摘要：暖通空调的节能设计对于我国目前大力宣传的环境保护与生态保护息息相关，建筑物能耗的一半左右要消耗在暖通空调系统中，因此，暖通空调系统的节能设计的好坏对于建筑的能耗水平以及运行的经济性至关重要。
关键词：暖通空调；建筑设计；节能技术
1、暖通空调系统的特点
1）构成复杂且相互耦合。由三大子系统，即冷热源、冷热量输配与房间冷热末端构成，同时三大子系统中的任何一个都可能包含若干子子系统。大系统涉及的所有子系统彼此关联，相互耦合，求解困难。
2）形式多样且选择困难。所谓形式多样是指，为对同一对象实现相同的空气环境控制目标，往往会有多种可以选择的空调系统形式。以办公建筑为例，可选择的空调系统末端形式至少有４种：风机盘管加新风系统、变风量全空气（ＶＡＶ）系统、变制冷剂流量（ＶＲＦ）多联机加新风系统、温湿度独立调节系统等。选择困难体现在，必须进行诸如造价、运行能耗、适应性等多因素综合评价，才能对决定采用的空调系统形式的合理性进行判断。
3）设计影响因素多样多变。气象条件、围护结构热工特性、内部热扰、建筑外部与内部空间形状以及使用需求等都是影响设计的因素，其中多数具有动态特征，如气象参数、围护结构传热过程、使用规律等。
2、基于节能的设计理念
2.1 合理选择能源类型与利用方式
研究表明，使用过程的能耗及CO2排放占建筑全过程能耗及CO2排放量的80％以上，在特定的建筑能源类型与利用方式下，建筑使用过程的一次能源中矿物能源的消耗与CO2排放呈固定的正比例关系。尽管建筑全寿命周期耗热耗冷量与建筑能源类型及利用方式无关，但使用过程中的矿物能源消耗和CO2排放却与之密切相关，合理选择建筑能源类型及利用方式会产生显著的节能减排效果。因此，暖通空调的节能设计应在降低冷热负荷的基础上努力追求能源类型与利用方式的合理性，实现建筑能源优化。
能源类型与利用方式的合理性体现为，在建筑具备的能源边界条件下，设计所选择的能源类型与利用方式在暖通空调系统使用过程中矿物能源消耗与CO2排放相对最低。实现能源类型与利用方式的合理性主要途径可以归纳如下。
2.1.1 选择适宜的冷热源形式
因为供出等量冷热，不同冷热源形式的矿物能源消耗与CO2排放是不同的，所以设计必须根据项目的能源边界条件，通过多方案比较，慎重选择冷热源形式。
案例 某项目年供热量8000ＧＪ，依据能源边界条件，热源形式有４种选择，相应一次能源中的矿物能源消耗与CO2排放分别为：
1）热效率85％的燃气锅炉，消耗321.14ｔ标准煤，CO2排放519.42t（燃气热值35587.KJ/m3（8500kcal/m3），天然气CO2排放因子1.964）；
2）热效率６５％的区域锅炉房供热，消耗4195.95t标准煤，CO2排放1117.07t标准煤CO2排放因子2.66）；
3）COP＝4.2的电热泵，消耗183.56t标准煤，CO2排放488.28t（电标准煤折算系数0.347kg/(kW•h)，标准煤CO2排放因子2.66）；
4）COP＝1.6的燃气吸收式热泵，消耗140.5t标准煤，CO2排放227.24t（燃气热值35587.KJ/m3（8500kcal/m3），天然气CO2排放因子1.964）；
以上４种热源方式的矿物能源消耗，最小值仅为最大值的33.5％。采用燃气吸收式热泵时折算为标准煤的矿物能源消耗量之所以最低，就在于采用了清洁能源和高效率的利用形式。
因此，暖通空调节能设计必须根据项目所具有的资源条件、节能减排目标以及经济因素进行综合分析，以确定合理的冷热源形式。
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2.1.2 实现能源梯级利用
先利用能源高能级段的做功能力发电，所产生的余热由于其品位与建筑供热、制冷所需能源品位对应，可直接用于供热制冷，从而提高能源利用的效率，使一份能源形成更多的供热制冷能力。以低位热值35587.KJ/m3（8500kcal）的１ｍ３天然气利用为例，比较梯级利用与非梯级利用的供冷供热能力、能源消耗量与CO2排放量。
2.1.3 重视热泵对建筑节能的价值
从供热的角度，在目前的科学技术水平下，只有通过热泵才可能实现能源利用效率高于100％，才能将虽不能直接利用、但赋存量巨大且广泛存在于自然界和人类生产生活过程中的低品位热转化气环境。热泵对建筑节能的价值可以简单归纳如下。
1）节能
①一次能源高位热值热效率η＞１。相对于锅炉等一次能源直接燃烧型制热设备，只有热泵的一次能源高位热值效率可能做到η＞１。我国发电与输电的综合效率约为33％，只要热泵供热的季COP＞3.03，就能使η＞１。而燃油、燃气锅炉等直燃型就地供热设备的η通常低于0.9，燃煤锅炉房集中供热的η通常低于0.7。
②提高电力设施的年负荷率。冬季需供热、夏季需供冷的地区存在明显的电力需求季节不均衡现象，电力设施的年负荷率较低。而较低的年负荷率意味着发电煤耗的增加。采用热泵供热，增加了冬季的电力需求，提高了电力设施的年负荷率，使发电平均煤耗降低。
2）减排
①广义的热电联产与集中供热；
②现场零排放；
③改善供暖城市冬季大气环境。热泵供热之所以具有以上三方面的减排效果，是因为：①由于增加了冬季的电力、电量需求，扩大了传统意义上热电联产的规模，增加了梯级利用一次能源的比例；②相当于变分散的低效率供热小锅炉为发电厂集中的大型高效率锅炉，变分散供热为输送效率更高的集散式供热；③实现现场零排放；④相对于分散燃煤锅炉，电厂可以实现烟气排放的集中高效治理与监管，改善供暖城市冬季大气环境。
2.2 追求低温供热高温供冷
充分利用可再生能源及各种废热余热是建筑节能的重要途径，此类能源赋存量大、能量密度与品位低，且广泛存在于自然界和人类生产生活的过程中，其主要形式包括太阳能、浅层地热能、风能、地表水能以及各种余热废热等。对于暖通空调系统，低品位能源利用量的多少及代价与系统确定的供热、供冷温度密切相关。低品位能源与供热、供冷温度越接近，低品位能源利用量越大、利用代价越小，节能减排效果越明显。
所以，从暖通空系统节能的角度，应该提倡低温供热高温供冷。这里所谓的低温与高温是相对于系统供热、供冷常规设计温度而言的，如散热器供暖85℃、空调供热60℃、地板辐射供暖50～60℃、空调制冷5～7℃等，这样的温度值对常规供暖空调冷热源形式而言有其合理性，但对冷热末端而言并不是必需的。因此，设计师应该根据具体的供暖空调冷热源形式，通过技术经济分析确定合理的系统供热、供冷设计温度。
2.3重视室内设计参数的合理性
室内设计参数（温度、相对湿度、新风量等）对暖通空调系统能耗的影响往往被设计人员忽略。通常，设计人员不是通过分析，而是在规范规定的取值范围内，简单“拍定”室内设计参数。室内设计参数的合理性体现在两方面，一是必须保证人体舒适或工艺要求，二是避免保证率过高或标准过高。
3、结语
暖通空调节能设计的相关因素较多，因此，在实际设计过程中必须从全局观着眼，从建筑的形体、功能、周围的环境、气候进行分析与设计，以保证在节能的同时保证人居的舒适体验，在降噪的同时保证机组与锅炉的动力性。
参考文献：
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[2]费重来.分析暖通空调节能技术在建筑设计中的运用[J].建筑工程技术与设计,2014,(21):960-960.
[3]汪康.暖通空调节能技术在建筑设计中的应用[J].科技创新与应用,2014,(10):181-181.
论文作者:欧旭峰
论文发表刊物:《基层建设》2016年32期
论文发表时间:2017/1/18
标签：能源论文; 热源论文; 标准煤论文; 建筑论文; 节能论文; 形式论文; 合理性论文; 《基层建设》2016年32期论文;