暖通空调系统的节能问题分析
摘要：本文分析了现行暖通空调系统在节能方面存在的主要问题，提出了在暖通空调领域节能的方法与途径，从而实现大幅度节能，产生显著的环境效益和社会效益。
关键词：暖通空调系统建筑节能维护结构
0 引言
我国的节约能源法中指出，节能是指加强用能的管理，采取技术可行、经济合理以及环境和社会可以承担的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。节能还包括再生能源和新能源的开发利用。随着我国经济社会的快速发展，空调已比较普遍地应用于公共建筑和居民住宅，在改善人们生产生活条件的同时，也消耗了大量电能，能源和环境问题日益尖锐。
1 暖通空调领域节能的意义
随着经济的发展，我国建筑业发展迅猛，建筑能耗不断增加，建筑能耗已经占据社会总能耗的27％以上，有些地区已经接近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。随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，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，这势必造成能源供求矛盾的进一步激化。此外，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。对这些能源的大量使用，使得地球资源日益匮乏，同时也带来严重的环境问题，随着二氧化碳、氮氧化物、硫化物、烟尘等的排放增加，酸雨现象频繁发生，对生态环境和可持续发展造成了很大影响。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，如果采用节能技术，现有空调系统节能20％～50％是完全可能的。因此，在暖通空调系统中考虑节能意义重大。
2 暖通空调系统在节能方面存在的主要问题
2.1 暖通空调系统在设计管理方面存在的问题 暖通空调系统的设计对空调系统的节能有着重要的影响，然而，在实际工作中一些设计部门和设计人员并未给予足够的重视，加之工程设计周期普遍较短，以及一些技术性问题没有完全得到解决等原因，一些设计单位只求数量，忽视质量，使得按设计施工完的系统不仅投资大，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暖通空调能耗占建筑总能耗达60％。此外，随着对节能和环保要求的不断提高，新的技术方案不断涌现，每种技术方案往往都有各自的优缺点。面对众多的设计方案，由于考虑问题的角度不同，各方面的评价结果也往往不相同，甚至大相径庭；由于缺乏科学的、客观的设计方案评价方法，设计人员往往无所适从，如何在众多的设计方案中找到最合适的节能方案，是困扰暖通空调设计人员的重要课题。
2.2 暖通空调系统运行管理中的节能问题 在实际中，有些单位认为设计施工达标完成就可以了，因此不注意对暖通空调操作人员的培训，使得很多操作人员不具备必要的暖通空调基本理论常识，导致在系统实际运行中不懂得根据人员的变化、室外参数的变化和实际负荷进行相应的调节，即使进行调节，也具有随意性和滞后性，由此造成大量的能量浪费。据调查，同样一套系统，管理人员不同，系统的能耗大不相同，有的甚至相差50％以上。
3 暖通空调领域节能的途径与方法
3.1 改善建筑维护结构及其保温性能，减少冷热损失 建筑物及其围护结构对节能的影响主要有如下方面：
3.1.1 我们知道同样形状的建筑物，南北朝向比东西朝向冷负荷小，因此，合理的建筑物朝向的选择是一项重要的节能措施。
3.1.2 对于相同体积的建筑物，建筑物体形系数(S=F/V)越大，则其外表面积越大，通过围护结构的传热越多，空调冷负荷也越大。为节能起见，在建筑设计时应尽量控制S，如果出于造型和美观的要求需要采用较大S时，应尽量增加围护结构的热阻。
3.1.3 从建筑物的围护结构、墙、楼板、屋盖、地板等)传入室内的热量中，外窗的传热量和太阳辐射占围护结构的总传热量比例很大。因而要尽量减少外窗面积，并采取有效的遮阳措施，如选用特种玻璃、双层玻璃和窗帘或遮阳板等。
3.1.4 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。因此，提高建筑物保温性能是减少空调系统能耗的重要措施之一。以下措施可有效降低围护结构的传热系数，从而降低能耗。①合理控制窗墙比。窗墙面积比是影响建筑围护结构节能的主要因素。确定窗墙面积比要综合考虑多方面的因素，其中主要因素是不同地区冬夏季目照情况f目照时间、太阳总辐射强度、阳光入射角1、季风、室外温度、室内采光设计标准及外窗开窗面积等。一般外窗的保温性能比外墙差很多，窗墙面积比越大，暖通空调系统能耗越大。因此，应在保证自然采光的前提下合理控制窗墙面积比，一般北侧不大于25％，南侧不大于35％，东、西侧不大于30％。②采用新型墙体材料与复合墙体围护结构。在经济条件允许的前提下，采用墙体保温材料对其进行保温处理。建设部从2006年起全面推广墙体保温材料，包括聚氨酯材料、膨胀聚苯板、挤塑聚苯板等。另外，可在垂直外墙面设置阳台、挑檐等遮阳设施或采用浅色墙面、反射幕墙、植物覆盖等措施，对外墙进行太阳辐射隔离处理。为降低太阳辐射热，可采用架空屋顶、通风屋顶、蓄水屋顶、浅色屋顶、种植屋顶、冷屋顶等。种植屋顶即在屋顶种植绿色植物，既可遮阳、隔热，又能通过植物的光合作用消耗转化部分热量，也起到了美化环境作用。③采用气密性好的门窗以减少空调房间冷(热)量渗漏，通过改进门窗结构，提高门窗气密性，可有效防止室内热量的散失。其中，加设密闭条是提高门窗气密性的有效手段。
3.2 采用变频调速技术进行节能 输配系统承担的任务是将冷热量及新风从制冷站或空调机房输送到房间。与住宅和一般性非住宅建筑不同，特别是大型公共建筑在暖通空调电力消耗中，60～70％由输送和分配冷量、热量的风机、水泵所消耗。这是导致此类建筑能源消耗过高的主要原因之一。目前建筑系统中风机水泵的电力消耗包括集中供冷(热)系统水泵电耗占我国城镇建筑运行电耗的10％以上，而这部分电耗有可能降低60～70％，因此，也应是建筑节能的重点，尤其是大型公共建筑节能的主要途径。随着变频技术的成熟，空调系统中的输配设备，如水泵、风机等，越来越多地采用这种技术进行节能。
3.3 减少输送系统的动力能耗 动力能耗主要是指空调系统运行中风机和水泵所消耗的电能，采用科学的方法使之降低对整个空调系统的节能有十分重要的意义。在工程设计与实践中常采用以下方法减少动力能耗：
3.3.1 水系统采用大温差。加大空调冷冻水系统及冷却塔水系统的工作温差，可以减少水量，以降低其输送能耗，同时可以减小管径，节约初投资。但要注意影响冷冻机换热面积的大小，冷冻机COP的高低，冷却塔造价的变化以及AHU(空气处理机组)内盘管排数的变化。提高送风系统的温差。与水系统一样，当采用冰蓄冷技术时，由于供水温度低，送风温度也下降，使送风的温差增加，即低温送风方式。通过专门的诱导型风口直接送风或利用末端装置内风机混合，以满足入室送风温度。国内已有很多实践经验，低温送风可以减小风管及输送动力，但风管的保温应予加强，末端送风装置亦应防止结露。
3.3.2 低流速。水泵和风机的功耗与管路系统中流速的平方成正比，采用低流速能取得较好的节能效果，且有利于提高水力工程的稳定性。