公共建筑供暖、通風和空調系統節能優化設計

張 健

(黑龍江省林業設計研究院，哈爾濱 150080)

公共建筑的節能降耗對于我國建設資源節約型、環境友好型的社會具有重要意義。因此相關工作人員要加強對公共建筑節能的重視力度，具體而言可以從供暖、通風以及空調系統節能等多個方面出發。但在現實生活中節能降耗的發展卻很不樂觀，這就需要工作人員不斷進行全面的優化設計指導，在工作過程中合理利用現有的資源，充分提供資源利用率，從而更好地促進我國公共建筑領域的大幅度進步。

1 節約能源概述

在公用建筑的能源總耗能中，約有50%～60%是由暖通空調所消耗。所以，在設計采暖、通風和空調系統時必須優先考慮節能設計。在某些嚴寒地區，城市建筑能耗占全國能源消耗總量的50%，而我國地源廣袤，北方寒冷，南部酷熱，供暖建筑不斷向南推移，而空調建筑則不斷向北推移。因此，可以預見我國的建筑能耗將會有很大的增長，占到總能耗的比重也會上升，因此不能只依靠能源產量的增長，而要通過節約能源來實現。相關管理條例中規定，節能是指通過采取技術上可行的、經濟合理的、環境和社會能夠承受的措施來降低能源的損耗和浪費，使能源得到更加有效、合理地利用。節約能源也應該包含發展和使用新的可再生能源。在評估能源使用方面，歐洲經濟理事會提出了一個新的能源系統綜合效能概念，該概念由3個方面組成：開采效率、中間環節效率以及最終使用效率。也就是由使用者產生的有效能量與能耗處理的輸入能量的比率。所以，能源系統的節能本質上就是要通過技術和管理來提升3個方面的效能。建筑節能應該被理解為建筑的日常運行能耗的節省，它的主要部分是采暖、通風和空調系統的節能，以及降低建筑物的制冷、熱量的損失以及可再生的能源和新的能源使用。建筑節能應該包含能量系統的后兩個部分，也就是兩個部分的效率。暖通空調系統大多采用了經過處理的能源，比如，電力，其關鍵問題是如何提高終端的能效。但是一些系統還可以直接使用一次能源，比如，煤炭、天然氣等。所以要注意在處理成熱和制冷時，提高能量的利用率。建筑節能是一項系統工程，從規劃、設計到運行，都要把節能理念貫徹到建筑的每一個環節，這樣才能達到節能的目的。

2 公共建筑供暖、通風和空調系統發展現狀

2.1 設備選型不恰當

在對公共建筑中各類系統節能設計的研究中，設備的選型不當已經逐漸成為普遍存在的共性問題，這主要是由于在選擇設備時對系統的負載和設施功能未進行系統性的考慮。根據相關調查結果表明，在室外溫度過熱時，大多數公共建筑物的制冷器和空氣機組均存在著閑置現象，再加上這些公共建筑物都沒能夠達到完全滿足高溫的要求。此外，設計師們在進行公共建筑中節能系統的設計時沒有對其進行全面的研究和分析，往往會需要借助于設計手冊中現有的設計方案或者是熱負荷控制指標等因素來幫助確定系統的冷熱負荷，無法保證最終的設計指標的精確度能否滿足公共建筑的供暖、通風需求。因此，在這種情況下，很可能會導致公用建筑的采暖系統在運行過程中產生超負荷，從而導致其裝機容量、水泵配置、管道直徑以及終端設備的增加，從而導致公用建筑采暖系統的能耗增加，從而影響供熱系統的壽命。

2.2 冷熱源選擇較單一

在目前的情況下，社會運行過程中能夠提供的能量是有限的，只能依靠電能和天然氣。然而，由于目前我國能源和天然氣資源之間存在著不均衡的矛盾，使得夏季的城市供電面臨著巨大的壓力，而天然氣資源又不能滿足居民的需求。而在冬天，天然氣的供給還在繼續增長，但對電力能源的需求并沒有太大的增長。

2.3 水系統不平衡

在供暖、通風和空調系統設計過程中，對于水系統的選擇有嚴格的要求，通常情況下使用定水量系統。因為在對水系統的水流進行設計時，是嚴格遵循最大負荷與供回水溫差的相互平衡。但是在實際工作過程中會出現最大負荷的情況比較少或者幾乎接近沒有，通常都不會在最大負荷下運行。所以就會導致大負荷小溫差的情況出現，嚴重破壞了水系統的平衡與穩定。

3 公共建筑供暖、通風和空調系統的節能措施

3.1 合理選擇供暖、通風和空調系統

對于節能系統的選擇要謹慎，因為并不是所有的節能系統都可以應用到各種場合。比如，會議廳、電影院等場所就不應該使用VAV系統，因為這些場所對于各個小區域沒有不同溫度調節的需求，只需要調節空間整體溫度即可。如果使用VAV系統就會導致區域內的溫度不均衡，從而提高了設備使用費用。所以在節能系統選擇時相關工作人員要根據不同場所的特點進行不同節能系統的選擇，只有這樣才能夠實現系統與場所環境的完美結合，達到良好環境要求的同時又降低經濟費用，因此要合理、謹慎的選擇采暖、通風與空調系統[1]。

3.2 公共建筑供暖節能的優化設計

3.2.1 合理綠化輔助系統

公共建筑周圍的綠化工程具有防塵、隔音等作用，不僅能夠美化環境而且還能夠有效節約資源和降耗。這主要是因為建筑周圍的樹木能夠通過其葉子的蒸發作用來降低室內空氣的溫度，再加上龐大的樹木能夠完全遮擋整個建筑物，從而能夠使得建筑物避免太陽光的直接照射，有效地減少了在地面上的輻射和熱量。再加上在地面能夠對太陽輻射進行有效的反射，在帶動地面溫度升高的同時還能給人們帶來一種新的熱源。尤其是在炎熱的夏季，由于太陽的直射，室內的溫度通常要高于室外的實際溫度，而在冬季，溫度的情況則與之相反。所以，為了優化公共建筑的供暖系統，必須要對建筑物周圍進行合理的綠化。

3.2.2 采用熱泵技術

熱泵可以對熱能進行合理的轉化，從而達到節約資源的作用。熱泵技術能夠有效地將熱量從低位熱源推向高位熱源，所以熱泵技術是促進能源節約的有效途徑，當前熱泵技術在空調領域的應用比較廣[2]。

3.2.3 變流量技術

供熱系統與制冷系統的設計都需要嚴格依據氣象條件來進行，通常情況下，實際的負荷相對于設計的負荷要較小，雖然每天都要經過多次變化?？諝夂退菧囟茸兓妮d體，負荷的變化往往會影響流量的變化。要想有效控制系統流量的同時又能夠滿足負荷的不斷變化，這就需要相關工作人員合理調節供暖通風系統的流量，比較常見的調節方法就是改變系統的阻力。只有這樣才能夠滿足冷熱的均衡[3-5]。

3.3 公共建筑通風節能設計方法

3.3.1 營造外部環境

風壓通風與建筑外部的風景和環境相互作用影響，最顯著的表現方式之一便是“風影效應”。當風吹向一個建筑物時，在其建筑背后就可能會形成一個渦旋區，同時建筑在地面上的投影被人們叫做“風影區”。通常情況下風影區的外部氣動風力比較薄弱，其風向也比較不穩定，這就可能會大大減弱外部氣流相互作用的強度，同時也對室內外正常的氣流相互交換產生影響。為了有效地避免對風影帶來的破壞，應該合理設計房屋和風影帶之間的間距。然而，對于被大型高層建筑所圍繞的各種大型公共建筑來說，這一舉措難以被應用。所以，為了改善這一狀況就需要采取錯列式的平面布局，并且建筑物的風口位置也要合理避開風影區[6-7]。

3.3.2 內部空間的形態優化

對于綜合類的大型公共建筑，通常情況下空氣流動阻力比較大，同時建筑物與外面直接接觸的面積也相對有限。所以為了改變這一狀況，可以通過風井、水平式的風道和中庭進行優化，從而改變其內部的空間和形態，通過空間內部的形態優化來有效緩解資源緊張的情況，從而促進資源的高效利用。

3.3.3 平面布局控制與分化

現階段，建筑平面布局的有效控制與分化，能夠更好地將室內控件與周圍的環境進行緊密的聯系，從而更好地為建筑提供自然、有效的通風條件。20世紀初，西方某國家的建筑設計人員在進行高層建筑的設計中通過充分運用平面和凹凸的布局與分化，為建筑提供了良好的自然通風效果。由此可見，對建筑的平面布置進行適當的劃分，也能使室內的自然通風得到最大程度地發揮。

3.4 公共建筑空調系統節能優化設計

3.4.1 合理控制新風量

在安裝空調的公共建筑物內必須要保證每個人都能夠得到一定的風量，在此標準下會增加空調的耗能。因此要在室內衛生達標的情況下，合理利用手段對風量進行有效控制。比如，減少房間換氣的頻率，同時在建設時選擇封閉性良好的門窗。此外，也可以在新風入口處增設旁通，設置兩臺風扇，在回風處安裝CO2探測器，根據空氣中的氣體濃度，自動調節新風的開度，并根據室內人員的變化確定新風閥門的控制模式，從而實現良好的通風模式[8-10]。

3.4.2 設計圍護結構

在公共建筑物的空調系統設計中，圍護結構傳遞熱量的耗能將近50%，所以為了達到空調節能的良好效果，就必須設計科學、合理的圍護結構，從而來降低熱傳遞過程中的能量損耗。具體可以從以下幾方面著手：①采用先進的保溫技術，比如，選用新型的節能保溫材料，并且需要根據實際情況選擇內外保溫相結合的方法；②在室外設置遮陽器和防風罩、在室內設置遮陽窗簾，從而有效地避免了陽光直射所給人們帶來的危害；③可以考慮選擇一個淺色系列作為外部墻體的顏色；④在一個建筑物的頂部設置一個隔熱層，這樣既能夠起到防水和隔熱作用又能夠做到保溫。

3.4.3 對公共建筑空調冷熱負荷的調整

在公用建筑中，空調系統的冷熱負荷主要由制冷設備、鍋爐、水泵、風機盤管和空調箱等組成?？照{系統的熱、冷負荷是由建筑結構的熱負荷、通過玻璃窗的陽光輻射產生的熱負荷、室內熱源的熱輻射、新風的處理等組成，這些熱量的消耗約為40%，而新風的處理約為30%～40%。如果不按規范進行，就會產生較大的冷熱負荷，造成裝機容量、水泵和管道外徑等問題，從而加大項目前期投資，加大運營費用和能源消耗[11-12]。

3.4.4 傳輸階段的節能

輸油過程中的能量消耗主要來源于輸水系統和輸氣管道。在輸送過程中，因阻力的影響，造成了一部分冷量的損耗。因此，在輸油管線上應采取保溫措施，以提高能源利用率。同時，要對其內部的輸送阻力進行科學的計算，并據此確定合適的水泵和風機。嚴格選擇流量或全壓裝置。此外，通過更大的溫差，可以解決輸送過程中的能量消耗問題。也就是說，在冷卻水、送風溫差較大時，可以降低冷卻水的循環流量和送風量，從而達到節能的目的[13-14]。

實際上，對于公共建筑的供暖、通風和空調系統節能設計的方法有很多，但要特別注意的是在具體實行過程中一定要根據具體情況而定。

4 結論

對于公共建筑供暖、通風和空調系統節能的優化設計對于我國經濟社會的發展意義重大。因此，相關工作人員要根據當前建筑領域發展的技術，并綜合先進的節能理念和方法，對公共建筑供暖、通風和空調系統的節能方法進行創新和探索，從而更進一步推動我國公共建筑行業的穩定發展。