淺析暖通空調水系統的優化設計策略

潘敏強

摘要 ：我國是世界上的電力大國，消耗的電能非常大，其中建筑耗能占四分之一，而建筑耗能大部分直接消耗在暖通空調系統上。為節約資源，提高資源利用效率，有必要對暖通空調水系統進行節能優化設計。目前我們的暖通空調水系統普遍存在冷熱源負荷率低，運行效率低，能耗高的缺點。為改善這一現狀，本文通過對比研究、綜合分析等方法，結合暖通空調水系統的運行特點以及實際要求分析得出暖通空調水系統的優化設計策略，來保證暖通空調水系統的高效運行，提高暖通空調水系統的工作效率，降低能耗。

關鍵詞 ：暖通空調 水系統 優化設計 策略

傳統的暖通空調設計中缺乏節能與低碳等觀念，在國家節能減排政策的要求下，沒有考慮節能的設計越來越不能滿足時代發展的要求。在建筑能耗中，很大一部分作用到了暖通空調系統，而在資源日益緊缺的今天，如何有效地降低空調系統運行時的能耗問題，對暖通空調水系統的設計技術進行優化，合理優化利用資源，是當今我們亟待解決的重點問題。

一、暖通空調水系統的設計現狀分析

隨著人們物質生活的提高，生活中的暖通空調也得到了飛速的普及， 形成了多種多樣的暖通空調，其采用的基本原理都大致相同。暖通空調系統一般可以分為三大類型，全水系統，空氣/水系統，全空氣系統，其中全水系統具有較好的可控性和可操作性，尤其可以使用在改造的建筑空調系統中。然而，在暖通空調的水系統設計中， 通常沒有考慮到季節、空間位置、角度等參數，設計不夠精確合理，設計的功率大于實際需要的功率，造成了能量的浪費，主要體現在如下幾個方面：

1.設計計量上存在問題

在暖通空調設計上，往往給暖通空調名義情況下的工作負荷，是按照空調最大制冷量來考量主機和水泵的容量的，冷卻水泵的流量也是按照最大負荷的情況來選擇的，這就導致了一個問題的出現，在實際運行中，暖通空調在90%的時間里都是在部分負荷下工作的，必然造成暖通空調中水系統出現大流量、小溫差的狀況，使水泵能量大量被浪費。同時，暖通空調水系統的溫差變化，使得主機運行狀態變差、效率低、能耗高，進而影響主機的使用壽命。

2.系統優化設計的缺失

在中央空調的設計過程中，主機和一些末端裝置上設計有自動化控制，但缺乏中央空調的集中控制，當外界環境發生變化時，如溫度和濕度的變化較大時，控制系統自動調節時間過長，會導致能源的浪費。此外，一般暖通空調系統設計都考慮最大的負荷余量，而通常系統運行負荷是變化的，一般80%左右，有時50%或者 30%，過渡季節時更少甚至停止運行，這就需要主機能對水泵、風機等動力進行調節控制。變頻控制器可以通過調節風機、水泵的轉速，能夠調節系統負荷變化，在節能方面取得很好的效果，然而，在現實中，一般暖通空調系統設計及選型沒有考慮安裝變頻控制器。

3.設計細節的忽視

沒有注重細節上的設計，設計不科學，給暖通空調系統運行帶來了一定的困擾，主要體現在以下幾個方面：一是在供水管道設計上，忽略了把建筑物當作暖通系統的一部分。在實際中，窗戶上的供暖立管，地面通道上的水平管的鋪設，造成管路系統排氣不暢，引起暖通不通暢，形成氣堵。二是在供水的引入管上，往往采用單一的母管進，而且分支管上忽略了閥門的安裝，對后續的維護與監督帶來一定的困擾。三是供水支管阻力不平衡，系統阻力較大，導致了循環水泵揚程過大，能耗量大，冷熱不均等情況的發生。

4.設計的標準化不足

設計者在設計入口時，沒有統一的標準，有的設計者往往不考慮全局，只看室內的空調效果，而忽略了空調供水管線的外部連接，使空調供達不到預期效果。此外，供水入口負荷標準也是極不合理，很多只是標注了入口總管的負荷，卻忽略了分支管的負荷的標準，這給后期的運營維護和管理帶來了一定的難題。

二、暖通空調水系統的優化設計策略

1.設計前，掌握建筑物的詳細情況

由于建筑物竣工之后才可安裝相應的暖通空調設備，所以，在空調水系統設計前應該做好建筑物的布局分析，了解建筑物每個空間的使用功能，隨后才能更好地進行暖通空調水系統的管道路線設計。因此，把握建筑物的詳細情況是優化設計的前提，如了解水泵房、控制室、空調機房、冷卻塔的空間位置等方面。

2.選擇雙級泵系統

開式系統在運行過程中會產生比較長的水泵揚程，會耗費較大的能量。所以，在暖通空調系統的設計中，要摒棄開式系統，采用閉式的循環水系統。在閉式的循環水系統設計中，通常情況下，空調的供水系統大多采用單級泵系統。但是，由于單級泵系統的冷水和熱水都經過同一根水管，熱水和冷水混搭在一起，這個過程中產生熱量的大量損失。因此，選擇雙級泵系統就可以很好的解決這個難題，而且方便負荷側調節，有利于機組側運行的穩定，可以顯著節省水泵的電力消耗。

3.優化多臺冷水機組聯合運行的效率

建筑暖通空調系統中，普遍采用多個冷水機組共同使用的方式，把機組變為并聯的連接方式，優化機組的并聯個數以及機組泵的功率。為提高多臺冷水機組聯合運行的效率，我們可以通過分析，找出影響暖通系統冷水機組運行的因素，建立空調冷水機組電力能耗的優化模型，進而經過模型求解使得聯合系統運行的效率最優。采用這種優化方式，可以有效地進行空調冷水機組功率的調節 ，能夠最大限度降低暖通空調系統的啟動電流量， 減少不必要的電力消耗，同時還能增強冷水機組的運行效率。

4.提高系統控制水平

當前隨著人工智能和計算機技術的發展，為暖通空調水系統的系統控制提供了很好的科技基礎。暖通空調系統可以通過利用電子和計算機技術，把溫度、濕度等數據控制在科學合理的范圍內，智能感應室內環境的變化，控制系統自動地調節，來及時提高室內空氣的品質。

5.注重細節設計

一、在暖通空調水系統優化中，要著力改變主機匹配不當，主干管布置不合理等方面的問題，管線配置變頻泵，減少冷熱水的壓力，分兩個系統逐步改管。二、還要根據溫度的變化，通過安裝電控閥進行調節，以此來能源。三、高低區域一定要分開，這樣不僅能夠節約能源，還可以減少后期的維修次數。四、優選水泵，加大供水溫差，可以由5℃加大到8℃至10℃。同時，控制合理的水流流速，降低水泵揚程，減少系統阻力，避免靜壓損失。

6. 加強節能設計

在暖通空調水系統設計中，我們可以將冷凝水和熱水進行回收，與其他系統結合起來使用。比如，我們可以在水系統中加入板式熱交換器，將熱水加熱到生活用熱的溫度。也可以在水系統中加入水源熱泵 ，減少燃料燃燒，避免有害物質通過燃料燃燒排放到大氣中，既節能又環保。

三、結束語

暖通空調水系統設計在空調系統設計中占有很大的比重，空調水系統中存在的問題，絕大多數是由于設計上的缺陷造成的。同時，空調水系統的能耗占整個空調能耗的20%左右，在節能減排成為社會經濟發展的必然趨勢下，我們應該加大對暖通空調水系統的節能關注，在暖通空調水系統的設計中，我們需要在已有的暖通空調水系統設計經驗的基礎上，結合實際工程的具體情況，運用現代高科技手段，綜合分析得出各種優化的策略，降低暖通空調水系統的能量消耗，從而為我國可持續發展戰略的持續開展做出貢獻。

參考文獻：

[1] 李小燕.淺談高層建筑暖通空調控制系統設計[J].科技創新導報，2012（11）.

[2]張江城.淺談大空間暖通空調設計[J].企業導報，2012（05）.

[3]溫祥.淺談暖通空調系統在節能中的應用[J].科技與企業，2012（09）.