节能减排理念下绿色建筑暖通空调节能优化设计方法研究

李小勇

摘 要：为控制建筑暖通空调的碳排放，以天水大剧院建筑为例，对绿色建筑暖通空调的节能优化方法展开研究。设计暖通空调水系统水源泵技术参数，优化节能减排理念下的空调水系统；采用30个～35个2 m2～2.5 m2的自动监测和感应开启风扇，通过在顶部安装排风装置的方式，实现对建筑内部环境通风散热的设计。实例应用结果证明：该方法不仅实现建筑暖通空调的节能设计，还有效控制暖通空调在投入使用后的碳排放，满足建筑的绿色建设与发展需求。

关键词：节能减排理念；通风散热；优化设计；节能；暖通空调

1 前言

在环保、可持续发展的大背景下，建筑暖通空调的绿色、节能发展需求日益强烈。因此，将绿色、节能、环保等思想引入建筑工程建设工作中，是十分有意义的工作[1]。2019年，国内建成的建筑面积超过640亿m2，随着群体对建筑环保建设需求的增加，建筑面积正以每年40亿m2速度增加。在建造过程中，为满足建设施工需求，施工方会在建设中耗费大量的不可再生能源，排出一定量粉尘气体与污水，对绿色建筑的发展起到抑制作用[2]。暖通空调运行耗能占建筑整体耗能的40%以上，参照我国绿色建筑评估标准等相关文件可知，暖通空调的高耗能问题已经不符合建筑的绿色运营标准。为落实此项工作，本文以天水大剧院建筑为例，将节能减排理念作为背景，对绿色建筑暖通空调的节能优化方法展开设计，助力建筑行业发展。

2工程概况

为实现对绿色建筑暖通空调节能的优化设计，在开展相关研究前，对优化对象的基本情况进行概述[3]。安排技术人员与本次研究试点工程的运营管理方进行交涉，总结该建筑的基本情况内容如上表1所示。

本工程为一级负荷用户（考虑到本项目在当地的重要性，适当提高了负荷等级），第二类防雷建筑物。市政为本项目提供双路（双回路）10 kV电源，本建筑内地下一层设10/0.4kV变电所1座。本项目设有自备应急柴油发电机组，在地下二层设置柴油发电机房1座。

3绿色建筑暖通空调节能优化设计

3.1节能减排理念下空调水系统优化

为实现对绿色建筑暖通空调的节能优化设计，应在开展相关工作前，将节能减排理念作为依据，从空调水系统入手，展开如下设计。

应明确其中的水系统采用一级泵双管制设计方案，其中水泵与一体化自控装置集成，实现对暖通空调运行状态实时监控，确保空调水系统的回水温度在7℃～12℃范围内，供水温度在45℃～50℃范围内。在优化过程中，以最小运行成本收益最大和节能减排为目标，构建目标函数，公式为：

3.2建筑内部环境通风散热设计

完成上述内容设计后，优化建筑内部环境的通风散热环境。应明确所选的工程项目整体采用大面积的玻璃屋顶，除水平方向的隔热、吸音、遮阳等组合结构外，仍有大面积的透明玻璃采光顶，有明显的屋顶热量聚集作用。

通过测量可知，夏季建筑顶部的累计温度达到70℃～80℃。在建筑顶部每间隔5 m～10 m，安装温度传感器，如果其中任意温度传感器检测到的温度＞50℃，或者任何辐射热量传感器检测到热辐射照度＞1 kW/m2，则顶部将开启天窗、排气扇进行通风和散热，降低建筑内部环境的温度。当温度感应器的感知温度下降到40℃时，自动关闭风扇关掉，使用电动天窗自然通风，达到暖通节能设计目的。在温度传感器的感知温度＜30℃时，自动关闭电动天窗，防止空调能量消耗。

3.3绿色建筑暖通空调出水温度节能控制

当夏季温度较高时，设定暖通空调出水温度在6℃～8℃；当夏季温度较低时，设定水温度在9℃～11℃；处于夏季过渡季节时，设计水温度在11℃～13℃。在供冷阶段，蒸发器供水温度每提升1℃，则机组节能约3%。对冬季暖通空调出水温度进行调节与控制，实现对绿色建筑暖通空调出水温度节能控制。为实现该目标，引入PID控制，PID控制结构如图2。

根据上述PID控制结构，设计暖通空调出水温度节能控制算法，公式为：

4节能效果分析

建立暖通空調与数据采集仪器间通信联系，实时采集暖通空调运行工况。布置传感器规格与参数如表3：

上述设计后，使用传感器采集绿色建筑暖通空调运行参数，统计优化前与优化后的能耗，结果如图3。

图3可以看出，优化后绿色建筑暖通空调耗能小于优化前绿色建筑暖通空调耗能，说明设计优化方法在实际应用起到较好节能效果。

对优化前与优化后绿色建筑暖通空调的减排效益对比分析，应明确优化前的建筑暖通空调在投入使用后，其能源消耗类别包括电力与天然气，而优化后的建筑暖通空调在投入后，能源消耗类别只有电力，无天然气消耗。对比建筑暖通空调减排效益，统计结果如下表4。

从表4可以看出，优化后绿色建筑暖通空调减排量为145.86t，优化后建筑能源消耗显著少于优化前的建筑暖通空调能源消耗。得到如下结论：本文提出节能减排理念下绿色建筑暖通空调节能优化设计方法在实际应用中效果良好，该方法不仅实现建筑暖通空调的节能设计，还有效控制暖通空调在投入使用后的碳排放，满足建筑绿色建设与发展需求。

5结论

自现代化经济发展以来，建筑行业发展越发迅速，尽管建筑行业的发展一定程度带动行业收益，但建成投入使用后的建筑能耗问题，成为阻碍产业建设与行业经济发展的主要原因之一。本文通过空调水系统与风系统优化、建筑内部环境通风散热设计、绿色建筑出水温度节能控制，完成节能减排理念下绿色建筑暖通空调节能优化设计方法的研究。检验证明，可在降低建筑暖通空调能耗基础上，减少空调运行碳排放，实现“节能减排”发展目标。

参考文献

[1]邢国新.基于IPSO-Elman神经网络的建筑暖通空调系统能耗预测方法[J].自动化技术与应用，2022，41（04）：91-94.

[2]刘伟，李怀，黄巍，刘学良，等.基于TRNSYS模拟的某近零能耗办公楼暖通空调系统优化配置分析[J].建筑科学，2022，38（04）：158-168.

[3]续晨，汪洪，王巍翔，等.暖通空调联合站房运行诊断与节能改造浅析——以武汉某工业园区项目为例[J].建设科技，2022（Z1）：55-59+63.