从设计角度谈暖通空调系统的节能问题

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　　摘要：本文作者参考相关资料，结合工作中的一些经验，分析了暖通空调系统节能的意义，同时探讨了在设计阶段暖通空调系统的节能方法。
　　关键词：暖通空调；系统；设计；节能
　　
　　前 言
　　随着经济的快速发展，环境和能源的矛盾日益突出，建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大。而在建筑能耗里，随着人们对生活要求的提高和工业超高新精方向的发展，暖通空调系统的应用范围逐步扩大，目前用于暖通空调的能耗已占建筑总能耗的30%~50%，且在逐年上升中，这更进一步加剧了能源供需矛盾。如果采用节能技术，则现有暖通空调系统有可能节能20%~50%，这样不仅能缓解电力紧张状况，还能降低不可再生能源的消耗，对保护生态环境有着重要的意义。
　　
　　一、暖通空调系统节能的意义
　　随着社会的发展，暖通空调在国防、科研、医药、工程和生活等领域得以更加广泛的应用，其能耗占总能耗的比重也进一步增大，这就更加激化了能源供需矛盾。另外，现有的暖通空调系统所使用的能源基本上是以高品位的不可再生能源-电能-为主，这就导致国家在用电高峰时（特别是夏天）不得不大规模拉闸限电，严重制约了工业的发展。能源的大量使用，已经使地球资源日益匮乏，同时也带来严重的社会和环境问题。随着三废（废水、废气和废渣）排放的增加，加上不少地区的无序排放，造成部分地区出现酸雨、河水发黑发臭等现象，严重的甚至对当地居民的生产生活产生了不可逆的影响，给国家和地方的可持续发展带来了很大的困扰。根据暖通空调行业的研究成果，现有空调系统的能耗是相当大的，占到了建筑总能耗的30%~50%。如果采取相应的新型节能技术，则完全有可能使现有空调系统节能20%~50%。因此考虑暖通空调系统节能具有长远意义。
　　
　　二、暖通空调系统设计中常用的节能技术和措施
　　随着科技的不断进步，在暖通空调及其相关领域内不断出现新技术和新发明，我们可以通过新技术新发明的应用来实现暖通空调系统的节能。 作者参考相关资料，结合设计工作中的一些经验，从以下几个方面来探讨实现暖通空调系统节能的可行性。
　　2.1合理选择室内设计参数
　　暖通空调系统室内计算温、湿度的选择，首先必须符合规范和标准的有关规定，应根据实际需要确定，不能随意提高标准。新风量的确定，也应按照相关的规范和规定，在确保卫生要求、生产工艺要求的前提下尽量节省。
　　（1）合理确定室内温、湿度参数：确定合理的室内参数是节能的重要因素。系统能耗大小除了与当地室外气象参数、建筑物的外围护结构以及室内散热散湿量有关外，室内设计温、湿度标准也是直接影响负荷大小的重要因素。这是因为，在夏季将室内空气设计温度每提高1℃，将减少8%的供冷能耗；在冬季将室内空气设计温度每降低1℃，则可节约10%以上的供热能耗。室内温湿度的取值还与设计方案有关，比如在舒适度不变的情况下，采用低温热水辐射采暖的设计温度可比采用对流辐射采暖的设计温度低2℃。
　　（2）合理确定新风量及新风比：引进新风的主要目的是为了满足人员的卫生需求及部分工艺性空调的要求。随着新材料和新工艺的应用，围护结构的热工性能得以不断提高，围护结构的负荷占建筑总负荷的比重越来越少，而新风负荷所占比例则越来越大。因此新风负荷的确定，与节能关系重大，新风量过大不但直接增加暖通空调系统的总负荷，还会造成系统的主机、冷却塔、水泵、风机盘管等设备耗能增加。
　　2.2改善围护结构的热工性能与采用节能设备
　　围护结构的负荷在整个暖通空调系统负荷中占有很大的比例，因此，提高维护结构的热工性能可降低暖通空调系统的总负荷。围护结构的热工性能应符合新的节能设计标准的要求。设备也应与空调专业相结合，选用节能型设备。
　　（1）围护结构：改善围护结构的热工性能，可通过选用热阻高的建筑材料、对围护结构进行保温隔热、缩小窗墙面积比、提高外窗（包括玻璃幕墙）的气密性和适当外部遮阳来实现，也可通过设置通风屋顶或在屋顶进行绿化的方法来降低负荷。
　　（2）根据有关部门统计，照明、电梯等设备用电量所占比例越来越大，而这其中有相大的一部分会直接转化为空调冷负荷。因此对于空调面积大和设备用电容量大的地方，应尽量采用节能型设备，以降低空调冷负荷。
　　2.3 认真地计算
　　计算与节能有关的评介标准是空调负荷计算、系统水力计算和设备选择计算。计算本身并不是节能的措施，但是计算能避免出现大部分工程都存在的大安装容量，可以减少系统运行调节难度，避免投资浪费、使系统和设备的运行能效比高。
　　2.4 确定合理的暖通空调系统、选用合适的设备。
　　（1） 暖通空调系统的选择、系统服务范围的确定和系统划分原则的不同，也会造成不同的能源消耗。比如，在空调系统设计时，应考虑在发热量较大的局部热源附近设置局部排风，将设备散热量直接排至室外，以减少夏季的冷负荷；将有不同参数要求的空调区域设于一个全空气系统内，就有可能造成局部参数失控或需要末端再热，从而造成能源浪费，这时候，采用内外区分区不失为一个好的节能方法；对于高大的空间，采用分层空调技术则能实现更好的节能；而变风量空调技术则能根据各房间要求，按需供给，也是暖通空调专业节能的一项基本技术。
　　（2）设备的选择应以计算参数为依据，不应无原则的增加安全系数；设备选择应优先考虑设备的运行效率，使其尽量在高效率范围内运行，不选择能效等级不达标的产品；设备的选择还有一个容量和台数搭配的问题，设备台数和容量的不同会造成实际运行能耗的不同，采用大小机组搭配的方式能收到很好的节能效果。此外，降低空调系统的输送能耗也是一个节能的重要因素。
　　2.5 提高暖通空调系统的控制和运行水平
　　暖通空调系统的设计是以满足设计条件下的正常运行来进行设计的，而由于全年气候呈周期性的变化，这就造成了在绝大多数情况下，暖通空调设备的装机能量都超过了实际负荷。这时如果还是按满负荷运行则不但会造成浪费，还会使室内空气参数达不到要求。因此，对暖通空调系统采取有针对性地控制措施，在不影响房间使用的基础上，最大范围的利用新风，通过量调节和质调节，实现系统供冷（热）量与需求一致，从而实现节能。
　　2.6 冷热源的选择
　　冷热源的选择应根据工程的使用特点，结合当地能源情况，采用合理的系统能源形式，近可能的利用可再生能源和低位热源，尽量进行热回收。对于能源呈现季节性紧张的地区，蓄冷空调技术则会得到较好的经济和社会效益。
　　可再生能源分为两类，一类是天然能源（如太阳能、空气源热泵、水源热泵），一类是循环再生能源（如土壤源热泵）。
　　热回收包括空气热回收和冷却水热回收，其中空气热回收的回收率在60%左右，效果较好；而冷却水则由于水温较低，其回收利用受到一定的限制。
　　（1）太阳能：太阳能是取之不尽、用之不竭的天然清洁能源，这里所说的利用主要是对太阳辐射能的直接利用，辐射对于暖通空调而言是有利有弊：一方面充分利用太阳辐射，可减少因灯光照明引起的夏季空调冷负荷；另一方面太阳辐射又会引起空调日射冷负荷的增加。
　　太阳能热水供热系统将太阳能转化为热能,通过集热设备采集太阳光的热量,再通过热导循环系统将热量导入至换热中心,然后将热水（大约40℃~50℃）导入适合低温热水供水温度的设备（如地板辐射供暖系统等）。对于必须保证供热的建筑，还应设置辅助热源。春夏秋季还可以利用太阳能集热装置生产大量的免费热水。对于白天太阳能非常充足的地区，还可考虑蓄热装置，蓄热能量需从经济性和技术性两方面加以考虑。
　　（2）热泵：热泵就是利用外部能源（一般是电能、机械能或高温热能）使热能从低位热源向高位热源转移的装置。其消耗的能源主要在制冷循环过程，所以比较节能。热泵分为空气源热泵、水源热泵两大类，而水源热泵从能源的来源方式又分为地下水、地表水和土壤源热泵三种方式。我们平常家里用的空调就是空气源热泵的一种。土壤源热泵是能量循环再生利用的典型例子，近期发展较快。
　　（3）空气热回收：空气热回收分为全热回收和显热回收两种热回收方式，但他们的工作原理是一样的：都是利用建筑物或者其他系统的排风与新风进行热交换，从而对排风所带能量进行回收。
　　（4）冷却塔供冷技术：对于一些在冬季也需要供冷的建筑，利用冷却塔直接向空调系统提供冷水，能够取得好的节能效果，但冷却塔的使用有一定的局限性，选用时需注意。
　　（5）采用蓄冷技术
　　当前，蓄冷技术已成为电力负荷调峰的重要手段。其工作原理是采用制冷剂或者蓄冷装置，利用夜间电力低谷的廉价电费时段制冷，将冷量以冰或水的形式储存在蓄冷设备中；在电力高峰时段，将储存的冷量释放出来供给空调使用，达到电网的移峰填谷、节省运行电费、节能环保的目的。
　　
　　三、总结
　　综上所述，暖通空调系统在建筑节能中占据重要的位置，起着重要的作用。在暖通空调的设计中，应不断积极研究新的节能技术，提高节能效率，同时还要加快节能技术的推广和应用，以实现显著的环境效益和社会效益，推动经济社会科学发展。

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