建筑暖通空调系统的节能设计要点研究

贺宇坤

(太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002)

众所周知，建筑业发展与国民经济发展息息相关，因此我国始终都将发展建筑业作为一项重要任务。而近年来，随着能源紧缺问题的日益严峻，如何在发展建筑业的同时减少能耗、节省能源成为了一项重要研究课题。基于此，有必要针对建筑暖通空调系统的节能设计问题展开深入研究。

1 建筑暖通空调系统的节能设计原则

1.1 功能达标原则

在建筑暖通空调系统的节能设计中必须要充分遵循功能达标原则。暖通空调系统是建筑电气系统的重要组成部分，它的主要功能是为建筑室内提供采暖和进行通风、空气调节，所以无论对暖通空调系统进行任何方面的设计，前提都必须要确保其达到相关功能标准。并且，由于不同建筑物和不同房间的采暖、通风、空气调节标准各不相同，所以建筑暖通空调系统的节能设计还必须要与具体建筑物和房间的相关标准保持一致，在此基础上不断对系统进行完善和优化，以为用户创造更加舒适和节能的环境。

1.2 绿色环保原则

在建筑暖通空调系统的节能设计中必须要充分遵循绿色环保原则。“节能”与“环保”通常不分家，在节能的同时可以提高环保效益，同样在环保的同时也可以提升节能效果。尤其是自党的18届五中全会提出“绿色发展”理念后，建筑业的发展也必须要以绿色发展为基本理念。由此可见，绿色环保原则对于建筑暖通空调系统的节能设计至关重要。在绿色环保原则下进行建筑暖通空调系统的节能设计，不仅可以提高绿色能源利用率、减少排放，并且还能够促进建筑业的可持续发展。

1.3 经济适用原则

在建筑暖通空调系统的节能设计中必须要充分遵循经济适用原则。之所以要对建筑暖通空调系统进行节能设计，一是为了节省能源，二是为了减少能源花费以降低成本，但如果为了实现节能目的而导致成本增加的话，则无疑是本末倒置。所以，在建筑暖通空调系统的节能设计中应选择经济适用的节能方法，而不能一味为了实现节能目的而采取成本高昂的措施或工具。

1.4 以人文本原则

在建筑暖通空调系统的节能设计中必须要充分遵循以人文本原则。“以人为本”是科学发展观的核心，是以实现人的全面发展为目标，重视人的需要，强调对人的充分尊重、理解和支持。建筑暖通空调系统本质是为建筑中的“人”提供服务的一个系统，所以在建筑暖通空调系统的节能设计中，应遵循以人文本原则，尽量满足人的基本需求和尊重人的个性。

2 建筑暖通空调系统的节能设计措施

2.1 应用地源热泵技术

在建筑暖通空调系统的节能设计中，通过应用地源热泵技术，能够有效实现节能目的。地源热泵可将低品位热能转换为高品位热能，其主要是以各类水资源(地下水、水库水、江河湖海水等)和土壤源充当冷热源。同时，地源热泵还能够通过吸收建筑本身的热量来降低其温度。地源热泵装置具体又有三种类型：地埋管型、地下水源型、地表水源型。其中，建筑暖通空调系统中最常用的当属地埋管型，其包括埋管和换热器两部分，主要原理是通过介质循环来进行传热。总结而言，地源热泵的特点主要有以下三点：一是可再生性特点，地源热泵的夏季降温与冬季供暖功能均是利用可再生能源实现的；二是环保节能特点，地源热泵对自然环境的污染小而且可节省大量电能；三是便于维护特点，地源热泵的部件多是布置在室内或者地下，且少有机械运动部件，多为自动化部件，耐久性好，寿命长，便于维护。此外，基于我国南北方土壤热量程度不平衡的现状，在建筑暖通空调系统节能设计中实际应用地源热泵技术之时，应灵活地根据不同地区的不同气候特征来对热泵供热进行调整。

2.2 应用变频节能技术

在建筑暖通空调系统的节能设计中，通过应用变频节能技术，能够有效实现节能目的。在变频节能技术下，当暖通系统的负荷出现增加时，可以根据荷载的实际情况，借助水泵及变频调节设备等来适当减少能量的生成，从而节省能源。根据相关研究显示，通过在建筑暖通空调系统中应用变频节能技术，约能够使建筑暖通空调系统节约45%的能源消耗。举例冷冻水泵进行分析：冷冻水泵在正常运行的情况下，其余量设计标准要求达到12%，在长时间运行状态下其往往都保持着最大水流量，而受季节温度变化影响，其实际负载往往会低于预定负载，基于此，以往一般需要将温度设置在8℃左右，从而大大增加了能耗；但应用变频节能技术后，则能够智能化管理冷冻水泵流量，以减少能耗。

2.3 应用余热循环技术

在建筑暖通空调系统的节能设计中，通过应用余热循环技术，能够有效实现节能目的。余热循环技术是一种新型节能技术，其主要原理是基于热传递效应、借助循环系统，使余热从某部分传递到其他部分。将余热循环技术应用到建筑暖通空调系统中，既能够显著减少暖通空调系统能耗，又能够显著减少暖通空调系统在运行过程中产生的空气污染。由于动力系统与热传输系统的回路各不相同，因此其能够有效避免在热传递过程中液体受放射性影响而产生动力回路污染。

2.4 优化热工性能

在建筑暖通空调系统的节能设计中，通过优化热工性能，能够有效实现节能目的。建筑暖通空调系统的最重要功能之一是保温，为保证建筑暖通空调系统充分发挥出保温功能，往往需要消耗大量能源；基于此，若想减少暖通空调系统能耗，则需要设法减少其保温能耗。在实践中，首先需要充分考虑各种温度影响因素，如建筑朝向、形体系数、保温性能等；其次需要积极应用各种新型保温材料和保温技术，例如可以在建筑暖通空调系统中应用地板辐射采暖技术，并合理选择门窗材料，以优化热工性能，减少热量损耗。

2.5 设法减少能量传输损耗

在建筑暖通空调系统的节能设计中，通过设法减少能量传输损耗，能够有效实现节能目的。通常在建筑暖通空调系统运行中需持续性应用某些能源，这些能源在传输过程中往往会受各种因素影响而发生许多损耗，从而引起能源浪费。针对该问题，应采取相关措施减少其能量传输损耗，以节约能源。具体来说，首先，应合理选用保温性能良好的材料；其次，应利用计算机软件实时计算室内空气参数，并据此对暖通空调系统进行灵活调节；再者，应优先选择输送性能良好的系统，最大化提高系统输送能力；最后，还应尽量减少管路材料用量并缩短管线距离。

2.6 优化暖通自控系统设计

在建筑暖通空调系统的节能设计中，通过优化暖通自控系统设计，能够有效实现节能目的。暖通自控系统的主要作用是对暖通空调系统进行自动化调节和控制，当建筑暖通空调系统中设计应用了暖通自控系统后，其节能效果会得到更明显的提升。在具体设计中，一般除应用螺杆式冷水机组的区域外，均可采用一次泵负荷和冷热源侧定流量系统，在供回水总管内和回水管上分别设置压差旁通装置和电动二通阀，在新风管、排风管及回风管上设置温湿度传感器与电动风阀。再者，暖通自控系统可采取多工况空调运行模式来对风机和电动阀门进行实时控制，以进一步提高系统运行效率、减少能耗。

2.7 将供热、采暖、通风技术与节能技术有机结合

在建筑暖通空调系统的节能设计中，通过将供热、采暖、通风技术与节能技术有机结合，能够有效实现节能目的。就供热、采暖、通风技术这三类技术本身而言，它们的应用能够显著改善建筑室内环境，但另一方，三者的能源消耗也通常较高；不过，若是将三者与节能技术有机结合进行应用的话，则能够在保证它们基本功能的同时，有效节省能源。在实践中，首先在供热技术的应用中，可以塑料外壳管道取代过去的输配管道，从而提升热保温效果、扩大适用范围、节约成本；其次在采暖技术的应用中，可以地热能、太阳能等清洁能源的应用取代传统电能供暖方式，从而节省能源、减少碳排放量；再者在通风技术的应用中，可以新风转化模式取代风机盘管直接接通新风模式，从而提升通风效果、保证二氧化碳浓度达标。

3 建筑暖通空调系统的节能设计要点

3.1 供暖系统节能设计

过去一些建筑中往往是采用散热器等供暖设备来进行单一供暖，而散热器等供暖设备的系统运行能耗较高且空间布置难度较大，既不利于节约能源，又容易给建筑使用功能造成不利影响。因此，在建筑暖通空调系统节能设计中，应重点进行供暖系统节能设计。一般常用的供暖系统节能设计措施是：在供暖系统中同步配置散热器与空调，使两者进行主次供暖；同时，根据建筑结构特点与实际供暖需求，对供暖管路的布局方案进行合理优化，尽量缩短管路距离，优先选择立式单双管布置形式或者垂直隔断布置形式。通过供暖系统节能设计，既能够大大提高热能使用效率、减少能耗，又具有供暖效果好、成本低廉、使用灵活等优点。

3.2 冷冻水系统节能设计

冷冻水系统的能耗占建筑暖通空调系统能耗的较大比例，因此冷冻水系统节能设计乃是建筑暖通空调系统节能设计的重中之重。冷冻水系统节能设计的基本思路是：通过合理调整水泵运行工况以提高其负荷变化适应能力，使其能够在部分负荷运转工况下有效满足实际运行需求。具体的冷冻水系统节能设计措施主要有：控制阀门开启度、设置变频水泵设备、优化多水泵叶轮直径、调整冷却塔设备运行参数等。在实践中，应结合实际情况综合运用多种冷冻水系统节能设计措施，以使之节能效果达到最优化。

3.3 通风系统节能设计

通风系统是建筑暖通空调系统的重要组成部分，因此在建筑暖通空调系统的节能设计中，通风系统节能设计是不容忽视的一方面。在具体的通风系统节能设计实践中，应对通风系统形式进行合理选择。首先，当建筑面积较大时，宜优先采用全空气空调系统，并设置变风量末端装置，从而根据实际需求来有效调节建筑室内各区域与房间的送风量，减少风机与制冷机组的运行能耗，达到良好的节能效果；其次，针对高大空间建筑，可基于送风射流卷吸原理进行分层空调系统设计，即在垂直方向上将建筑区域划分为一个空调系统，分层面为送风口中心线，分层面上部为非空调区域、下部为空调区域，由于非空调区域的温度比空调区域的温度高，所以两个区域会持续形成对流与辐射热转移负荷，起到节省冷量的效果；再者，结合实际情况灵活应用单区、双风道及多区再热等通风系统形式。此外，在通风系统节能设计中还应积极采取多元化通风手段，例如通过调整建筑外窗的数量、分布位置及面积占比等来进行通风节能；在过渡季节采用自然通风、机械通风等方式来进行通风节能。

3.4 建筑围护结构保温性能设计

建筑本身的围护结构保温性能，也在很大程度上影响着建筑暖通空调系统的能源消耗水平，若建筑围护结构保温性能良好，则能够大大减少能源消耗。目前在我国最常用的建筑围护结构保温技术是外墙保温技术，其具体又有无机保温砂浆外墙保温、胶粉聚苯颗粒外墙保温、聚苯乙烯挤塑板外墙保温、膨胀聚苯板薄抹灰系统外墙保温、聚苯板浇筑成型外墙保温等多种类型。通过合理的建筑围护结构保温性能设计，既可以显著降低建筑的采暖负荷，又能够满足建筑室内环境的温度调控要求，从而有效实现节能目的。

4 结 语

综上所述，在建筑暖通空调系统的节能设计中，必须要充分遵循功能达标原则、绿色环保原则、经济适用原则以及以人文本原则；具体的建筑暖通空调系统节能设计措施主要有应用地源热泵技术、应用变频节能技术、应用余热循环技术、优化热工性能、设法减少能量传输损耗、优化暖通自控系统设计以及将供热、采暖、通风技术与节能技术有机结合等；而在实践中应重点进行供暖系统、冷冻水系统、通风系统节能设计及建筑围护结构保温性能设计。