做好大空间建筑暖通空调的设计及节能的探讨

【摘要】大空间建筑暖通空调方式与气流组织对室内环境与空调负荷有极大的影响。因此，大空间建筑暖通空调设计思路是确保空调效果，减少空调区高度，从而降低了空调送风量，最大的限度的达到...

摘 要：随着经济的高速发展，越来越多的大型建筑耸立而起，内部的大空间暖通空调的耗能也非常惊人，现今能源危机、气候变暖日益严重的情况下，现代大空间建筑暖通空调的节能设计也越来越被重视，本文从暖通空调系统工作原理及分类开始，深入对大空间建筑暖通空调系统的节能设计进行了探讨，希望能为相关人员带来一些借鉴及参考。

关键词：暖通空调 设计 节能 大空间建筑 负荷

中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0050-02

因为随着社会经济和城市建设的不断发展，建筑能耗在逐年大幅度上升，特别是随着大空间建筑的增加，建筑能耗占社会总能耗的比例也在逐年增加。随着工业化进程的不断加快，建筑耗能已成为不争的事实，在总能耗中建筑耗能所占的比例越来越大，在发达国家中建筑耗能所占的比例可以达到40%～50%，而在建筑耗能中，一般情况下，建造能耗与日常使用能耗之比约为1∶9～2∶8，所以建筑能耗的重点是日常使用能耗，特别是以暖通空调能耗为主，可以达到总能耗的30%～50%，从这一角度上来说，无论是从节约能源的重要性还是从环保的紧迫性上来看，大空间建筑的节能都是一项重要的任务。恰当地提高空调系统的能源利用效率，是实现公共建筑节能的关键所在。要想实现对建筑能耗的有效降低的目的，针对建筑暖通空调系统进行节能设计是至关重要的。

1 大空间建筑暖通空调设计

大空间建筑暖通空调方式与气流组织对室内环境与空调负荷有极大的影响。因此，大空间建筑暖通空调设计思路是确保空调效果，减少空调区高度，从而降低了空调送风量，最大的限度的达到节能的效果。另外，风柱的设置要与建筑布局协调统一。冬季选用低温热水地板辐射采暖系统供热，解决大空间冬季温度场垂直方向上不均匀的问题，也是个很理想的节能目的。除此之外，此设计要与建筑专业在外门处设置了门斗，或者安装热风幕机，减少冷风渗透，有效地保证大空间建筑通空调设计效果。

2 暖通空调系统分类

暖通空调系统按对建筑环境控制功能可以分为两大类：热湿环境为主要控制对象的系统，主要控制建筑物室内的温度和湿度，有空调系统和采暖系统；以污染物为主要控制对象的系统，主要控制室内空气品质，有通风系统、建筑防烟系统和建筑排烟系统等等。上述两大类的控制对象和功能又有相互融合的地方。

按承担热负荷，冷负荷和湿负荷的介质可以分为五大类：全水系统、蒸汽系统、全空气系统、空气-水系统和冷剂系统。

按空气处理设备的集中程度可以分为三类：集中式系统、半集中式系统以及分散式系统。除此之外还可以按照用途分为舒适性系统和工艺性系统。

3 暖通空调系统的节能设计措施

暖通空调节能设计的真正目标是以节能为原则，用热舒适指标指导系统中的节能设计，寻找温度、湿度、平均辐射温度、风速和劳动强度这六种影响热舒适指标的因素的合适比例，达到人们热舒适指标与节能降耗的稳定协调。暖通空调的节能设计对于减小建筑能耗具有重要意义，暖通空调系统的节能设计应该根据工程的具体情况，对空调运行季节进行全工况、全过程的分析，从而确定出一个合理的设计方案，使暖通空调系统能在不同的室内情况及不同的室外气象参数下都能经济合理的运行。

3.1 设计负荷大小的精确计算

通过选取合理的暖通设计参数，从温度和湿度来确保室内舒适的标准时，节能是负荷大小的重点因素。确定室内空气温湿度参数和精准计算所需要的设计负荷是建筑节能的首要因素。这里的设计负荷主要包括热负荷、冷负荷与湿负荷计算。冷负荷是指为保证房间或物体低于周围环境温度所需供应的冷量；热负荷是指为保证房间或物体高于周围环境温度所需供应的热量；湿负荷是指为了维持房间温度恒定需从房间除去湿量。负荷计算是暖通空调设计的依据，关系到环境指标保证设备畜量大小、方案确定，系统管道大小等。冷、热、湿负荷计算应严格依据室外气象参数和室内需求保持的参数。

3.1.1 空气计算参数

室外空气计算参数是指在负荷计算中所采用的室外空气参数。我国确定室外空气计算参数的基本原则是：按不保证天数法即全年允许有少数时间不保证室内温湿度标准，若必须全年保证时，参数就需要另行确定。空调因围护结构传热负荷计算原理：按不稳定传热过程计算，因此，须知夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度。逐时温度的计算按照公式：

其中，是逐时温度，单位℃；是夏季空调室外计算日平均温度，规范规定取历年平均不保证5天的日平均温度；是室外空气温度逐时变化系数；是夏季空调室外计算平均日较差，单位℃。

冬季空调室外空气计算温度的确定原则按照规定历年平均不保证1天的日平均温度作为冬季空调室外空气计算温度。采用历年一月份平均相对湿度的平均值作为冬季空调室外空气计算相对湿度。

室内需空气计算参数选择考虑以下因素：房间使用功能对舒适性的要求。主要因素是空气温度、湿度和气流速度，其次为衣着，空气新鲜程度，室内各表面的温度，人员活动情况等。以及地区、冷热湿情况、经济条件和节能要求等因素。

3.1.2 热负荷

在冬季热负荷计算中，首先围护结构耗热量，包含围护结构温差传热量、缝隙渗入冷空气、外门开启侵入和太阳辐射。围护结构的基本耗热量按下式计算：

其中，Q是部分围护结构的基本耗热量，单位W；A是部分围护结构的基本传热面积；K是部分围护结构的基本传热系数，单位W/m2・℃；t为冬季室内计算温度；α是围护结构的温差修正系数。

此外，还要考虑因风压与热质作用室外空气经门窗缝隙进入室内的冷空气的耗热量。

而夏季冷负荷的计算则按照冷负荷系数法，基础是传递函数法将围护结构或者空调房间连同空气视为热力系数将外扰或室内的热量作为系统的输入，当计算某建筑物空调转换为冷负荷时，按条件查出相应的冷负荷温度与冷负荷系数，用稳定传热的方法，以便于手算。要充分考虑到围护结构瞬变传热形成冷负荷、通过玻璃窗的日射得热引起冷负荷、室内热源散热引起的冷负荷、人体散热形成的冷负荷等。

3.2 自动控制系统节能设计优化

暖通空调节能设计的水平要提高自动控制，这样不仅能够保证暖通空调房屋的温度和湿度控制的要求，并且可以节约热力，更大程度的降低空调的能耗。利用暖通空调系统控制技术在软件和硬件方面的发展，采用软件体系控制暖通空调中央监控系统，实现系统的长时间统计分析，以保证暖通空调系统的节能运行。

3.2.1 空调房间温湿度控制

空调房间温湿度的干扰因素呈现出多样性，由于气候变化的多工况性以及房间存在的较大的热惯性等因素，使得仅仅利用单回路直接控制房间温湿度的方法难以达到满意的调节效果。因此，应该另外选择一种行之有效的方法。针对空调房间的热特性，采用串级调节比较适宜。

3.2.2 变水量自动控制系统

在现代化的暖通空调系统中，变频技术将逐渐成为未来的发展趋势。通过使用变频技术，不仅可以解决传统空调系统的工艺问题，而且还可以节省能源的消耗量，减少废气的排放量，在一定程度上减少运行成本，提高经济效益。结合空调的实际负荷状况，如果将风流量或者水流量进行适当的改变的话，就可以实现节能减排的目标。如果将变频技术应用于空调水系统的话，就可能形成变水量系统。在空调系统的水系统中，它的工作原理是通过控制水量，从而来调节温度。随着我国工业化的进程和变频器的推广与使用，通过优化调节风量、水量及主机等，就可以实现与空调负荷的匹配运行，进而发挥良好的节能效益。采用变频技术的原因还有：一个是设计者在选择设备时，通常留有一定的设计余量，实际上设备也极少会在全负荷工况下运行，甚至从来没有在全负荷情况下运行过。另一个就是建筑物的实际负荷会随着室外气候的变化而呈现出有一定的波动。

3.2.3 变风量系统的监控

同样，若将变频技术应用在空调风系统的话，就会形成变风量系统。利用空调系统的末端装置来实现室内负荷的补偿机制，从而对送风量进行优化调整，最终保持室内合适的湿度；与定风量系统相比较而言，变风量系统的节能效率则远远高于它，大约是它的两倍。送风量的调节可以最大限度的减少风机的动力，进而达到节约运行能耗的功效。

4 结语

综上所述，在当今全球环境不断恶化、自然资源不断减少的形式下，暖通空调的节能设计也就显得尤为重要。对暖通空调系统进行节能减排的设计，不但可以减少对不可再生能源的消耗，缓解电力紧张的问题，而且还可以保护环境。建筑节能不但是21世纪中国建筑行业发展的一个重点内容，更是中国改革发展的迫切要求。中国要想实现可持续发展，实现节能和环保是重中之重。建筑节能主要在于提高能量的利用率，而暖通空调技术的发展将会对建筑节能产生积极的影响。在未来的社会化发展中，建筑节能将有一片广阔的发展前景，并成为引领建筑行业发展的启明灯。

参考文献

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