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阐述暖通空调系统节能设计

  在建筑能耗里,用于暖通空调系统的能耗又占到建筑能耗的30%~50%,能源供需矛盾日益激化。随着暖通空调的广泛应用,能源问题成为设计和建筑的焦点,暖通空调系统往往以高品质的电能为能源,我国的电力在某些地区又相对紧张、匮乏,这势必会引起能源供求矛盾进一步激化。
  关键词暖通空调;节能;设计
  0前言
   目前,我国建筑能耗的总量呈逐年上升趋势,在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10%,上升到近年的27.45%,而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。据有关资料研究表明,随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善,我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右。如此庞大的比重,建筑耗能已经成为制约我国经济发展的严重问题。许多发达国家早已相继制定并实施了节能的专门法律,对民用建筑节能做出明确规定,采取一系列经济鼓励措施。我国政府也已开始加大力度倡导节能降耗,并陆续
  酝酿出台了一系列建筑节能鼓励政策。然而在建筑能耗中暖通空调系统的能耗占主部分。1暖通空调领域的节能趋势
   据有关统计数据表明,暖通空调的能耗占建筑能耗的30%一50%,也呈逐年上升趋势。随着建筑行业和市场经济的不断发展,暖通空调系统得以广泛应用,用于暖通空调系统的能耗也将进一步增大,这势必加剧了能源供求矛盾的进一步激化。另一方面,现有的暖通空调系统所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源,其中电能占绝大比例。这些能源的大量使用,使得地球资源日益匾乏,同时也带来严重的环境问题,如在我国的一些地区酸雨、飘尘问题呈日益严重之势,对生态环境和可持续发展带来了很大影响, 根据暖通空调行业的研究成果,现有空调系统的能耗是惊人的,如果采用相应的节能技术,将现有空调系统节能20%一50%完全可能。
   (l)精心设计
   设计方案对暖通空调工程设计的成败乃至整个工程的使用和节能关系重大。暖通空调系统特别是中央空调系统庞大而复杂,系统设计的优劣直接影响到系统的经济运行和耗能性能。笔者结合从事设计、施工、审图和方案评审工作中的一些体会,认为在设计阶段需进一步加强以下两方面的工作
   一方面是注重从节能角度认真进行设计方案的比较和优选。例如对冷热源系统的选择,因为暖通空调系统所消耗的能量大部分是在冷热源系统中消耗掉的。选择冷热源系统不仅需考虑它的初投资和运行费用,还应结合当地的能源结构和建筑使用功能特点对耗能指标进行分析比较。再例如在系统形式选择和划分时应注意考虑不同朝向、周边区与内区之间的差异,系统应分开设置或分环,以便分系统或分环控制和调节。这样可以避免某些区域出现夏季过冷或冬季过热的现象,造成不必的能量损耗。尤其应注意控制两种倾向一种倾向是不管节能效果如何而盲目地追求新技术的倾向,认为采用最新技术的设计方案就是最佳的设计方案。实际上每种方案都有其适用条件和范围,若从降低运行费用和能耗指标方面考虑,先进的技术方案就可能变成不合理甚至是不可行的方案;一种设计方案对某个工程项目可能是最佳方案,但对于另一个工程项目就可能是不可行的方案。另外一种倾向是认为复杂的方案就是高水平的方案。但实际上系统越复杂,通常其设备越多,不仅投资和运行费用高,系统的可靠性和可控性也差,节能效果相应也就越低。总而言之,在确定空调设计方案时务必结合工程的具体情况,根据负荷特性、建筑使用功能求和环境控制特点等多方因素,注意从节能角度通过全面技术经济分析比较后确定出最佳合理的设计方案,确保系统的运行与被控制的环境有最佳的配合,以达到在有良好的环境控制质量条件下既经济又节能的。
   另一方面,须认真进行设计计算。首先应根据工程具体情况对空调运行季节进行全工况、全过程的分析计算,寻找出一个比较合理的设计方案,使空调系统在不同的室外气象参数或室内状况下都能经济合理地运行,为在运行中节能奠定基础。其次是通过认真计算,合理确定系统的冷热负荷及风、水管道阻力,选择合适的冷热源设备和水泵、风机等动力设备(。确保所选择的各项设备能恰好处在最佳工况状态下运行。切忌不经计算和按照水泵或风机的特性曲线选择设备,而盲目地按水泵或风机样本的铭牌参数选择流量、扬程或全压过大的泵与风机,导致设备运行中造成不必的能量损耗。另外,在有条件或系统允许的情况下,经过综合进行系统总能耗的比较,应合理加大系统的介质温差,以减少系统的水流量和送风量,降低输送过程中的能耗。
  (2)改善建筑维护结构的保温性能,减少冷热损失
   我们知道对于暖通空调系统而言,通过维护结构的空调负荷占有很大比例,而维护结构的保温性能决定维护结构综合传热系数的大小,亦即决定通过维护结构的空调负荷的大小。改善围护结构的保温性能需从以下几方面着手。
   第一、控制窗墙面积比。由于外窗的耗热量占建筑物总耗热量的35%一45%,因此,在保障室内采光的前提下,合理确定窗墙面积比十分重。一般规定各朝向的窗墙比不得大于下列数字北向25%;东、西向30%;南向35%。
   第二、为提高门窗气密性和保温性能。应采用密闭性和保温性能良好的门窗。
   第三、外墙采用节能保温墙体。经过多年的实际应用,证明采用该类保温系统的建筑,无论是从节能效果和减轻楼体自重还是居住的舒适程度,都是一项值得在全球范围内推广应用的节能新技术。
  第四、加强施工管理。除了按设计和规范求做好墙窗等围护结构的保温施工外,还应重点加强窗或玻璃幕墙与墙、墙与屋顶等相互结合部位的保温施工管理工作。尤其应注意采取相应的措施切断钢筋硷或钢构件、门窗钢附框等热的良导体形成的热桥作用。
  (3)强化系统的运行管理,提高系统控制水平
   为了进一步提高系统的运行管理水平,应加强对空调操作人员的培训,提高管理人员素质,实行空调操作人员操作证制度。因为各项调节和节能措施的实施,都与操作人员的技术素质直接相关,求其必须具备必的暖通空调基本理论常识,懂得根据室外参数的变化进行相应的调节,并且懂得怎样调节才能节能。
  (4)采用新型节能且舒适健康的供暖和空调方式
   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,就需较高的空气温度,一般需达到18一20℃甚至更高,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),此时所需的空气温度将显著下降,一般不超过16℃即可。显而易见,后者比前者具有显著的节能效果。夏季也可以得到类似的结果。
  (5)推广使用可再生能源或低品位能源的空调系统
   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。如何合理有效地利用可再生能源及低品位能源已经成为该领域重的研究课题,如地源热泵空调系统、太阳能制冷或供热系统等。利用可再生能源的暖通空调系统,不仅有着显著的环境和社会效益,还可以有着显著的经济效益。应大力开发推广。当然,和其他任何新技术一样,这些技术也存在着一些间题,尚需进一步研究完善。
  (6)冷热回收利用的开展
   目前,许多空调系统冷热回收利用的研究工作已经展开,如空调系统排风的全热回收器,夏季利用冷凝热的卫生热水供应等,都是对系统冷热的回收利用,显著提高了空调系统能源的有效利用率。但实际应用尚不广泛,效果也不显著,产品还有待于进一步完善。
  3目前存在的问题与对策
   (l)暖通空调专业的设计、施工管理问题
   如前所述,暖通空调系统的设计对空调系统的节能性有着重的影响。然而在实际工作中往往得不到一些设计部门和设计人员的足够重视。加之目前工程设计周期普遍较短,设计收费与设计产生的经济效益不挂钩以及一些技术性问题没有完全得到解决等原因,个别设计单位只求数量,忽略质量。使得设计施工完的系统不仅初投资大,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空调能耗占建筑总能耗达60%。为此,有必建议政府有关职能部门加强对暖通空调设计项审查管理。另外,目前本省建筑施工监理行业中暖通空调专业的从业人员水平参差不齐,占很大一部分人员非本专业院校毕业或非对口专业,甚至一部分人员根本未经过任何培训,对本专业理论知识似懂非懂,设计或施工中遇到的一些涉及方案性的调整问题不能进行及时正确的处理和解决,最终导致工程出现无法挽回的不良后果,给系统的运行管理留下隐患。在实际工作中,由此造成的经济损失也是相当惨重的。
   (2)暖通空调系统的运行管理问题
   除设计施工外,运行管理也起着重的作用。实际中发现有些单位的空调系统,一年四季只有开机关机和冬夏季转换操作,显然系统达不到相应的节能效果。为此求运行管理人员不仅有强烈的责任心,上岗前还必须进行系统的培训和考核。对没有达到求的,应重新培训,考核合格后才能上岗。事实上,同样一套系统,管理人员或管理形式不同,系统的能耗大不相同,节能效果也不可能一样。
   综上所述,暖通空调系统在建筑节能中占据重的位置,起着举足轻重的作用。节能技术的研究开发和运用是暖通空调系统、建筑系统节能的基础。政府职能部门的重视和支持,则是实现大幅度节能、产生显著的环境和社会效益、推动经济发展的保证。暖通空调系统在建筑节能中占据重的位置,起着举足轻重的作用。节能技术的研究开发和运用是暖通空调系统、建筑系统节能的基础。