黃亞林

（武漢市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430021）

1 公共建筑暖通空調(diào)自動系統(tǒng)設(shè)計的原則

1.1 日常舒適的原則

公共建筑的設(shè)計主要的目的就是為了更好地服務(wù)于人民。特別是隨著當(dāng)前人們對生活物質(zhì)的需求日益提高，公共建筑既要具備較好的采光，同時，色彩搭配也要符合人們的審美要求，保證環(huán)保健康，這也是人們對公共建筑最根本的需求。為了達(dá)到以上目標(biāo)，公共建筑暖通空調(diào)設(shè)計人員要進(jìn)行綜合考慮，在將能源消耗降低的同時，重視室內(nèi)溫度、濕度的合理性，增強人們的舒適感。

1.2 節(jié)能原則

社會的快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的不斷增長，暖通空調(diào)系統(tǒng)不管是在結(jié)構(gòu)方面，還是在設(shè)計上，對能源的需求量較多，而由此引發(fā)的環(huán)保問題也日益突出。所以，設(shè)計人員要對暖通空調(diào)系統(tǒng)工作原理、功能性充分了解，堅持綠色節(jié)能設(shè)計理念，對溫度進(jìn)行調(diào)整，在保證系統(tǒng)功能充分發(fā)揮的同時，將能源消耗降到最低值，以免暖通空調(diào)運行時大量能源的損耗，減少資源的浪費。在具體設(shè)計環(huán)節(jié)可以使用高效節(jié)能的技術(shù)及設(shè)備，制定完善的方案，科學(xué)合理簡化整個系統(tǒng)流程，在施工成本方面嚴(yán)格控制。

1.3 合理性原則

公共建筑暖通空調(diào)自動系統(tǒng)設(shè)計過程中，因地制宜以及合理性是保證方案高效實施的基礎(chǔ)。設(shè)計方案時，要對設(shè)備安裝條件、環(huán)境等系統(tǒng)化地分析，具備環(huán)保性、合理性、可行性，保證綠色環(huán)保理念全面落實。

2 公共建筑暖通空調(diào)自動系統(tǒng)與節(jié)能運行案例分析

2.1 案例工程概況

為了更好地了解當(dāng)前公共建筑暖通空調(diào)自動系統(tǒng)設(shè)計以及節(jié)能運行的具體情況，針對某大型商場暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了分析，此商場在具體建設(shè)過程中，結(jié)構(gòu)安全等級是1級，建筑面積是50.01萬平方米，占地面積是28.367萬平方米，整個商場建筑總高度達(dá)到了98.79m，每層高度是3m，建筑整體為剪力墻結(jié)構(gòu)，在建筑外部位置增設(shè)了幕墻。

2.2 空調(diào)冷熱源系統(tǒng)

在對負(fù)荷進(jìn)行計算后，此商場空調(diào)溫度覆蓋面達(dá)到了25.33萬平方米，最大冷負(fù)荷高達(dá)9155kW，空調(diào)計算后的最大熱負(fù)荷為371kW?？照{(diào)冷源主要是由多個機組共同完成，其中主要包括離心機、螺桿機、熱泵除溫機等，保證制冷系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定、靈活運行。冷卻塔使用的是橫流式玻璃鋼，同時，水冷螺桿式-水熱泵機組有熱回收功能，如果機組出現(xiàn)超負(fù)載運行，可免費使用1288kW×2熱量的熱水?？照{(diào)熱源使用的是空調(diào)熱水鍋爐，制熱量達(dá)到了2330kW?？照{(diào)板式換熱器換熱量為2880kW，供回水溫度可以達(dá)到60℃左右。

2.3 空調(diào)水系統(tǒng)

在建筑頂樓、裙樓處安裝了空調(diào)冷熱水系統(tǒng)，主要使用的是兩管制一次泵變流量系統(tǒng)，頂樓使用異程回水的方法，裙樓應(yīng)用的是支管同程回水方法。通過一次泵變流量系統(tǒng)調(diào)整冷熱水，冷凍水供水以及回水總管道位置設(shè)計了流量控制器，在冷卻水使用時，由變頻變流量及時控制。冬季空調(diào)熱水使用變頻變流量來進(jìn)行控制，同時，將智能控制器安裝在鍋爐上，供水時的溫度、流量可以在合理控制下調(diào)整，確保鍋爐供熱量、建筑需要的熱量始終保持一致性。

2.4 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

在大廳、商業(yè)區(qū)等一些較大面積的場區(qū)內(nèi)，會使用全空氣空調(diào)系統(tǒng)，氣流組織設(shè)計成頂送、側(cè)送，回風(fēng)較為集中。立柜式風(fēng)機使用的是變頻風(fēng)機，風(fēng)道安裝了低速單風(fēng)道定風(fēng)量系統(tǒng)，在回風(fēng)管的位置安裝了電動對開多葉調(diào)節(jié)器，日常將新風(fēng)及回風(fēng)對開調(diào)節(jié)器打開，在冬季或者夏季的時候，結(jié)合送風(fēng)溫度對電動二通器進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，同時以CO2濃度作為重要參考對閥門進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，如果處于季節(jié)過渡段，可會將全新風(fēng)運行模式開啟。針對一些較小面積的區(qū)域，使用的是風(fēng)機盤管與獨立新風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合的方法，將電動二通閥安裝在回水管上，上面送風(fēng)，下面回風(fēng)。

2.5 空調(diào)自控系統(tǒng)

空調(diào)自控系統(tǒng)中主要包括通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)冷源、空調(diào)機組與新風(fēng)機組、空調(diào)系統(tǒng)熱源四部分。其中通風(fēng)系統(tǒng)具備控制通風(fēng)機啟動與停止、顯示風(fēng)機運行情況以及故障；空調(diào)系統(tǒng)冷源系統(tǒng)中，制冷機房會對情況實時顯示，運用傳感器及時找出問題，發(fā)出故障信號；記錄冷水溫度、壓力以及流量，冷水泵變頻變流量主要是由流量旁通閥控制器進(jìn)行控制；空調(diào)機組與新風(fēng)機組主要控制風(fēng)機變頻，將不同空調(diào)機組參數(shù)情況顯示，如果發(fā)現(xiàn)問題會在第一時間將故障查出；空調(diào)系統(tǒng)熱源方面主要控制鍋爐出水的溫度，掌握設(shè)備溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)，進(jìn)而控制系統(tǒng)分臺數(shù)，流量以及熱量數(shù)據(jù)的顯示、記錄主要是由鍋爐智能控制器完成，在冬季，如果室外空氣溫度發(fā)生了變化，熱水泵變頻變流量會及時進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而保證鍋爐內(nèi)供熱量和建筑物需要的熱量保持統(tǒng)一。

3 公共建筑暖通空調(diào)自動系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計措施

3.1 精確負(fù)荷計算

在對公共建筑暖通空調(diào)自動系統(tǒng)的設(shè)計過程中，應(yīng)該將室內(nèi)空氣溫度以及溫度相關(guān)參數(shù)作為重點，在將這些數(shù)據(jù)確定后，才能保證負(fù)荷計算更加精準(zhǔn)。夏季，如果室內(nèi)溫度降低了1℃，冬季室內(nèi)溫度上升1℃時，便會增加公共建筑暖通空調(diào)成本，大約在6%左右，同時，能源的消耗大約會增加8%左右。所以在夏季時，有效調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度是可以將能源消耗控制在合理范圍內(nèi)的，具體計算時可采用以下公式：tn=22+(tf-21)/3，公式中所提及的tf指需要計算的區(qū)域在夏季的時候室內(nèi)溫度數(shù)值。如果tf=32℃的時候，將其帶入公式進(jìn)行計算，進(jìn)而得出了相應(yīng)的等式tn=22+(32-21)/3=25.6℃，由此可以得出公共建筑暖通空調(diào)自動系統(tǒng)若是調(diào)節(jié)到26℃是最佳的狀態(tài)，并且符合國家所規(guī)定的《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，在此規(guī)定中明確指出了夏季溫度保持在26～28℃。為確保公共建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的科學(xué)性、合理性、高效性，要以公共建筑舒適度作為重要基準(zhǔn)以及前提條件，在夏季合理選擇上限值，而在冬季則要科學(xué)選用下限值，以此為重要標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格調(diào)節(jié)以及控制空調(diào)系統(tǒng)，優(yōu)化溫度及濕度參數(shù)，在濕度計算方法的選擇上要合理，避免出現(xiàn)環(huán)境、空間需求與能源使用不匹配情況的發(fā)生。

3.2 優(yōu)化變水量系統(tǒng)

在科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展背景下，變頻技術(shù)逐漸趨于成熟，應(yīng)用的范圍也越來越廣，特別是在空調(diào)系統(tǒng)水系統(tǒng)水泵中發(fā)揮了非常重要的作用。冷水機組常使用于要求制冷量較小的空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部。當(dāng)前變水量系統(tǒng)創(chuàng)新與優(yōu)化以及在節(jié)能方面的作用還有很大的提升空間，由于受到多種因素的影響，只有部分空調(diào)使用了大型冷水機組變頻，所以要想實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)能設(shè)計的不斷優(yōu)化，可將重點放在機房設(shè)計方面，比如，將冷凍水大溫差能耗量降低，可以采用水泵定律，在對冷凍水大溫差能耗進(jìn)行分析的時候，結(jié)合水泵定律，將能耗功率和水量保持立方比，水泵揚程和水量則保持平方比。功率、水量、揚程間關(guān)系則表示成：

式中，Y表示的是水泵揚程；L表示的是水量；G表示的是功率。結(jié)合流量和溫差呈現(xiàn)一次反比，進(jìn)而得出了：

式中，C表示的是水溫差。

通過以上公式進(jìn)行推導(dǎo)后可以看出，如果水溫差較大，那么能耗量會降低。所以，在對暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能進(jìn)行設(shè)計的過程中，可采用進(jìn)水口、出水口溫差的有效控制，或者對水量進(jìn)行控制，都能夠達(dá)到節(jié)能減耗的目換。

在公共建筑暖通空調(diào)自動系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計時，為了能夠大幅度地將局部阻力減少，實現(xiàn)能源節(jié)省的目標(biāo)，也可借助高效機房設(shè)計、水泵管路布局的合理調(diào)整，將水泵揚程減少。通常情況下，水泵揚程極易受到水頭、水流管道、局部阻力等損失以及自由水頭、吸水自然高差等諸多原因的影響，具體的計算公式如下所示：

式中，H表示的是揚程，h1表示的是水頭損失，水流管道損失則是用h2表示，局部阻力損失用h3表示，自由水頭用h4表示，吸水自然高差用h5表示。

通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析，公共建筑暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計時，要堅持經(jīng)濟(jì)實惠、適用、環(huán)保的原則，整體調(diào)整h3，在對水泵管路視角進(jìn)行調(diào)整后，同樣也能夠?qū)⒕植孔枇p失降低。

3.3 優(yōu)化變風(fēng)量系統(tǒng)

變風(fēng)量系統(tǒng)主要是對公共建筑空間內(nèi)風(fēng)量、系統(tǒng)內(nèi)總風(fēng)量進(jìn)行改變，采用此方法，保證空調(diào)輸送的風(fēng)量滿足需求的基礎(chǔ)上，降低暖通空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)總風(fēng)量，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能降耗、設(shè)備投資節(jié)約、系統(tǒng)運行成本降低的目標(biāo)（具體見圖1所示）。在公共建筑暖通空調(diào)自動系統(tǒng)中會需要大量電能給予支持，而變風(fēng)量系統(tǒng)的優(yōu)化能夠節(jié)約電能。可以運用壓力無關(guān)末端裝置方法，將測量裝置裝在末端，當(dāng)室內(nèi)溫度發(fā)生變化時，不會對風(fēng)閥開度帶來影響，而會對風(fēng)量設(shè)定數(shù)值進(jìn)行修正。而風(fēng)閥的調(diào)整以實際測量的風(fēng)量、風(fēng)量設(shè)定值為重要依據(jù)，如果某一區(qū)域內(nèi)風(fēng)量受到風(fēng)道壓力影響發(fā)生變化的時候，末端控制裝置會對風(fēng)閥進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，確保原風(fēng)量作用下風(fēng)道壓力不會波及房間溫度。

圖1 變風(fēng)量機組控制示意圖

3.4 引進(jìn)變流量節(jié)能系統(tǒng)

在公共建筑暖通空調(diào)自動系統(tǒng)設(shè)計時，大多數(shù)都會使用中央空調(diào)，而7℃是中央空調(diào)冷水機組冷凍水供水溫度最佳數(shù)值，設(shè)置時不要太低或太高。如果中央空調(diào)溫度在9～10℃，公共建筑中室內(nèi)舒適度變化不會太大，但能夠降低冷水機組能耗。5℃是中央空調(diào)供回水溫差最佳數(shù)值，可靈活調(diào)節(jié)至8℃左右，流量、溫差保持反比例，如果流量小則選擇的溫差要大，以免大流量時出現(xiàn)小溫差運行情況。32℃是中央空調(diào)冷卻水進(jìn)水溫度最佳值，可自由調(diào)節(jié)在24～32℃，不得超出32℃。目前，公共建筑中暖通空調(diào)設(shè)計中，要保證溫度、節(jié)能需求，就要結(jié)合運行試驗情況，對不同機組進(jìn)行選擇，確?？照{(diào)內(nèi)冷卻水進(jìn)水的溫度，同時，在冷水機組處于合理溫度時COP值是最高的。將5℃設(shè)定為冷卻水進(jìn)出口水溫差最佳值，45Hz設(shè)定為不同變頻器上限，30Hz是不同變頻器下限。如果空調(diào)冷水機組冷凍水供水量比最小流量要高，那么表明變頻器下限頻率設(shè)計是合理且高效的。中央空調(diào)符合公共建筑節(jié)能減排要求，但是，需要重視變頻器運行過程中頻率的設(shè)計，在保證運行安全平穩(wěn)的同時，達(dá)到節(jié)能目的。

4 結(jié)語

一般情況下，公共建筑中劃分的區(qū)域較多，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方面較為集中，這也在很大程度上在施工環(huán)境方面的要求提高了。所以在暖通空調(diào)自動系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)該合理使用資源，堅持環(huán)保理念，嚴(yán)格控制能源的損耗，通過更加精準(zhǔn)的計算負(fù)荷，不斷優(yōu)化變水量、變風(fēng)量系統(tǒng)的同時，強化日常管理，引進(jìn)變流量節(jié)能系統(tǒng)，在保證為人們帶來舒適環(huán)境的前提條件下，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、減能降耗的目標(biāo)。