及冷凝水系统三种。水系统进行输送配置电，在冬季供暖期间占据建筑物总用电量的20%-25%；夏季供冷期间占12%-14%，因此水系统在节能方面有较好的效果，并且具有重要的意义。

（1）系统进行不断改进。一般条件下，使用封闭式冷却水的系统。

（2）对每个环节进行平衡的计算。设计人员应该将水系统的设计重视起来，使得各个环路的水力能够达到平衡，并且需要对空调水系统（系数）的统计结果进行严格检查，使得节能设计的标准达到要求，增加水系统的供回的水温差，这样可以将水量减少，节省输送耗能。

（3）冷却塔的节能。在冷却水系统正常作业的过程中，冷却塔的地位是比较核心的。冷却塔的性能在一定程度上会产生较大的影响，能够作用于空调系统。因此冷却塔的选取比较重要，主要是针对地区的气候状况等。

（4）减少系统中水的耗水量。在冷冻水系统中，冷冻水的功能是中间承载冷能源，因此在系统运行时，需要对系统进行严格监管，使得排污阀能够正常作业，节约水源。对于排污阀来讲，水资源的浪费是在所难免的，但是只有将水系统的清洁工作做到位，水资源的节约将会变得更有效果。

（5）使用变频技术，也可以称为变水量系统。变频技术主要应用在两个方面：水泵以及冷水机组，但是相对于冷水机组来说，变频技术主要在水泵上进行使用，水泵主要依靠最大设计负荷进行评估，大约有10%的雨量。在大多数情况下，实际负荷＜设计负荷。全年负荷承载在50%。当系统处于流量固定的状态时，在大部分的工作时间中，冷冻水以及冷却水的温差在1.0-3.0℃，意味着：温差较低、流量较大的状态下进行工作业，这对管路系统来说，能源消耗将会变大，并且出现能源浪费的现象。

3 工程概述

3.1 建筑概况

建筑工程项目的地点位于甘肃地区某市内，整个建筑的领域达到26985m2，建筑的高度是99.2 m2。建筑物的概况：地上28层，一至五层是商业用房，第六层作为商业中心，7-24层是办公用房，24-28层是商业用房。

3.2 空调系统类型

建筑周边各部分的功能是不同的，因此选取不同种类：

空调系统：一、全空气空调系统，适用范围1-6层、24-28层，这些都是大空间的场地；二、风机盘管加上独立新风系统，适用范围：7-24层办公用房。

把甘肃地区当作范例，甘肃的夏天酷热，太阳照射也相对十分直接，冬天的太阳照射相对少，阴冷天气增多，为了能够达到建筑节能的目的，需要使用相关进行遮蔽阳光的设备。当前，诸多公共建筑使用的是自控可以自己调节遮阳的装置，能够对室内的照度进行分布，避免产生眩光的现象发生，控制原理是光控，能够具有自动识别性，通过对室外日照情况进行识别分析，对遮阳进行自动调节。使得室内的热环境和光环境在一个稳定的状态下，这对节约一定的能源消耗具有重要作用。

为了能够使得围护结构的结构设计越来越规范化，《公共建筑节能设计标准》中，将围护结构进行了分类，气候不同的地区限制也不尽相同。举例夏热冬冷地区，可以见表1。

表1 夏热冬冷地区围护结构传热系数和遮阳系数限值[2]

4 空调类型对负荷的影响及热回收装置节能分析

HAP中，对系统设计的定义进行了引进，运用在了负荷计算过程中。得出的计算结果与系统的实际运行相比，相差不大。所以，将配置热回收装置的系统，与传统的设计系统进行对比，分析产生的影响。

空调系统进行运行的过程中，对于空调换气排气造成的能量的带走经常会不被考虑在内，致使能量被浪费。若是在风系统中进行热回收装置的配备，对排风的中的旧风加以利用，产生一定的热量从而节省能源，从而可以使得得到新风需要的能量降低。机组负荷进行降低，以此来提高空调系统的经济性能。先使用HAP对影响进行定量的比较，商场层中设置进行排风的回收的装置，也就是使用全热换芯体的新风。排气换气设备。使得新风、排风能够进行换气。尽可能的使得排风的显热（冷）以及潜热（冷）换置至新风的环境中，可见图1。

图1 VAV系统节能效果示意图

从图中可以看出VAV的每月节能率，从上图中可以看出，整体上夏季的VAV节能率与冬季相比是较低的，特别是在6-9月份，早晚的负荷相对依旧是比较低的，送风量也有调节的余地。所以，VAV系统在节能上仍然有进步的空间。1月份达到了63.4%，全年平均的节能率是51.2%。

空调在处于作业的工作状态时，大多数时间是部分负荷的工作形式，占据总的运行时间的百分之十。在全年的工作中，平均负荷率是40%，将送风量进行一定的改变，能够对房间的空调参数进行维持，这是VAV的定义。但是在国内当前应用出现两个主要的因素不利于VAV的发展。一、进行初始投资比例较大。因为VAV系统的设备是比较多并且较依赖进口的，这使得初始投资的费用相对较高；二、技术层面受到制约。相对于国内，国外的两项技术之间关系密切，进行了技术的结合较先进，国内当前还处于初级发展阶段，技术比较落后，所以尽管此技术进行节能的效率比较高，但是设计人员仍然有比较多的顾虑。

5 总结

本文以暖通空调节能设计应用于公共建筑为案例进行了研究，本文概述了公共建筑空调节能设计研究相关背景及本文研究思路基础上对建筑设计中暖通空调建筑负荷计算相关理论进行了阐述。最后以甘肃地区某市某大型公共建筑进行概述，对该建筑物中空调结构进行了分析讨论，站在冷热负荷的角度上，得出了最常见并且最佳适用的几种节约能源的技术。本文基于理论结合案例进行设计模拟进一步验证了大型暖通空调节能技术应用于大型公共建筑的适宜性能及未来趋势在环保节能中的重要作用。