张晓东
悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司北京市100013
摘要：全球不可再生能源有限，建筑暖通空调的高能耗，导致各国在生产中面临着不同程度的能源短缺。中国建筑暖通空调行业耗能巨大，为了改善我国的建筑生产状况，在持续开发新能源的基础上，要落实节能理念，使之切实可行。在设计和生产中实现环保高效的生产。
关键词：暖通空调系统；节能设计；应用
前言
我国具有辽阔的地域，南北气候差异较大，北方地区在冬季采用的是暖气供暖，而南方大部分地区采用的是暖通空调供暖，人们利用暖通空调系统可以对室内的气流速度、湿度、空气洁净度以及温度等进行有效调节，营造一个舒适的工作和生活环境。但暖通空调的大范围使用会导致用电紧张，对环境造成污染。将节能技术应用于暖通空调系统中，不但能够降低能源消耗，而且能够缓解用电紧张局面，同时对生态环境起到保护作用，具有良好的环境效益和社会效益，对我国经济的可持续发展起到了重要推动作用。
1暖通空调系统节能设计的意义和特点
随着我国工业化的不断发展，建筑的整体耗能也在逐年增加，并且占据了我国总耗能的1/3左右，而建筑能耗的主要来源是暖通空调系统耗能。据统计，公共建筑中包括供暖能耗在内的暖通空调系统运行能耗，通常会占到建筑总能耗的60％以上。因此，只有在暖通空调系统的设计之初，充分考虑和落实节能举措，才有可能有效降低建筑总能耗，有力支撑国家节能减排战略，促进我国社会向着可持续的方向发展。与其他用能系统相比，暖通空调系统的组成单元关系相对复杂，这对于暖通设计人员系统的开展节能研究提出了挑战。首先，暖通空调系统的构成单元较多，包括冷热源、冷热源输配、房间冷热末端在内的暖通三大子系统，且耦合度较高，需要统筹考虑；其次，系统形式多样，达到同样的设计目的可以采用多种系统形式，而同一系统形式中，又有多类设备可选择，增加了对比选择的难度；最后，影响系统设计的因素多样，如气象环境、建筑热工特性、业主需求、布置空间、设备功能等，充分考虑这些因素会增加暖通空调系统的设计难度。
2暖通空调节能设计的具体要求
暖通空调在进行节能设计时，应该达到以下要求：①在室内，每个房间都可以单独对暖通空调的温度进行调控。一般来说，楼梯旁的房间可以不具备这个特权；②基于简单方便的原则，要尽量使得暖通空调的系统简单化。如果出息操作复杂的情况，那么对暖通空调整个系统管理起来也比较麻烦；③暖通空调的设计者可以利用好空调的保温性和围护结构传热系统二者之间的关系，努力提高围护结构所具有的保温性能。
3暖通空调中节能设计的目前现状
3.1科研力量投入不足
在国家提出的“可持续发展”理念的号召下，我国的建筑企业在工程建设过程中都已经将暖通空调的“节能设计”纳入工程建设的考虑范围之内，但是这仅仅是一个思想上的变化，还没有将实践的行动真正投入到暖通空调的节能设计中去，所以目前来说投入在暖通空的节能设计的科研力量还是不够的。①因为在财政审批方面，对于办理暖通空调节能设计的相关手续繁杂，流程较多，光是在办理手续上就得浪费不少的时间。按照这样的进展速度来看，将会对暖通空调的节能设计造成阻碍。②因为企业是一种以盈利性为目的的组织，为企业创造出最大的利润价值就是企业的最大追求。所以很多建筑企业往往不愿意将企业的资金用于研发暖通空调的节能设计，造成了暖通空调节能设计技术研发的中断。对于上述这样的情况，政府和企业都应该做好其本职工作，促进暖通空调节能设计技术的发展。对于政府来说，其应该将简化暖通空调节能设计的财政审批手续，避免技术研发时间的浪费；对于企业来说，应该具备发展的眼光，结合企业的自身发展情况，投入适当的资金用于暖通空调节能技术的研发。
3.2技术专业操作性不够
由于科学技术的发展，在暖通空调设计中很多环节都需要用到智能化、自动化的电子设备等，这些智能设备的存在就对施工人员提出了更高的技术要求。然而对于施工人员来说，没有接触过这些新的智能化设备，难免存在不会操作的问题。因此为了提高施工人员的专业操作性，建筑企业应该安排时间为施工人员进行技术培训。可以分为入岗前的培训和在岗培训两种，通过为施工人员提供技能知识讲解以及技能现场实操等，让施工人员对新的技术有了更多的了解和认识，在施工时才能尽量减少出错。除此之外，建筑企业也需要建立一套规范的施工制度，在施工人员严格按照施工制度进行施工。需要注意的是，相关的监管人员需要做好监管工作，才能确保施工质量问题。为了提高施工人员的工作积极性，建筑企业也可以建立一套激励制度。通过激励制度让施工人员将工作落到实处，促使他们积极掌握新的操作技术。
4建筑暖通空调节能设计中要点
4.1合理选择设计参数
在选择和确定参数时，有必要合理地参考房间的实际情况，以确保各个季节的温度能够符合人们的日常生活工作需求。一般认为暖通空调设计与室内温度和湿度和当地气候有着密不可分的联系。因此，在设计其的过程里，必须严格地提高温度和降低能耗，只有根据实际情况进行设计才能达到真正的效果。如此看来设计参数的选择的重要已经不言而喻。
4.2科学设置冷热水系统
在暖通空调节能设置的流程里，为了科学地调节不同温度的水，不得不从以下几个方面展开切入：一是采用闭环模式，不仅可以降低管道或者其他装置的损坏频率，而且倘若它遇到侵蚀性物体时还能有效降低清洁水带来的能量消耗。其次，空调完成后，机组冷却能耗、蒸发所需温度和冷水供应温度成反比，同样，一些空调使用热水和冷水循环利用，而另外一些空调就需要整个一年都采用冷水，之所以如此的原因则是由设计上的异质性决定的，不得不提的是，整个一年都是冷水的系统可以采用两种控制方式，而热水和冷水的空调装置交替采用四种控制方式。
4.3空调冷却水系统
在中国的许多地区都缺乏水资源，此时应将冷却塔循环方式应用于实际设计中以弥补这一缺陷。这不仅降低了能耗，同样还是冬天供暖的一个最有性价比的选择。在这个过程中，相关工作人员要进行实时监测，时刻关注冷却塔安装过程中的温度指数，一旦温度过高，就会影响其正常运行。如果是选择并联模式的冷却塔，则必须很好地处理出水和水化的平衡。最好在冷却塔之间安装水箱和连接管。此外，较低温度的冷却水能够有助于冷却塔的持续高效的运营，在这个过程中，也要注意冷却塔连接管道的正确安装。
4.4空调系统规划
暖通空调的在设计过程中以及使用的过程中难免会出现一些意外事宜，遇到不同的问题时可以采取针对性的举措去一网打尽，如此才能够保证暖通空调良好的运作。在实际的情况中，排除用户提出的一些特别注意点，工作人员通常采用单风道，但如果数量较大或面积较大，则需要采用空气方式。很多时候，即使在操作系统运行的过程中，空调的负荷程度都是不一样的，通常认为，热负荷的操作时间较短，同时还要一句当地环境的不同来划分温度，科学高效地处理冷空气。就是这时，操作系统中调节风量的装置不单单可以确保冷暖气的源源不断输入，而且也满足了风机的容量，这在能源消耗中也起着重要的效用。
4.5空调冷热源设计
在暖通空调的节能设计中，最常见的是冷热源设备和空调设备，因此，在选择单元设备时，必须考虑建筑的性质、面积和建筑的实际情况，即使该区域的自然水资源和低热源足够，系统的加热和冷却工作也需要水源热泵的辅助。但不同的地区它的电价不同，暖通空调的使用时间相对集中。此时，应平衡冷库和蓄热系统的设计，避免因制冷而产生的大量能耗，最大限度地保证暖通空调节能系统正常地运行和使用。
4.6注重自然通风
自然通风的设计和建筑本身的构造有很大的联系，而且自然通风对于室内的环境能够有很大的影响，也能够进一步的减少其他用电设备的使用，达到节能环保的目标。自然通风的应用，不仅可以使得建筑内更好的空气流动，也可以当做一种温度调节的方式，不对于任何的资源进行消耗的情况下，完成室内温度的降低，以达到降温通气及除湿的目标。此外，也可以减少对于风机的能耗，更加的绿色无污染，也更利于人们的生活。而且，自然通风的情况下能够更加的健康环保，自然风给人们提供更加新鲜的空气，利于人们身心健康发展，还有利于排解人的心理压力。有一些建筑物的设计过程中，为了促进自然通风，还进行了混合通风系统的进一步引入，这种方式主要是通过对于气流的控制，对于室内的风量和气流大小进行一定的调节与控制。
4.7环保节能技术的应用
4.7.1低温地板的辐射采暖技术
低温地板的辐射采暖技术主要是将热水管道埋设在地板中实现地板加热，室内的空气通过地板辐射产生的热能实现加热效果，该技术主要以热水作为介质，地表的辐射温度通常控制在40℃~50℃。在进行辐射采暖时，低温地板的热量是以对流的方法向上传递，从而使室内下面的温度高于上面的温度，从人体脚部向上传递热能，实现高品质的室内舒适度，创造高质量的生活环境。低温地板的辐射采暖技术能够有效提高地板供热的舒适性与私密性，使扬尘现象大幅减少，室内空间有效节省，便于施工和改造，具有较低的安装和维修费用。
4.7.2蓄冷空调
在分时电价城市应用蓄冷空调比较多，由于一些城市的用电负荷较大，为了错开用电高峰，因此在不同时间段设定不同电价。蓄冷空调的制冷机在电价低廉的非高峰时段启动，能够储存降温介质将其应用于电价较高时段，从而有效缓解城市用电压力，并起到降温的目的。当前一个时期，蓄冷空调技术尚不完善，存在诸多有限的使用条件，所以尚未普及蓄冷空调。
4.8新型环保制冷剂
在传统空调使用中，氟利昂因具有低廉的价格和稳定的化学物质一直被用作制冷剂，但是氟利昂特有的催化剂作用会破坏臭氧层，大大增加地球紫外线。为了避免地区臭氧空洞扩大，使臭氧层得到有效保护，空调行业使用的氟利昂需要采用新型制冷剂进行替代，新型制冷剂不仅制冷效果良好，而且环保无污染，不会伤害臭氧层，使大气环境得到有效保护，所以备受空调行业的青睐。
4.9可再生能源利用的节能优化设计
我国是一个资源能源大国，设计人员在设计暖通空调系统时，要善于利用各种能源资源，尤其是可再生能源，包括太阳能、地热能、风能等。对太阳能的优化利用主要体现在使用太阳能集热板、光电板等以有效收集太阳能。同时可以在建筑工程的合适位置布置集热墙，以帮助调节室内温度。对于地热能的利用，主要体现在建设地下热泵系统，对地热资源进行转换，将低温位的地热资源转换为高温位的地热资源，以提高暖通空调系统的制冷和制热效率。地源热泵的优化设计可实现建筑室内冬季和夏季的室温的高效调节，同时能够充分发挥节能效益。在夏季，地源热泵可以将室内多余的热量向地表浅层转移，并将地下冷量传递到室内，实现对热源的回收，对冷源的充分利用。在冬季，地源热泵则能够回收冷源、向室内传递热源，从而实现稳定调节。
4.10智能化自控技术的节能优化设计
在建筑暖通空调系统出现的初期，设计出的暖通空调系统需要经人工调节和设计，对人工操作的依赖程度较强，在运行过程中需要人为调控才能满足长期的室内温度和湿度以及空气流量方面的要求，这就导致在人为调控不能及时跟进的情况下，会对空调系统的整体舒适度造成影响。基于此，应该在暖通空调系统中应用智能化的自控技术，要积极应用现代化信息技术，对暖通空调系统进行改造，可以在暖通空调系统中加入中央监控软件和智能感应系统，以监控室内温度、湿度，并监控暖通空调系统的运行数据，对系统的运行状态进行及时的调整，以确保其处于正常的运行状态。
5案例分析
5.1设计参数
某星级酒店位于28层大楼的最高6层，暖通空调设计方案中采用水冷模块机组，选择变频调节模式减少机房占地。选择空气能热水机组模式提供热水，最大程度减低能耗与运行成本。酒店行业不同于其他行业，本身存在淡旺季，淡季时住客较少，旺季则会出现供不应求的情况，这就需要酒店暖通空调系统具备季节性，设计时确保系统稳定；酒店空调系统既要满足客房基本需求，也要满足娱乐、会议等方面的需求，致使系统构成较为复杂。具体室内设计参数如表1所示。
表1室内设计参数分析
5.2酒店暖通空调节能方案
5.2.1酒店围护结构设计
酒店围护结构节能设计时，主要考虑三方面内容，即：墙体、窗户与屋顶。通过计算分析，夏季时透过窗户的热量甚至可以达到冷机负荷的30%，确定室内采光比的基础上对窗墙比进行合理确定。确定节能方案时，采取相应的节能设计方法：保证制冷与采暖效果，在南北方向的外墙上选择机房与新风采集口，最佳选择就是北向外墙；同时窗墙比的最大程度缩小，可以选择中空玻璃，选择遮阳设施；选择室外空调机与冷却水塔位置时，选择具有良好通风与遮阳设备的位置；此外，还要选择空心墙材，这类材料具有良好的保温效果，可以降低能耗与成本，提高效益。
5.2.2计算空调负荷
通过计算得出，夏季该酒店冷负荷最大值出现在16：00，最大负荷值达到3189.45kW，单位面积冷负荷指标为147kW/㎡。
5.2.3节能设备选型
本酒店暖通空调设计方案中的设备选择冷水机组，2台各1390千瓦供冷量的水冷满液式的离心冷水机组。这类设备的主要特点：带热回收器用于回收废热给酒店客房卫生间热水系统；COP高，理论可达6.99，调节方便，可在15%~100%负荷范围内实现无级调节等。设置中央空调节能自控系统，保证空调系统的年平均综合能效EERY高于设计工况下的EERM，且EERY≥4.0，与传统系统相比，节能ηE≥25%。
5.2.4空调风系统节能设计
餐厅区域与办公区域均选择全空气空调的系统，依据需求在空调机房设置相关设置，包括：对开多叶调节阀新（回）风口（手动与电动）、热回收装置等。夏季及过度季节按照比例运行新风，达成节能降耗的目的。经过分析优化方案，决定在小空间中增加风机盘管的方式，如客房、会议室等，达成最大程度降低空调能耗的目的。
5.2.5做好水系统节能设计
至于空调水系统，依据实际需求选择一次泵变流量两管制，设置在屋顶的膨胀水箱完成系统定压，异程水系统为空调水徐彤，选择流量自动平衡调节阀，空调末端回水管侧安装电动二通控制球阀开度控制，保证整个空调系统中的水力平衡，提高系统效率。
结束语
总而言之，暖通空调系统节能设计工作因为综合性、复杂性比较高，所以想要确保高效的节能效果，设计人员需要立足于目前暖通空调系统能源消耗情况的基础上，严格遵循节能设计要求，分析暖通空调节能设计中的节能技术及施工技术，从而确保暖通空调系统实现节能效果的稳定性发挥。
参考文献
[1]赵爱国.暖通空调系统节能设计及施工技术分析[J].建筑工程技术与设计,2016(27).
[2]傅晓耕.绿色理念在建筑暖通空调系统节能设计的应用[J].自动化与仪器仪表,2017(8):204～205.
[3]郭铁铭.暖通空调系统节能设计及施工技术分析[J].科学与财富,2016(9).