公用建筑暖通空调系统节能设计与节能管理措施
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摘要：本文首先介绍了现行公用建筑暖通空调系统高能耗的主要原因，然后提出了暖通空调系统节能措施，并以南京图书馆为工程实例对暖通空调系统节能设计与节能管理进行了探讨。
关键词：公用建筑；暖通系统；空调系统；节能设计；节能管理
引言
随着社会和经济的快速发展，建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大，在有些地区已达到40%，而在建筑能耗里，用于暖通空调的能耗又占建筑能耗的30% ~50%，且在逐年上升。随着人均建筑面积的不断增大，暖通空调系统的广泛应用，用于暖通空调系统的能耗将进一步增大，在一些大城市，夏季空调已成为电力高峰负荷的主要组成部分，这势必会使能源供求矛盾的进一步激化。因此，节能降耗将成为空调系统设计、运行和管理中的关键环节。采用合理的措施和策略来节约空调能耗，对我国来说可以节约资源、保护环境，而且可避免不必要的电力建设投资；对用户来说则可减少空调运行费用的开支，其经济性是显而易见的，对维持可持续发展和利国利民都有着重要的意义。
1.现行公用建筑暖通空调系统高能耗的主要原因
在能耗较高的一些办公建筑和综合商厦等建筑中，由开窗通风、机械排风等造成的室内外通风换气形成的冷负荷会占到总冷负荷的50%以上。
由于设计不合理、缺少有效的空调系统调节手段，往往造成冷机、水泵、风机长期在偏离高效点的状态下运行，导致能源利用率偏低。由于运行管理不善，导致系统的开关状态切换不及时，匹配不合理，增加了不必要的空调用能。
外墙多采用玻璃幕墙结构或者窗墙比较大，有多个朝向，而且进深较大。设计时没有考虑内外分区或分区不合理、设计负荷不正确等因素，使空调系统在运行中存在冬季内区偏热、外区正常甚至偏冷等冷热不均的现象。内区由于人员、灯光和设备负荷相对稳定，且不受室外气象条件的影响，因而全年基本呈现冷负荷，需长年供冷；外区则受室外气象条件的影响较大，负荷随季节变化而出现冷、热负荷交替变化，夏季需供冷，冬季需供热。
在有水量不平衡问题的系统中，可能某些水量特别小的用户温湿度得不到保证，影响这些房间的舒适度。为了满足这些流量偏小用户的温湿度要求，最简便的方法就是要增加冷冻水量，降低冷冻水的供水温度，使得冷机的制冷效率下降，其它用户的冷量过剩，影响整个空调系统的节能效果。因此，公共建筑空调系统的节能工作应该通过现场分析，发现一些无谓的能量消耗问题和能效不高的问题，然后及时修正。
目前，建筑运行中存在的问题，除了与系统设计有关外，与系统的运行管理情况也密切相关。空调设备疏于清洗，过滤器、表冷器和冷凝器均有不同程度的堵塞现象，严重地影响了空调系统的正常运行；冷机的冷凝器水侧结垢，冷机COP下降。冷却水是开式系统，更容易有各种杂质进入，使冷机的冷凝器结垢，不仅会导致冷机的出力不足和COP值的下降，而且会影响冷机的使用寿命。
2.暖通空调系统节能措施
2.1精确计算设计负荷
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。有研究表明，在广州、上海等一些地区夏季室内温度每降低1℃或冬季提高1℃，暖通空调工程的投资约增加6%，其能耗将增加8%左右。对于舒适性空调，可用下面经验公式确定夏季室内允许的最低温度，既：tn=22+（tf-21）/3；式中tf为当地夏季室外通风设计温度。《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2001）也规定，夏季室内温度取26℃～28℃，冬季取16℃～18℃，设计时，在满足要求的前提下，夏季应尽可能取上限值，冬季尽可能取下限值。除了室内设计温度外，合理选取相对湿度的设计值以及温湿度参数的优化也是减小设计负荷的重要途径，特别是在新风量要求较大的场合，适当提高相对湿度，可大大降低设计负荷，另外要杜绝“大马拉小车”不节能现象。在设计中央空调系统时，因为往往不进行详细的负荷计算，而是采用负荷指标进行估算，并且出于安全的考虑，指标往往取得过大，结果造成了系统的冷热源、能量输配设备、末端换热设备的容量都大大的超过了实际要求，因此从实际负荷需求出发，对设计负荷精准计算不仅可以节省初投资，更是运行节能的重要前提。
2.2应用变水量系统变频调速技术
自上世纪八十年代以来得到了越来越广泛地应用，它通过均匀改变电机定子供电频率达到平滑地改变电机的同步转速。变频调整技术应用于制冷空调行业，在系统部分负荷条件下产生良好的节能效果。自90年代以来变频调速器在暖通空调行业逐渐被大家所认识并采用。
变频技术应用在空调水系统，就形成了变水量系统。在空调系统的水系统中，变频技术在水泵上的应用研究目前比较成熟，在冷水机组上的应用研究还主要集中在制冷量比较小的机组，虽然在国内一些大型冷水机组采用了变频，但是由于各种条件的限制没有被广泛采用。
2.3应用变风量系统
变风量空调系统是通过变风量末端装置调节进入房间的风量，并相应地调节空调机风量来适应系统的风量要求。全空气空调系统通过向空调房间输送足够数量的、经过一定处理的空气，用以吸收室内的余热和余湿，从而维持室内所需要的温度和湿度。变风量系统可以通过改变送到房间（或区域）风量的办法，来满足这些地方负荷变化的需要，同时整个系统的总送风量也是变化的。从而系统的总设计风量可以减少。这样，空调设备容量也可以减少，既可以节省设备费投资，也进一步降低了系统运行费用。
3.实例分析
南京图书馆是江苏省公共图书馆，是江苏省最大的文献宝库和文化事业发展的重要标志性工程。建成后的南京图书馆为全国第三大公共图书馆、国际图联成员馆。南京图书馆建设目标为高起点、高标准、国内一流、国际先进的综合性、现代化图书馆。
3.1空调系统节能设计
3.1.1冷热源
采用燃气型溴化锂吸收式冷热水机组为空调冷热源，机组配置有1000RT（3500kW）燃气型溴化锂吸收式冷热水机组2台和500RT（1740kW）燃气型溴化锂吸收式冷热水机组1台，冷媒水系统供回水温为7/12℃，冷却水系统供回水温度为32/38℃，热媒水系统供回水温度为60/52℃。图书馆计算中心采用计算机房专用风冷型恒温恒湿冷热风机组（机组额定工况冷量66kW，风量20 000m3/h，加湿量10kg/h）2台，善本库采用风冷型恒温恒湿冷热风机组（额定工况冷量62kW，风量12 000m3/h）2台。
3.1.2空调风系统设计
空调系统原则上按使用功能及防火分区划分为若干系统。多功能厅、阅览室、大厅、展厅、报告厅、书库等采用低速风道送风空调方式。办公、研究室、小会议室、教室等采用风机盘管加新风空调方式。善本库采用风冷型恒温恒湿冷热风机组，低速风道上送上回。计算中心采用计算机房专用风冷型恒温恒湿冷热风机组，气流组织方式为底送顶回。组合式空气处理机组采用初中效二级过滤，并设湿膜加湿器实现冬季加湿，善本库进风系统加设活性碳过滤器；书库用组合空气处理机组采用电加热再热方式实现温度湿度控制，电再热器与风机安全联动。
3.1.3空调水系统
空调水系统水管采用两管制，系统分若干回路负担不同区域，贯通各空调设备。由于建筑平面复杂，建筑体量大，空调水系统总体采用异程形式，首层及八层风机盘管空调器水系统采用同程形式。水系统采用异程形式的空气处理机组设动态平衡电动调节阀组。于集水器汇合的各路回水管均设平衡调节阀，备系统平衡初调节和各管路流量测量用，空调水系统采用设置于顶楼屋面的高位膨胀水箱实现系统定压和补水。
3.2节能管理措施
空气处理机组风机采用变频控制器实行季节性分阶段调节风量，以减少空调机组的能耗。空调水系统采用变水量运行方式，风机盘管空调器配设电动二通阀。空调机组配设电动调节与平衡阀组。分集水器间设压差控制阀。直燃型溴化锂冷热水机组燃烧器根据负荷需要无级变频调节，水泵与直燃型溴化锂冷热水机组根据负荷需要可自动调节运行台数。排风系统变频控制与台数控制相结合，过渡季节最大限度利用室外空气冷却。排风尽可能对向冷却塔进风部位。
3.3节能效果检验
工程投入使用后，空调系统在各季节使用效果良好，基本实现了之前设定的设计理念。各种节能技术、节能设备有机的结合和应用使南京图书馆成为舒适度高、能耗低的新型建筑。
5.结语
暖通空调系统在建筑节能中占据重要的位置，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。作为一个暖通专业的工作者，在空调系统的设计、管理过程中，均应对节能降消问题引起足够的重视，在各个环节中均应积极地争取挽回所有可能挽回的能量，并将能源消耗作为衡量系统优劣的一项重要指标。
参考文献：
[1]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2008[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.
[2]程忠平.既有公共建筑的能耗及节能潜力分析[J].武汉工业学院学报,2008,27(3):9 3～95.
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