鄧偉雄

(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院,廣州510010)

0 引言

建筑能耗約占我國(guó)全社會(huì)總能耗的30%,其中空調(diào)與采暖能耗約占建筑總能耗65%。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,這一比例還在不斷上升。據(jù)預(yù)測(cè),到2020年,我國(guó)城鄉(xiāng)還將新增建筑300億平方米。隨著居民生活水平的提高,建筑用能將快速增長(zhǎng),預(yù)計(jì)將增加到全社會(huì)用能總量的40%左右,如果加上原材料的運(yùn)輸和損耗等,可能50%的一次能源消耗在建筑上,建筑用能將成為最主要的用能領(lǐng)域。

節(jié)能和建筑節(jié)能的核心是提高能源利用效率。自從1973年發(fā)生世界性的石油危機(jī)以后的30多年來(lái),發(fā)達(dá)國(guó)家建筑節(jié)能的說(shuō)法已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:最初是 “在建筑中節(jié)省能源”(Energy saving in buildings);后來(lái)即改為 “在建筑中保持能源”(Energy conservation in buildings),含意是減少建筑中的能源散失;近幾年來(lái)則普遍稱(chēng)為 “提高建筑中的能源利用效率” (Energy efficiency in buildings),也就是說(shuō),并不是消極意義上的節(jié)省,而是從積極意義上提高利用效率。在我國(guó),現(xiàn)在雖仍統(tǒng)稱(chēng)為建筑節(jié)能,但其含義應(yīng)該進(jìn)到第三層意思,即在建筑中合理使用和有效利用能源,不斷提高能源利用效率;而最新含意的建筑節(jié)能,是走向低碳建筑、綠色建筑。

我國(guó)建筑節(jié)能潛力很大,建筑能耗的2/3～3/4可通過(guò)科學(xué)合理的建筑節(jié)能技術(shù)措施降下來(lái)。如何實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能?世界各國(guó)近幾年均加大了在節(jié)能方面的投入力度:

1)建立相應(yīng)的政府管理機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu),建立公共財(cái)政體制下政府支持節(jié)能的運(yùn)行框架,把節(jié)能、提高能源效率所需的資金納入國(guó)家的財(cái)政預(yù)算、制定頒布激勵(lì)節(jié)能的政策等,把節(jié)能剛性地納入到國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的管理之中;

2)積極開(kāi)發(fā)節(jié)能和建筑節(jié)能技術(shù),包括應(yīng)用提高能源效率的設(shè)備和系統(tǒng),開(kāi)發(fā)利用可再生能源等;

3)積極開(kāi)發(fā)推廣節(jié)能評(píng)價(jià)與標(biāo)識(shí)認(rèn)證體系,也成為各國(guó)重視采取的建筑節(jié)能手段之一。

空調(diào)節(jié)能是建筑節(jié)能重點(diǎn)內(nèi)容,本文結(jié)合筆者多年從事空調(diào)工程設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)和體會(huì),探議建筑節(jié)能中的空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì),旨在與專(zhuān)業(yè)同仁相互交流和討論,以不斷提高建筑節(jié)能及空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)水平。

1 關(guān)于建筑節(jié)能

建筑節(jié)能涉及從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、報(bào)廢的整個(gè)建筑生命周期,建筑節(jié)能要從建筑生命周期的角度來(lái)考慮。從建筑設(shè)備和建筑本身挖掘潛力的同時(shí),建筑的使用者也發(fā)揮著重要的作用,可通過(guò)對(duì)舒適性要求和建筑功能用途的適當(dāng)調(diào)整,以及有節(jié)能意識(shí)的運(yùn)行管理,可以大大減少建筑的能源消耗和投資。

綜合設(shè)計(jì)優(yōu)化出整體性的解決方案,將建筑中用戶(hù)的使用要求和自然界的可再生清潔能源的利用有機(jī)地結(jié)合在一起。新的趨勢(shì)集中在:通過(guò)高質(zhì)量的設(shè)備和建筑構(gòu)件之間的全面協(xié)同,盡可能地減少黑色能源和灰色能源的使用,同時(shí)盡可能多地利用可再生清潔能源。

(1)規(guī)劃階段

在建筑規(guī)劃階段即考慮建筑節(jié)能,包括:從節(jié)能角度進(jìn)行建筑選址,建筑能源規(guī)劃,開(kāi)發(fā)盡量高土地使用率的建筑;對(duì)以后的建筑設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、管理有一個(gè)節(jié)能的方案。

(2)設(shè)計(jì)階段

細(xì)化規(guī)劃階段的要求,以達(dá)到實(shí)施建筑節(jié)能的目的,包括:合理選擇建筑能源,其中積極使用可再生能源;合理確定建筑熱工設(shè)計(jì);選取節(jié)能建筑材料 (采用隔熱絕熱、當(dāng)?shù)鼗?、快速可再生材、?jié)能認(rèn)證材料等);選取高能效的建筑設(shè)備;合理設(shè)計(jì)室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量,包括 “合理設(shè)計(jì)建筑采光和照明系統(tǒng),合理設(shè)計(jì)建筑HVAC系統(tǒng),合理設(shè)計(jì)建筑自動(dòng)控制系統(tǒng);”;積極采用節(jié)能創(chuàng)新技術(shù);積極采用適合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境、使用習(xí)慣等要求的建筑設(shè)備系統(tǒng)。

(3)施工階段

首先要求施工要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的要求完成節(jié)能設(shè)計(jì)的施工;其次就是要求施工階段自身的節(jié)能,即節(jié)能施工?？刹扇〉拇胧┌?制定詳細(xì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求和施工過(guò)程節(jié)能方案;有一個(gè)既熟知建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范又工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的施工監(jiān)理團(tuán)隊(duì)監(jiān)督施工。

(4)調(diào)試與驗(yàn)收階段

調(diào)試與驗(yàn)收階段可采取的措施有:聘請(qǐng)專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)實(shí)施調(diào)試;建筑能效測(cè)評(píng)與審計(jì),采用全能耗模擬軟件或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的手段來(lái)審核建筑節(jié)能;建筑節(jié)能工程的驗(yàn)收,須嚴(yán)格遵守 《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》。

(5)運(yùn)行階段

運(yùn)行階段可采取的措施有:交由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行運(yùn)行管理;采用有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷功能的自動(dòng)控制系統(tǒng)加強(qiáng)節(jié)能運(yùn)行管理。

(6)翻新或報(bào)廢階段

報(bào)廢階段可采取的措施有:查看結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)備等,可再回收利用或經(jīng)過(guò)維修可再回收利用的要回收利用,對(duì)環(huán)境有污染或達(dá)不到節(jié)能要求的要報(bào)廢。

2 空調(diào)工程節(jié)能技術(shù)

空調(diào)工程節(jié)能宜按建筑物空調(diào)系統(tǒng)生命周期各環(huán)節(jié)的技術(shù)來(lái)劃分,在各階段可考慮采用的節(jié)能技術(shù)有:

(1)方案設(shè)計(jì)階段

空氣源熱泵技術(shù);地源熱泵技術(shù);太陽(yáng)能空調(diào)技術(shù);高效冷熱源制冷、制熱技術(shù);蓄能空調(diào)技術(shù);冷熱電聯(lián)供技術(shù);水泵節(jié)能技術(shù)、風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù);熱回收技術(shù);大溫差中央空調(diào)技術(shù);變風(fēng)量空調(diào)技術(shù);低溫送風(fēng)技術(shù);分層空調(diào)技術(shù)。

(2)施工、調(diào)試與驗(yàn)收階段

節(jié)能施工技術(shù);全能耗模擬軟件;能耗測(cè)評(píng)與審計(jì)的技術(shù)項(xiàng)目;

(3)運(yùn)行階段

節(jié)能運(yùn)行管理技術(shù);實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù);自動(dòng)控制技術(shù);自動(dòng)診斷技術(shù);

(4)翻新或報(bào)廢階段

廢件回收利用技術(shù);舊系統(tǒng)改造技術(shù);廢棄物處理技術(shù)。

3 空調(diào)工程節(jié)能設(shè)計(jì)

空調(diào)工程節(jié)能設(shè)計(jì)按工程設(shè)計(jì)步驟,應(yīng)將實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)貫穿于設(shè)計(jì)的全過(guò)程,具體要求有以下幾大方面:

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)確定

建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度、濕度、新風(fēng)量應(yīng)滿(mǎn)足節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求;

建筑熱工設(shè)計(jì)應(yīng)在相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)值以?xún)?nèi),不符合的應(yīng)按照現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行維護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的權(quán)衡判斷,必要時(shí)應(yīng)提請(qǐng)建筑師修改建筑熱工設(shè)計(jì),以達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)要求;

建筑耗熱量或耗冷量指標(biāo)應(yīng)在相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的限值以?xún)?nèi),不符合的應(yīng)按照現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行權(quán)衡判斷。

3.2 負(fù)荷計(jì)算

空調(diào)施工圖設(shè)計(jì)階段,對(duì)每一空調(diào)房間或區(qū)域必須進(jìn)行逐項(xiàng)逐時(shí)的冷負(fù)荷計(jì)算;空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷必須按照不同系統(tǒng)類(lèi)型用不同的計(jì)算方法;新風(fēng)冷負(fù)荷怎么算,也因系統(tǒng)型式而定。

應(yīng)根據(jù)空調(diào)區(qū)人員的群集情況和設(shè)備與照明的同時(shí)使用率,以及所服務(wù)空調(diào)區(qū)的同時(shí)使用情況、空調(diào)系統(tǒng)的類(lèi)型及調(diào)節(jié)方式等,按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定計(jì)算確定空調(diào)室內(nèi)熱源形成的冷負(fù)荷。

在下列情況下宜采用通過(guò)國(guó)際驗(yàn)證的計(jì)算機(jī)模擬軟件對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算和分析:

(1)需要對(duì)空調(diào)方案進(jìn)行能耗和投資等經(jīng)濟(jì)分析時(shí);

(2)采用利用熱回收裝置回收冷熱量、利用室外新風(fēng)作冷源調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、冬季利用冷卻塔提供空調(diào)冷水等節(jié)能措施,需要計(jì)算節(jié)能效果時(shí);

(3)采用蓄熱蓄冷裝置,需要確定裝置的容量時(shí)。

3.3 空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

夏季須設(shè)空調(diào)的建筑,當(dāng)空調(diào)房間 (空調(diào)區(qū))存在較大內(nèi)區(qū)需要常年供冷時(shí),應(yīng)根據(jù)室內(nèi)進(jìn)深、朝向、分隔、樓層以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素劃分內(nèi)、外區(qū),并按內(nèi)、外區(qū)分別設(shè)置空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)或末端。

空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì),應(yīng)根據(jù)建筑物的用途、規(guī)模、使用特點(diǎn)、負(fù)荷變化情況與參數(shù)要求、所在地區(qū)氣象條件與能源狀況等,經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選擇確定空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng);并應(yīng)優(yōu)先選擇能耗低、經(jīng)濟(jì)性好的空調(diào)系統(tǒng)。使用時(shí)間、溫度、濕度等要求條件不同和新風(fēng)比相差懸殊的空調(diào)區(qū),不宜劃分在同一個(gè)定風(fēng)量全空氣空調(diào)系統(tǒng)中。當(dāng)全空氣空調(diào)系統(tǒng)必須服務(wù)于不同新風(fēng)比的多個(gè)空調(diào)區(qū)域時(shí),不應(yīng)采用新風(fēng)比最大區(qū)域的數(shù)值作為系統(tǒng)的總新風(fēng)比,應(yīng)按公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行計(jì)算確定。

集中空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)采用便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制,并根據(jù)建筑功能和系統(tǒng)類(lèi)型選擇確定自動(dòng)監(jiān)控的參數(shù)內(nèi)容和調(diào)節(jié)控制方式?？照{(diào)風(fēng)系統(tǒng) (包括空氣調(diào)節(jié)機(jī)組)應(yīng)滿(mǎn)足下列基本監(jiān)控要求:

(1)空氣溫、濕度的監(jiān)測(cè)和控制。

(2)定風(fēng)量全空氣空調(diào)系統(tǒng)宜采用變新風(fēng)比焓值控制。

(3)采用變風(fēng)量系統(tǒng)時(shí),風(fēng)機(jī)應(yīng)采用變速控制。

(4)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及故障報(bào)警。

(5)過(guò)濾器超壓報(bào)警及顯示。

(6)應(yīng)為節(jié)能監(jiān)測(cè)專(zhuān)門(mén)設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)備的用電量獨(dú)立計(jì)量裝置。

3.4 氣流組織設(shè)計(jì)

風(fēng)口的選擇和布置應(yīng)依據(jù)建筑物的內(nèi)部條件、功能、供冷和供暖系統(tǒng)方案、人員活動(dòng)區(qū)可能形成的流場(chǎng),以及可供選擇的風(fēng)口形式等綜合因素確定。

對(duì)于高大空間的氣流組織設(shè)計(jì),從節(jié)能考慮應(yīng)優(yōu)先采用分層空調(diào)技術(shù),工程設(shè)計(jì)宜在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行計(jì)算機(jī)氣流組織 (CFD)模擬,以此來(lái)輔助設(shè)計(jì),并對(duì)送、回風(fēng)口的形式、位置等進(jìn)行流場(chǎng)節(jié)能優(yōu)化。

3.5 冷熱輸配系統(tǒng)設(shè)計(jì)

施工圖設(shè)計(jì)階段,應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行空調(diào)冷熱水系統(tǒng)的水力平衡計(jì)算,并作為選擇冷熱源設(shè)備、輸配設(shè)備、空氣處理末端設(shè)備、自控和調(diào)節(jié)閥門(mén)等的計(jì)算依據(jù)。

空調(diào)冷水的供、回水設(shè)計(jì)溫差不應(yīng)小于5℃。在保證技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的前提下,宜盡量加大冷水供回水溫差,也就是采用冷凍水大溫差技術(shù),這有利于降低水系統(tǒng)的輸配能耗;設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)的冷 (熱)量計(jì)量裝置,是實(shí)現(xiàn)空調(diào)設(shè)計(jì)節(jié)能的技術(shù)措施之一,工程設(shè)計(jì)上應(yīng)符合下列要求:

(1)采用區(qū)域性冷源和熱源時(shí),在每棟公共建筑的冷源和熱源人口處,應(yīng)設(shè)置冷量和熱量計(jì)量裝置;

(2)公共建筑內(nèi)部宜按經(jīng)濟(jì)核算單位分別設(shè)置冷量和熱量計(jì)量裝置。

節(jié)能設(shè)計(jì)要求空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的作用半徑不宜過(guò)大,應(yīng)合理選用空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī):

(1)風(fēng)機(jī)壓頭和空氣處理機(jī)組機(jī)外余壓應(yīng)依據(jù)水力計(jì)算結(jié)果來(lái)確定,不應(yīng)選擇過(guò)大。

(2)應(yīng)采用高效率 (至少在52%以上)的風(fēng)機(jī)和電機(jī)。

(3)從節(jié)能設(shè)計(jì)考慮宜優(yōu)先選用直聯(lián)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)。

3.6 系統(tǒng)冷 (熱)源設(shè)備的選擇

選擇空調(diào)冷 (熱)源、冷 (熱)水機(jī)組時(shí),不僅要考慮機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷的COP值,還要考慮部分負(fù)荷的COP值,綜合性能系數(shù) (IPLV)和部分負(fù)荷非標(biāo)性能系數(shù) (NPLV)來(lái)考量全年的綜合能效。制冷 (熱)機(jī)組的單臺(tái)容量及臺(tái)數(shù)的選擇,應(yīng)根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷全年變化規(guī)律及系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)來(lái)確定。居住建筑除特殊要求外,一般不考慮采用集中冷(熱)源的空調(diào)。

3.7 系統(tǒng)保冷與保溫

空調(diào)系統(tǒng)管道設(shè)備的保冷 (保溫,)也是空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容,空調(diào)冷、熱水管道絕熱層厚度的計(jì)算應(yīng)按下列原則進(jìn)行:

(1)單冷管道應(yīng)按防結(jié)露方法計(jì)算保冷層厚度,再按經(jīng)濟(jì)厚度法核算,對(duì)比后取其較大值。

(2)單熱管道應(yīng)采用經(jīng)濟(jì)厚度法計(jì)算保溫層厚度。

(3)冷熱合用管道,應(yīng)分別按冷管道與熱管道的計(jì)算方法計(jì)算絕熱厚度,對(duì)比后取其較大值。

4 結(jié)語(yǔ)

節(jié)能和建筑節(jié)能是大勢(shì)所趨,空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重點(diǎn)環(huán)節(jié)和重點(diǎn)內(nèi)容,空調(diào)節(jié)能新技術(shù)及新設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用日新月異,作為暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工程師的我們應(yīng)與時(shí)俱進(jìn),在讓空調(diào)節(jié)能技術(shù)步入低碳時(shí)代的綠色建筑中有所作為。

[1]采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)規(guī)范GB50019-2003[S]

[2]公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB50013-2005[S]

[3]英國(guó)建筑服務(wù)研究及信息協(xié)會(huì)http://www.bsria.co.uk[N]