暖通空调节能设计

摘 要：分析了建筑环境与暖通空调能耗之间的关系,,并阐述了暖通空调领域节能的途径与方法,以期促进暖通空调节能设计的进展.

关 键 词：暖通空调；能耗；影响；途径；节能设计

1建筑环境与暖通空调能耗

能源为经济的发展提供了动力,但是能源的发展往往滞后于经济的发展.近几年,我国的国民生产总值增长率维持在10%,但能源增长率只有3%～4%.这样的形势要求我们必须节能.建筑能源消耗占社会总能耗的比例较大,建筑节能是建筑发展的基本趋势,也是当代建筑科学技术的一个新的生长点.现代建筑的必要组成部分）））暖通空调领域也已经受到这种趋势的影响,暖通空调系统中的节能正在引起暖通空调设计者的注意,并且针对不同国家、地区的能源特点和不同建筑的采暖、通风、空调要求发展着相关的节能技术.现有的暖通空调系统所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源,其中电能占了绝对比例.研究建筑环境,了解暖通空调负荷产生的原因及影响因素,可以更加合理地提出解决问题的方法.

2精心的设计是暖通空调系统节能的重要保障

设计方案对暖通空调工程设计的成败乃至整个工程的使用和节能关系重大.暖通空调系统特别是空调系统庞大而复杂,系统设计的优劣直接影响到系统的经济运行和耗能性能.结合生产实践的设计经验,在设计阶段需应加强以下两方面的工作：一方面是注重从节能角度认真进行设计方案的比较和优选.例如对冷热源系统的选择,因为暖通空调系统所消耗的能量大部分是在冷热源系统中消耗掉的.选择冷热源系统不仅需要考虑它的初投资和运行费用,还应结合当地的能源结构和建筑使用功能特点对耗能指标进行分析比较.再例如在系统形式选择和划分时应注意考虑不同朝向、周边区与内区之间的差异,系统应分开设置应用能源技术或分环,以便分系统或分环控制和调节.这样可以避免某些区域出现夏季过冷或冬季过热的现象,造成不必要的能量损耗.尤其应注意控制两种倾向：一种倾向是不管节能效果如何而盲目地追求新技术的倾向,认为采用最新技术的设计方案就是最佳的设计方案.实际上每种方案都有其适用条件和范围,若从降低运行费用和能耗指标方面考虑,先进的技术方案就可能变成不合理甚至是不可行的方案；一种设计方案对某个工程项目可能是最佳方案,但对于另一个工程项目就可能是不可行的方案.另外一种倾向是认为复杂的方案就是高水平的方案.但实际上系统越复杂,通常其设备越多,不仅投资和运行费用高,系统的可靠性和可控性也差,节能效果相应也就相对较差.总而言之,在确定空调设计方案时务必结合工程的具体情况,根据负荷特性、建筑使用功能要求和环境控制特点等多方因素,注意从节能角度通过全面技术经济分析比较后确定出最佳合理的设计方案,确保系统的运行与被控制的环境有最佳的配合,以达到在有良好的环境控制质量条件下既经济又节能的目的.另一方面,须认真进行设计计算.首先应根据工程具体情况对空调运行季节进行全工况、全过程的分析计算,寻找出一个比较合理的设计方案,使空调系统在不同的室外气象参数或室内状况下都能经济合理地运行,为在运行中节能奠定基础.其次是通过认真计算,合理确定系统的冷热负荷及风、水管道阻力,选择合适的冷热源设备和水泵、风机等动力设备.确保所选择的各项设备能恰好处在最佳工况状态下运行.切忌不经计算和按照水泵或风机的特性曲线选择设备,而盲目地按水泵或风机样本的铭牌参数选择流量、扬程或全压过大的泵与风机,导致设备运行中造成不必要的能量损耗.另外,在有条件或系统允许的情况下,应在对系统总能耗进行综合比较的基础上,合理加大系统的介质温差,以减少系统的水流量和送风量,降低输送过程中的能耗.

3暖通空调系统进行有效的节能设计,合理选取设计参数是基础

空调室内计算温、湿度的确定应取合理值,不能过低（夏季）或过高（冬季）.新风量的计算与取值,在保证卫生要求、生产工艺要求、符合规范要求的前提下尽量节省.

室内温、湿度从节能的角度来确定其标准是节能的重要因素.空调系统能耗大小除与当地室外气象参数、建筑物的护结构及室内发热散湿量有关外,室内设计温、湿度标准也是直接影响负荷大小的重要因素.在保证生产工艺和人体健康的条件下,夏季将室内空气的设计温度每提高1℃,约可减少热负荷11.2%,节省量是极为可观的.同样,在夏季如将室内空气湿度由60%提高到70%,则可节约能量17%左右.据资料测算,仅仅将夏季室内空气的设计温度提高1℃,就可使空调初投资总额减低约6%,运行费用减少8%左右.

新风量新风负荷占空调总负荷的20%～40%,对其标准值高低的取舍,与节能关系重大,不可忽视.引进新风主要是为了满足人员的卫生需求及部分工艺空调所需维持的室内外压差.而新风量的多少直接影响空调的负载,从而影响空调系统的主机、冷却塔、水泵、风机盘管等的耗电.

4设计中应尽量使用配有能量回收装置的空调器

工程设计中,经常由于空调房间某些工艺要求将空调系统设计成直流系统（如制药厂此类房间很多）,其排风和室外新风之间的温差在冬夏季很大,而这部分排风又带有一些污染物,所以不能直接进入空调系统,此时应对排风进行显热回收,具体做法如图1所示.室内回风在排至室外以前,先和室外进入的新风经显热回收器进行显热交换,经能量回收后再排到室外.而室外进入的新风则经过显热回收器后夏季温度降低,冬季温度升高,而达到能量回收目的.使用显热回收器在北方寒冷地区应注意防冻问题.新风应有二个入口,并在空调器排风出口处设一温度传感器,调节二新风入口处的电动阀开度,以保证排风出口处的温度高于5℃.否则显热回收器排风侧有结冰的危险,影响系统正常工作.带能量回收装置的空调器在其他排风量较大的空调系统也适用,如果排风无交叉污染问题,则可以用转轮式的全热回收器代替显热回收器,这样能量回收效率则更高.一般来讲,显热回收器最大能回收50%左右的能量,而全热回收器则最大能回收80%左右的能量.

5从节能角度通盘考虑空调系统的设计方案

5.1考虑逐时系数和同时使用系数.采用全空气系统时,空调机组应按负担房间的情况考虑各朝向房间的逐时系数（定风量系统为各房间逐时最大值之和,变风量系统为各房间逐时之和的最大值）,对水系统而言还应考虑各风系统的同时使用系数.

5.2采用变新风比系统.变新风比系统是空调全年运行过程中节能运行的一个主要方式.国外的一些研究成果及统计资料表明,控制新风比及采用全新风冷却或预冷的节能占整个空调系统全年能耗的10%～15%.

5.3充分利用自然冷源.充分利用自然资源的冷源与热源是降低能耗的又一重要途径（因地适当采用自然冷源可以大大节约能耗）.设计时充分考虑气候等因素,避免造成大马拉小车现象.对于地下水源丰富的地区,由于地下水温度比较恒定,就可以进行充分利用.例如：在我国华北地区,地下水温常年维持在15℃～19℃,无论用于制冷还是用于热泵都是非常理想的.

5.4根据建筑物的功能划分,对空调区域采取不同的空调方案在设计时将功能相近的各功能区采用一套空调系统,这样可以在提高系统的同时使用系数和空调负载率,有利于空调设备的高效运行.

[1]陈然.绿色建筑中暖通空调设计[J].科技创新导报.2010（02）.

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