对暖通空调系统节能设计的讨论

0   引言
随着我国经济社会的快速发展，空调已比较普遍地应用于公共建筑和居民住宅，在改善人们生产生活条件的同时，也消耗了大量电能，能源和环境问题日益尖锐。我国的节约能源法中指出，节能是指加强用能的管理，采取技术可行、经济合理以及环境和社会可以承担的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。
表1  部分城市的室内外温度差与能耗的关系

城市	室外设计温度	室内外设温度差 18℃	节省能耗 %	室内外设计温度差 14℃	节省能耗 %
北京	-9℃	27℃	7.40%	23℃	14.80%
沈阳	-19℃	37℃	5.40%	33℃	10.80%
长春	-23℃	41℃	4.90%	37℃	9.80%
哈尔滨	-26℃	44℃	4.50%	40℃	9.00%
石家庄	-8℃	26℃	7.70%	22℃	15.40%
太原	-12℃	30℃	6.70%	26℃	13.40%
呼和浩特	-19℃	37℃	5.40%	33℃	10.80%

由表1可知，部分城市的室内外温度差与能耗的关系，暖通空调系统中的节能设计正在引起暖通空调设计者的注意，我国能源结构主要依靠矿物燃料，其中主要的来源是煤炭。矿物燃料燃烧产生的大量污染物，包括大量SO₂等有害气体成分以及ＣO₂等温室效应气体，会对环境造成很大的破坏，给人们的生活带来不利影响，而且矿物燃料属于非可再生资源，大量使用矿物燃料不符合可持续发展的理念。
１　暖通空调系统在节能设计方面存在的主要问题
　　１.１设计管理方面
　　暖通空调系统的设计对空调系统的节能有着重要的影响，然而，在实际工作中一些设计部门和设计人员并未给予足够的重视，加之工程设计周期普遍较短，以及一些技术性问题没有完全得到解决等原因，一些设计单位只求数量，忽视质量，使得按设计施工完的系统不仅投资大，运行能耗也相当惊人，大大超过了国家标准，甚至有的公共建筑的暖通空调能耗占建筑总能耗达60％。此外，随着对节能和环保要求的不断提高，新的技术方案不断涌现，每种技术方案往往都有各自的优缺点。面对众多的设计方案，由于考虑问题的角度不同，各方面的评价结果也往往不相同，甚至大相径庭；由于缺乏科学的、客观的设计方案评价方法，设计人员往往无所适从，如何在众多的设计方案中找到最合适的节能方案，是困扰暖通空调设计人员的重要课题。
１.２　能源管理的需求问题
　　因为“调整优化”概念的缺乏，系统往往不能达到设计要求。很多大型的建筑缺乏基本的能耗监控和分析功能，在一定程度上对运营管理是不利的。同时很多大楼的节能改造，其实只要对系统进行认真的调试使之达到设计功能、将系统的调节控制功能发挥出来，就可以将能耗降下来、但这种“软”改造没有多大的经济收益，所以商业化运作的能源服务公司往往不愿意进行这种改造。造成暖通设计问题的原因很多，有的是设计人员本身的素质问题，如实际工作经验不足、对规范不熟悉、设计人员责任心不强与工作马虎。其中还有一部分就是有些问题在技术上并没有得到解决，在实际中的应用还不规范，这个问题的解决有赖于相关技术部门的一起努力，实现技术的进步。要杜绝设计工作的失误，首先，要加强设计人员自身的专业知识学习及对规范的学习，与安装人员多交流，掌握第一手的现场资料，根据使用情况，不断改进设计。
２　在设计中应注重节能意识
　　在暖通空调的实际设计中，大部分地区是以简化的单一计算模式来进行空调负荷计算的，并且只注重计算单位面积的冷负荷，这是按照设计师个人或所在设计所同事的经验来设计的，甚至还有一部分空调由施工单位自身来设计、施工，甚至还套用家用空调的使用范围来测算暖通空调的设计负荷。更为严重的是，大部分设计人员对所要计算的负荷是末端负荷还是主机负荷，对计算出来的结果有没有综合考虑同时使用系数，系统冷量要不要因系统规模而增减，是否考虑设备配置运行的经济，是否选择高能效比设备等，通常都考虑不全面。
  因此，应当在设计中考虑现有空调系统的装机容量，合理来考虑因地制宜，适应本地工程实际的装机系数，挑选合适的装机容量和设备准备通过合理计算和有关实际工程的运行状况。将工程设计成投资金额最小，又能最好满足设计功能的节能型暖通空调系统，最大限度地减少因设计师个人因素而导致闲置设备浪费。当然，空调系统作为成套的机械系统，其运行并不是个体人员就能够控制的，其自身存在一个自控系统。作为一个设计成功的空调系统，应当设计出一套完善的自控系统。
３　　暖通空调系统的设计原则
　３.１　以节能为原则
　　影响热舒适指标的主要因素是：温度，湿度，平均辐射温度，风速，劳动强度。通过寻找这五者之间的合适比例，巧妙组合，达到舒适和节能的协调。同时恰当地利用房屋围护结构的热导性，抵抗室外气候的变化，使得房间内产生舒适的微气候管路系统。设计要简单，这样管材消耗量少，而且便于施工，可以达到节省初投资的目的。
３.２　方便管理操作
　　暖通空调的容量一般都是按照全年最不利的气象条件确定的，所以系统必须要有很好的调节性能，以适应全年负荷的不断变化。管理操作方便是用户非常关心的问题。随着空调系统自动化程度提高，可以大大减少管理人员的数量和劳动强度，降低人工费用，但也对操作人员的素质提出了更高的要求。暖通空调系统是否要自动控制，必须根据实际情况和技术经济性来确定。对于大型空调系统及需要经常调节控制设备的建筑工程来说，适合采取自动控制方法以降低操作工作量。当然，对于只有季节转换时才需要操作的阀门，不能采取自动控制。对于一些不同部分使用时间不用的建筑物，对于各部分出租给不同单位的建筑物，空调系统的设计要考虑到分别管理控制和运行费用分别统计的需求。
３.３　确保系统的安全性
　　暖通空调的安全性有易燃易爆环境安全、防火安全、人员环境安全、重要设备物品环境安全、系统设备运行安全等方面。在设计武器弹药厂房和煤矿等易燃易爆工程的空调系统时，要重点考虑安全性，积极采取与之相适应的防爆技术措施。在设计锅炉房等处的空调系统时，要着重考虑可燃性气体、液体一旦泄露造成的安全问题。要严格按照防火设计规范的要求，确保防火安全。在系统的设计中，还要考虑暖通空调系统万一出现故障，可能会对建筑物内重要设备和物品所产生的不良影响。比如，文物、档案库房就不能采取在吊顶设置风机盘管的空调设计方案，否则，一旦空调系统漏水，将给库房内重要物品带来严重损失。
３.４　处理好整体和局部
　　在一定的条件下，实行集体供暖，无疑会很大的降低能耗，但是也需要注意满足个人需求，不强求全面统一，这样对节能和控制的灵活性均有利。一是暖通空调系统应保证各个房间的室内温度能独立调控；二是便于实现分户或分室热量分摊的功能。同时满足生活环境中的声、光、色的要求，尽管影响人体舒适的主要因素为舒适环境，但是这三者同样是不可忽视的因素。比如人们居住的室内环境以暖色调为主，可以让人们心理上感觉到温暖，从而不必要需要较高的室内温度，自然也就避免了能源的消耗。
３.５　控制室内空气品质
　　节能设计中总的发展趋势是通风量应增大，在这个过程中必然要解决的就是空气的质量问题，消除空气中的细菌、浮游尘埃，臭味等有害人体的物质，通过室内进排风合理的气流组织，从而达到改善空气的品质，改善居住环境，节约能源的目的。
４　结语
暖通空调系统的节能在整个建筑节能中占主要地位，所以进行暖通空调的节能设计对于降低建筑物的能耗有着重要的作用。除了要根据工程的使用特点设计合理的采暖、通风及空调系统方案，并按系统的特性与使用规律及能源结构等因素选配节能型的冷热源设备和风机、水泵与变频器，以达到最大限度地减少采暖与空调系统全年运行能耗与费用外，还要严格执行有关规范对民用建筑采暖与空调室内设计计算温度取值标准的规定，以消除夏季“过冷”，冬季“过热”现象，并因地制宜地改善建筑围护结构的保温隔热遮阳性能。此外暖通空调系统的节能还关系到国家能源安全、资源消耗和环境污染是关系国计民生和国家可持续发展的重要行业，因此，暖通空调设计的从业人员应给予足够的重视。