高层建筑暖通空调设计探析

摘要：高层建筑节能是技术性和政策性很强的系数工程，我国实施的时间不长，整体发展水平不高，存在着新执行的节能标准比例比较低，北方快，南方慢。而空调系统高能耗问题逐渐突出，进行关于高层建筑空调系统能耗状况以及节能技术在高层建筑空调系统中节能潜力的研究是十分必要的。本文在分析了高层建筑暖通空调高能耗的主要原因，探讨了暖通空调系统节能设计的措施，最后就高层建筑空调系统变流量节能的应用进行探讨。
关键词：暖通空调 节能设计 措施
随着我国城市化进程的加快，近几年来建筑行业已得到飞速的发展。现代，由于人们生活水平的提高，人们越来越关注室内空气品质，因此，暖通空调系统受到特别的重视。文章结合高层建筑，从设计参数、空调冷热源系统、空调系统、通风防排烟系统、控制系统等几个方面对本工程的暖通空调系统进行介绍。

1 建筑设计合理是空调节能设计的前提

从高层建筑运行能耗角度看，不能以降低热环境质量来换取节能效果，也不能以牺牲室内空气质量为代价获取节能效果。提高建筑物围护结构的保温隔热性能，是节能设计最重要的措施。建筑物围护结构的性能直接影响着空调房间的冷(热)负荷。据有关资料介绍， 围护结构传热系数K值增大1W／(m2K)，则空调设计计算负荷增加30％。因此，为了降低空调设备能耗， 首先建筑专业应尽可能设计保温性能良好的建筑物围护结构。我国在《采暖通风与空气调节设计规范》中对围护结构的最大传热系数提出了相应的限制，具体措施归纳如下：
缩小建筑物窗户面积，控制窗墙比=窗面积／墙面积(含窗)≤0.45。南方地区夏天炎热建议南方地区对朝东西向的建筑物窗墙比应控制在0.35，朝南北向的控制在0.45；用吸热玻璃、反射玻璃、双层玻璃，杜绝使用单层白玻；窗户采用内、外遮阳。增加外遮阳对夏季冷负荷或供冷量减少十分有利；改善外墙屋顶的保温性能，采用热容量大的隔热材料，屋顶可设置通风屋面、遮荫棚、屋顶花园、喷水设施等。

2 高层建筑空调设计的节能措施

从节能角度出发来确定室内温、湿度标准是节能的重要因素。空调系统空气处理过程中可以看出，夏季室内温度愈低，相对湿度愈低，系统设备能耗愈大；冬季室内温度愈高，相对湿度愈高，系统设备能耗愈大；相应地初投资和运行费用也随之增大。空调系统耗能大小除与当地室外气象参数、建筑物的护结构及室内发热散湿量有直接关系外，室内设计温、湿度标准也是直接影响冷负荷大小的重要因素。在保证人体健康与舒适性的前提下，夏季室温每升高1℃，节省的冷负荷是很可观的。在原室内设计温度时护结构的传热量Q1=FxKAt1，kW／h，若改变室内设计温度后，护结构的传热量为Q2=FxKAt2 kW／h，将以上两个情况进行比较，则Q1：Q2=△t2：△t1；，得Q2=（△t2／△t1)xQ1

2.2控制与正确利用室外新风量

控制与正确利用室外新风量是空调系统最有效的节能措施之一。对于夏季需供冷、冬季需供热的空调房间，室外新风量越大，系统能耗越大。空调系统冬夏取用的最小新风量， 是根据人体卫生条件要求，用于稀释有害物、补偿局部排风，保证空调房间一定正压值而制定的。我国在《采暖通风与空气调节设计规范》中，根据房间用途不同、吸烟情况不同，改变过去全用每人每小时30 m3新风的规定，而提出了既合理又节能的数值。
为将系统中的新风量减少到最少程度，应当禁止在空调环境内吸烟。当吸烟者按正常速度吸烟时，从吸烟者自身并伴随其动作而发生的平均CO2气体发生量几乎比非吸烟者多一倍。为保障非吸烟者和吸烟者的健康，在不得不允许吸烟的场合，空调系统要增加很多新风量。所以在空调房间内应做到不吸烟。
此外，冬季和过渡季节，对于那些室内周边负荷影响小而内区发热量较大的建筑，如大商店、会堂、剧场等，室内需供冷风。要充分利用室外新风具有的冷量，可全部引入室外新风，推迟人工冷源使用时间，减少人工冷源的能耗。

2.3 减少输送系统的动力能耗

动力耗能是空调系统总耗能的两大部分之一，主要指系统运行中风机和水泵所耗的电能。从风机和水泵的轴功率计算公式N=qvp／μ知道，要减少功耗可从三个方面来考虑：减少流量、降低系统阻力和提高风机、水泵的效率。在工程实践中可采纳以下措施。

2.3.1采用大温差的供回水

如果系统输送冷热能用的水(或空气)的供回水(或送回风)温差采用较大值，当它与原温差的比值为m时，采用大温差时的流量将为原流量的1／m3。由此而见，采用大温差节能是明显的。设计时，在考虑满足空调精度、人员舒适和工艺要求的前提下，应尽可能加大送风温差和供回水温差，但供回水之间的温差不超过8℃ 。

2.3.2 选用低流速

由于水泵和风机所需的功耗大致与管路系统中流速的平方成正比关系，因此，要取得节能的运行效果，在设计和运行时尽量采用低流速。而且，干管中采用低流速还有利于系统的水力工况的稳定性。

2.3.3利用自然冷源

由于建筑室内的人员照明灯光、电脑设备散热量的影响，在春秋季当室外空气温度较低时室内空气温度仍然较高，仍需要供冷，尤其是没有外墙、外窗的内区房间，即使在寒冷的冬季，由于室内的散热量没有途径散发到室外，室内仍需供冷，此时若开启冷机供冷,不仅由于此时冷负荷较小，冷机制冷系数较低、能耗大，而且极不合理。较常见且容易利用的自然冷源主要有以下两种：
（1）地下水春秋季和冬季的室外冷空气由于地下水常年保持在18℃左右的温度，所以地下水不仅能在夏季作为冷却水为空调系统提供冷量，而且冬季还可利用水源热泵机组为空调系统提供热量。
（2）室外冷空气春秋季和冬季的的室外空气温度较低，可用于空调系统供冷。例如，北京春秋季的

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室外空气温度一般低于15℃，冬季室外空气湿球温度一般低于0℃，这种温度下的空气是较好的冷源，可用于空。

2.3.4从排风中回收热量

在建筑空调负荷中，新风负荷所占比例较大。在国外，新风负荷一般占总负荷的20～30%，因此，利用热交换器回收排风中的能量，节约新风负荷是空调节能的一项有力措施。如果在排风中设置热交换器（如转轮式全热交换器），最多可节约70～80%的新风能耗，相当于节约10～20%空调负荷。据日本空调学会提供的计算资料表明，若以单风道定风凉空调系统为基准，加装全热交换器后，冬季1月份可节省加热量约50%，夏季8月份可节省冷量25%

2.3.5采用变风量(V)空调方式

对一些负荷变化和人员流动较大的而开间又较多的公共场所，如对于大、中型高层建筑中的商场、多功能厅、卡拉OK厅等，采用定温度、变风量空调方式，使送风量随室内负荷的增减而变化，并且因无再热损失和非峰值负荷时送风量减少而节省动力消耗。根据粗略测定，当风量是满负荷设计风量的50％ 时，运行电流约减少26.5％，因而全年的送风动力比定风量方式小得多，加上没有冷、热抵消，节能效果好。变水量空调系统是将水系统的调节方式设计成定温度、变流量，使换热设备的供水量和系统的循环水量随空调负荷的变化而增减。变水量系统的节能关键是对水泵的运行控制。目前水泵的运行控制多采用台数控制、转速控制、台控与转控合用等3种方式，其中水泵转速控制的最新技术是采用变频调速。
3 结论
空调节能涉及到诸多因素，是一项系统工程，对国民经济的发展产生很大影响。节能标准应依靠科学技术进步，提高建筑热工性能和空调设备的能源利用效率，不断提高建筑热环境质量降低单位建筑面积能耗，随着新技术和新材料的诞生与应用，关于空调节能的研究与应用技术也将不断发展。在此，变频调节、水源热泵、冰蓄冷、太阳能和空调系统的智能控制等在空调节能方面将得到更深入的应用。
参考文献:
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