暖通节能设计的现状与优化措施

摘要：随着生活理念和方式的多样化、细节化，人们对建筑物内的环境要求也日益提高，舒适和高品质的居住环境成为追求的趋势，暖通空调系统的节能也已成为人们关注的问题。本文对暖通节能设计的问题进行分析，并提出节能设计的优化措施。

关键词：暖通设计；节能现状；优化措施

一、暖通节能设计的现状

（一）公众对节能的认识问题。过去公众对节能的了解不够，并且对暖通空调的观点也非常片面。对于一个舒适性的空调系统或者是采暖系统，应当使人体有非常好的舒适性。但是目前普遍存在的一种观点是：空调越冷越好，暖气越热越好。这显然与我们所追求的舒适性空调的观点是相违背的。事实上，这样不仅大大增加了空调采暖的能耗，同时由于室内外温差的增大，也使人体对不同环境的适应性下降，身体免疫力降低。因此，我们要提高宣传力度，改变公众对于传统的空调及采暖的理解，大力宣传和提倡按节能建筑标准和冷热量计量装置收费，提高民众节能意识。

（二）设计的理念问题。合理的设计是节能的前提。目前一些设计人员重视不够，设计时常常套用经验值，从而造成初投资的增大，运行能耗增加。因此建议政府职能部门及有关的节能审查机构，加大对暖通空调节能的监察力度，增强设计人员的节能意识，使节能工作真正落到实处。

（三）新技术的推广问题。新技术在暖通空调系统中的应用，为节能提供了一个新的方向。例如地源热泵空调系统、太阳能供热系统，不仅可以实现可再生能源的有效利用，并且还能带来显著的经济效益，是值得大力推广的。

二、采取的暖通节能设计措施

（一）从设计入手，合理选择和设计暖通空调系统，使其在高效和经济的状况下运行。设计是工程的核心，系统设计的方案直接影响其使用性能。而建筑负荷计算是设计的重要内容之一，当前普遍存在一个现象就是设计工期短，许多设计人员为了节省时间，简单地利用设计手册中供方案设计或初步设计时估算冷、热负荷用的单位建筑面积冷、热负荷指标，直接作为施工图设计阶段确定冷热负荷的依据，往往使得总负荷偏大，从而导致空调采暖设备偏大，初投资增高，能量消耗增加，运行费用增加。

（二）采用新型节能舒适健康的空调及采暖方式。影响人体热舒适的环境参数众多，不同的环境参数组合可以得到相同的热舒适性效果[1]。并且，对于不同热湿参数组合的环境其空调系统的能耗是不相同的。

（三）结合实际情况，合理选择空调冷热源，力求实现冷热源的多元化和利用可再生能源。随着暖通空调系统的广泛应用，对不可再生能源的消耗也大幅度上升，同时对生态环境的破环也日趋加剧。如何合理的选择冷热源，已经引起了各方的广泛关注。

（四）加强冷热回收利用的研究运用工作，实现能源利用的最大化。提高暖通空调系统的能源利用率也是实现空调节能的途径之一。热回收主要是通过系统中安装能量回收装置，利用排风中的能量来处理新风，这样就可以减少处理新风所需的能量，降低机组负荷，达到节能的目的。在选择热回收装置时，应当结合当地气候条件、经济状况、工程的实际情况、排风中有害气体的情况等多种因素综合考虑，以确定选用合适的热回收装置，从而达到花较少的投资，回收较多的能量的目的。

（五）着力开发可再生能源，积极推广新能源。一般来说，实现建筑节能的技术途径为：尽量减少建筑内能源总需求量的同时，大力开发利用可再生的新能源，从而减少使用在建筑领域内易引起环境污染的能源。由于空调系统中所使用的高品位、不可再生能源所引起的资源环境问题也日益突出，必须开发一些合理有效的可再生能源以缓解目前的紧张局面。地热能和太阳能等可再生资源应用于空调制冷，具有一定的优势，而且清洁无污染。地源热泵和水源热泵就是利用浅层和深层的大地能量，包括土壤、地下水、地表水、海水、污水等作为冬季热源和夏季冷源，是既可供暖又可制冷的新型中央空调系统。

三、暖通空调节能设计的优化

（一）暖通空调气流组织优化的数值模拟研究。国内外对于空调气流组织的研究方法主要包括，实验研究，实际工程现场调查，和数值模拟。理论分析需要以大量的实际工程现场调查数据作为基础，局限性较大。实际工程的考察研究耗时较长，费用较大。数值模拟方法可得到空调气流分布的详细状况，适应性强[2]。因此，结合条件限制，数值模拟是研究空调气流组织的首选方法之一。如大空间分层空调设计，工位空调设计等都可以采用数值模拟方法优化送风参数和送风口及回风口的设置位置，实现空调系统的节能设计。

（二）暖通空调自动控制系统的在线滚动优化。暖通空调自动控制系统的在线滚动优化是利用模型辨识部分提供的预测输出信息，根据优化的目标函数及选定的优化方法进行在线的滚动优化，从而得到合理的控制规律，考虑在线优化的计算量，这里用RBF模糊神经网络完成广义预测控制的在线滚动优化。按性能指标，利用优化方法获得未来控制长度内的冷冻水调节阀电压，并取其首分量作为当前时刻的冷冻水调节阀电压。考虑降低在线计算的复杂性，采用了较常用的梯度下降法作为主要的优化算法。优化过程的关键是计算性能指标对RBF模糊神经网络控制器参数的导数[3]。通过RBF模糊神经网和修正方法，利用暖通空调预测模型提供的信息来完成给定目标函数的优化，进而准确的提供冷冻水调节阀电压，从而实现广义预测控制的在线滚动优化来得到暖通空调自动控制系统的合理控制规律。

（三）在设计上合理选择与采暖、通风与空调相结合的节能系统，采用科学的空调方式有效的降低负荷。根据实际工程建筑的需要，依据技术标准，在设计时应注意朝向、周边区与内区、使用功能的差异等对系统进行选择和划分，同时要考虑分开设置或分环设置以便于控制、调节及管理。比如在采暖中散热器宜明装在外墙窗台下，合理选取散热器表面涂料及安装形式、南北向房间系统宜采用分环设置等措施。在通风空调系统的设计上，采用不同朝向、内外区系统应分开设置或分环设置，或采用多分区新风机、多分区空调机系统，对内外区分别输送不同参数的空气，风量也可分别调节与控制，从而避免不同区域出现过冷或过热的能量浪费现象。例如变风量（VAV）系统、变露点送风系统、辐射板供冷与供热系统、变水量系统、水环热泵系统、变制冷剂流量（VRV）系统、多分区新风机、多分区空调机系统等都具有节能的优点，分析环境控制场合的特点和各种系统具有的特点，使二者有最佳的配合，从而达到既经济又节能的目的。在通风空调系统的气流分布模式的设计上，可以选择具有节能优点的气流分布模式，如地板送风模式、置换送风模式等。

（四）合理选择冷热源系统。热泵是以大自然中蕴藏着较低温度的低品位热能为热源，如以大气、地表水、地热或工厂排放的废水（气）为热源，通过压缩机的工作从这些热源中吸取其中蕴藏着的大量较低温度的低品位热能，并将其温度提高后再传给高温热源。热泵按热源的不同可分为：空气源热泵和地源热泵等。空气源热泵目前的产品主要是家用热泵空调器、商用单元式热泵空调机组等。地源热泵节能效果显著，而直燃型溴化锂吸收式机组供热式的效率相当于燃油或燃气锅炉，对于锅炉房来说，大型区域锅炉房明显优于小型锅炉房[4]。通过这些科学的分析，设计人员在设计暖通空调节能系统时，就可以根据工程建筑自身的情况，选择合理的可行的热源系统。我们还需要注意不同地区不同建筑工程的需要和条件不一样，所以从设计阶段开始就必须注意对热源的选用。

（五）方案初步设计阶段应吸收设备工程师参加。现在有不少工程，在方案初步设计阶段只有建筑工程师和结构工程师参与，不吸收设备工程师参加方案设计，结果建筑方案中选后设备机房空间没有考虑，造成设备设计很大困难。比如空调机房设在某一角落，风管伸长很远，既不经济也影响通风效果；进风口与排风口挤在一起，不合规定；管道夹层当作机房使用，噪声、振动直接影响上、下客房，不但增加了消声减振的费用，还难以取得满意的效果。诸如此类举不胜举。要改变这一现实，要想适用、经济、美观地建造起现代化建筑，在方案初步设计阶段就应吸收设备工程师参加设计。

四、结语

目前，我国的很多建筑的空调系统都具有节能的潜力，要想做到空调系统的节能，只有从设计、施工到运行管理各个部门的通力合作，才可能真正地实现。其中，暖通空调设计方案的选择是一个直接关系到暖通空调工程项目的运行使用效果和经济效益的重要问题。

参考文献：

[1]朱颖心. 建筑环境学[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2]赵彬，李先庭，彦启森. 室内空气流动数值模拟的风口模型综述[J]. 暖通空调，2000，30（5）：33-37.

[3]张绍昌，郑庆红. 冬季空调置换通风与热舒适性初探[J]. 建筑节能，2009，37（216）：21-24.

[4]刁乃仁，方肇洪.地源热泵―建筑节能新技术[J].建筑热能通风空调，2004，23（3）：18-23.