浅谈暖通空调的节能设计与施工

1. 前言

近年来，随着我国能源紧张的形势日趋严重，建筑节能已经成为节能工作的重点。而在国外，特别是欧美发达国家早已制定了各项节能政策、标准以减少建筑能耗。建筑节能是建筑技术发展的基本趋势，也是一个新的生长点。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，空调系统的节能正在引起专业工作者的注意，并且针对不同的国家、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。因此，研究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． 暖通空调能耗

为了创造舒适的室内空调环境, 必须消耗大量的能源。据统计在发达国家中暖通空调能耗占建筑能耗的65%, 以建筑能耗占总能耗的35%计算, 暖通空调能耗占总能耗的比例竟高达22.75%,由此可见建筑节能工作的重点应该在暖通专业。而暖通系统节能的关键是空调负荷的合理确定 ,优化建筑物的朝向位置,正确选择外墙、门、窗、屋顶的形状及材料等,都可以有效减少空调负荷。

3暖通空调能耗的影响因素

3.1空调方式影响空调系统能耗

选择合适的空调方式是空调节能的一个重要方面。近几年来,变频空调因其具有节能和提供舒适内环境的显著特点而得到飞速发展, 到目前为止,变频空调器占日本房间空调器市场销售份额的80%以上。根据日本JRA404标准,变频空调器季节能效比远高于定频空调器,在冷负荷相当的情况下使用变频空调器消耗的功率仅为定频空调器的66%,即省电34%。因此, 变频空调应是空调发展的一个趋势,使空调尽可能达到节能要求。在中央空调系统中,我们也应采用变频技术,其主要有两种形式:用变频水泵和调速风机替代调节阀,减少系统内部能耗,提高整机效率,或者采用变流量技术,根据空调负荷改变水流量或风流量,从而达到节能效果。

3.2室内温、湿度设计参数对空调系统能耗的影响

 现以广州地区办公建筑采取一次回风集中空调系统时的能耗为例。某三层办公楼188人工作。窗为铝合金框单层透明玻璃窗，挂浅色有内遮阳窗帘，南窗面积35.6 ㎡,一层无窗( 与别的房间相连),东窗31.9 ㎡,西面无窗，北窗37.3㎡,屋面为合成高分子卷材和涂膜防水屋面，面积为891 ㎡。外墙为180mm水泥空心砖墙,南墙面积188.8㎡，一层无南外墙,西墙面积231.3 ㎡，北墙面积242.1 ㎡,东墙面积192㎡,地面面积为891㎡。

新风量标准是：一般办公室取25m3?人/h；个人办公室取50m3?人/h；会议室取25m3?人/h ，以室内设计相对湿度取50%为例，采用一次回风集中空调系统，在送风温差不变的情况下分析相同热舒适条件下提高室内设计温度空调系统的能耗。表1是不同室内设计温度下的一次回风集中空调系统的能耗情况。 
 
表 1 不同室内设计温度下一次回风集中空调系统的能耗 
 
现以通过室内设计参数25℃干球温度线,50%相对湿度线交点的25等效温度线为室 内热舒适基准,在满足25等效温度线室内热舒适条件下，当室内温度变化到=24.5℃,=25.5℃时，由焓湿图可知，所要求的室内相对湿度分别是65%和30% ，所需要的空调系统能耗如表2所示。

表 2相同热舒适条件下不同室内设计温度下的空调系统能耗 
 
从表1结果可知，随室内设计温度提高，一次回风系统的需冷量和总耗能量降低，这也是主张在夏季空调室内温度设置在26 C以上来减少空调能耗理论依据。但是在相同热舒适(等效温度)条件下，提高室内温度会使空调系统的需冷量增加(图1)，这两者似乎相矛盾。实际上，从前面的分析讨论可以推知：用通过提高室内设计温度、减少围护结构的温差传热造成的室内冷负荷来减少空调房间需冷量的做法，实际上是以降低空调房间的热舒适标准为代价的。因此，减少空调房间需冷量的措施之一应当是如何在满足某一个室内人体热舒适标准的条件下，合理地选取室内设计参数。为了减少空调系统的冷负荷，最佳室内设计状态点宜采用较高的等效温度，即较低的室内热舒适标准。 
 
4．暖通空调系统节能的途径及方法

4.1采用新型节能舒适健康的空调方式

影响人体热舒适性的环境参数众多, 不同的环境参数组合可以得到相同的热舒适性效果,但不同的热湿环境参数组合空调系统的能耗是不相同的。例如在冬季,如果我们采用传统的空调方式,把整个室内的空气加热,通过空气实现人体与环境的热湿交换, 就需要较高的空气温度,此时通过维护结构的热损失和加热新风的热损失都比较大 如果我们根据热湿环境的研究成果,改变传统的空调方式,增加辐射热(如低温地板辐射采暖), 此时所需要的空气温度显著下降,一般可达到12-14 ,而传统方式一般在18-20 ,显然后者比前者具有显著的节能效果，在夏季也有类似的结果。

4.2根据实际情况选择合理的空调设计

(1)空调系统新风量的大小不仅与能耗、初投资和运行费用密切相关，而且关系到人体的健康，《公共建筑节能设计标准》(GB50189—2005)对其取值进行了规定，设计人员进行工程设计时，不应随意增加或减少。另外，在人员密度相对较大且变化较大的房间，宜采用新风需求控制，即根据室内C02浓度检测值增加或减少新风量，使CO2浓度始终维持在卫生标准规定的限值内。

(2)风机盘管机组加新风空调系统的新风口应单独设置，或布置在风机盘管机组出风口的旁边，不应将新风接至风机盘管机组的回风吸人口处，以免减少新风量或削弱风机盘管处理室内回风的能力。

(3)房间面积或空间较大、人员较多或有必要集中进行温、湿度控制和管理。令空气空调系统具有易于改变新、回风比例，必要时可实现全新风运行，从而获得较大的节能效益和环境效益，且易于集中处理噪声、过滤净化和控制空调区的温、湿度，设备集中，方便维修和管理等优点。

4.3推广使用可再生能源或低品位能源空调系统

随着空调系统的广泛应用,空调对不可再生能源的消耗将大幅度上升,同时对生态环境的破坏也在日趋加剧。如何利用可再生能源及低品位能源已经成了该领域重要的研究课题。地源热泵空调系统就是在这种形势下发展起来的,它利用地下恒温层土壤热显著提高空调系统的COP值,使得同等制热(或制冷)量下的系统能耗大幅度下降。利用可再生能源的暖通空调系统，如地源热泵空调系统、太阳能供热系统，不仅有着显著的环境和社会效益，有的还有着显著的经济效益，应大力开发推广。

地源热泵是水源热泵的一种形式，它是利用水与地能来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“ 热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。在制冷状态下， 地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽--液转化的循环。通过冷媒空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地下水或土壤里。