针对暖通空调领域节能问题的探讨与建议
摘要：伴随我国经济的快速发展，人们对住宅及公共建筑内环境舒适度的要求逐渐增高，暖通空调系统的能源利用成了能源消耗的主要方面，空调节能已成为我国节能技术领域的重要议题。本文阐述了暖通空调领域节能工作的意义，探讨了现行暖通空调系统在节能方面存在的问题，提出了提高空调系统节能性能的可行措施。
关键词：暖通空调；节能；问题；措施
0 前言
改革开放以来，我国的建筑行业迅速发展，建筑能耗不断增加，其能耗已占据社会总能耗的27%以上，有些地区已接近40%，而在建筑能耗里，用于暖通空调的能耗又占据建筑能耗的30%～50%，并且总量呈逐年上升趋势。随着城市化进程的加快和人们生活质量的改善，暖通空调系统得以广泛应用，用于暖通空调系统的能耗将进一步加大，能源供求矛盾将更加激化。此外，暖通空调所使用的能源是高品位不可再生能源，其中以电能居多，随着暖通空调用电负荷的猛增，至2004年底，空调能耗占全国电量的17%左右，在夏季空调用电高峰时段，空调用电负荷甚至高达城镇总体用电负荷的40%左右。据调查，如果采取相应的节能技术，使现有空调系统节能20%以上是完全有可能的，因此暖通空调领域节能意义重大。
1 暖通空调系统在节能方面存在的问题
1.1 节能观念陈旧
暖通空调系统设计对系统节能降耗的影响是直接性的，但许多业主，甚至设计人员均认为节能建筑属于高科技，高投入的领域，从自己或业主的短期利益，主要是初期投资和技术的成熟度，这些都是不切实际的应用。这种思想也导致了他们依旧采用旧的设计和施工思路，而这些思路中，有很多是禁不起推敲的高能耗方案。从短期来看，这样的选择是可以节省投资成本，但长远来讲，这都是以系统实际运营时的高能耗为代价。
1.2 节能设计方案的选择问题
随着资源节约型和环境友好型社会建设步伐的不断迈进，建筑行业对节能环保也有了更新、更高的要求，尤其是暖通空调系统领域的节能技术及相关方案也不断的涌现，然众多技术方案则各有利弊。针对当前暖通空调系统领域中存在的不同设计方案，因考虑角度的不同而导致评价结果存在较大的差异性。实践中，总是因缺乏科学设计方案的评价，而导致节能设计方案成为无所适从的摆设。就当前的形势来看，如何才能在诸多节能设计方案中探索一套比较适用，并且具有可行性的节能方案成为困扰我们的最大桎梏。
1.3 暖通空调在设计施工管理方面存在的问题
空调系统的设计优劣对空调系统的节能性能有着重要的影响。然而在实际设计过程中，往往由于得不到设计人员的足够重视，造成建筑系统不仅初投资大，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的60％。另外，目前建筑设计、施工、监理行业中暖通空调专业人员水半参差不齐，很大一部分人员肖体专业院校毕业或非对口专业，甚至一部分人员根本未经过任何培训，对本专业理论知识似懂非懂，常凭经验行事，采用惯用方案或甲方指定方案进行设计、施上管理，由此在设计或施工中遇到的一些涉及方案性调整问题不能进行及时正确的处理和解决，给系统的运行、管理留下
隐患，最终导致系统无法挽回的后果。为此，我们有必要建议政府有关职能部门加强对暖通空调设计项目的管理，可以委托相关技术部门如学会等对设计图文件进行严格审查，对未达到国家有关节能标准的设计严禁施工建造。
1.4 系统节能设计不合理
暖通空调的系统设计并不难完成，但如何让系统运行合理则需要设计人员认真考虑与实施。而一个系统的成功与否，往往间接影响到系统运营时的能耗大小。例如，对于暖通空调系统中水泵参数的选择，如果所选水泵参数导致水泵最终工作点并不在水泵性能曲线与水系统管路的特性曲线的最佳工况附近，则即使水泵的效率满足国家节能标准的相关规定，此空调系统也不不能达到预期的节能效果，因为水泵一直在低效率的工况下使用，这也造成系统运行时的能源持续浪费。
1.5 设计管理中的问题
对于暖通空调而言，其设计情况对该系统的节能效果具有非常重要的影响，但实际操作过程中很多设计部门及工作人员对此并不重视。同时，工程设计周期相对较短，许多技术性问题难以得到有效的解决，加之设计单位一味的要求数量，对设计质量问题严重忽视。由于管理中存在一定问题，因此实际运行过程中难免会产生一定的能耗，据测算，该能耗已远远超过了国家的相关标准，有些建筑结构中的暖通空调系统能耗占总能耗的一半以上。随着当前各行各业节能与环保要求的不断提高，各种新技术手段和方案如雨后春笋般出现，但各种方案都具有一定的优缺点。在当前存在的多种设计方案中难以找到一个较为合理的节能方案，这也是设计管理问题的一种重要表现形式。
2 暖通空调运行管理中存在的问题
除设计施工外，运行管理也起着重要的作用。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，很多操作人员不具备必要的暖通空调基本理论常识，不懂得根据室外参数的变化进行相应的调节。一年四季只有开机、关机和冬、夏季转换操作。显然系统达不到相应的节能效果。
2.1 系统运行管理过程中存在节能问题
据调查显示，实践中有些单位和企业总是认为节能方案的设计施工只要符合要求即可，对于暖通空调设备及系统操作人员在技能培训上并不重视，这就导致多数操作人员根本不具有暖通空调系统节能理论和技术，从而导致实际运行过程中的操作随意性、滞后性，因此也造成了巨大的能源损耗。据测算，同样的建筑暖通空调系统，因管理人员的不同而导致空调系统的能量耗损存在着一定的差异性。由此可见，加强系统运行管理过程中的节能问题控制，势在必行。
2.2 大众对空调系统认知的缺乏
在建筑物中设计空调系统的目的是为人们提供一个舒适的生活和工作环境。但在社会上，大众对于空气调节的认知，却存在着较大的偏差。例如，空调用户普遍将环境的舒适度直接体现在温度的高低上，简单的认为夏季空调的室内温度设定越低越好，冬季反之，很少按自己的实际需求设定相关空调参数，造成了空调能耗的不必要产生。而由此产生的建筑物室内外大温差，也使得现在很多城市人士易患上所谓的空调综合症。当然，个体对于环境感知的差异性，并不能让我们对室内外的环境参数形成统一的共识，但如何让人们正确的使用空调系统则是当下建筑节能的一个重要环节。
2.3 新技术的推广问题
新技术在暖通空调系统中的应用，为节能提供了一个新的方向。例如地源热
泵空调系统、太阳能制冷供热系统，不仅可以实现可再生能源的有效利用，并且可以带来显著的经济效益，是值得大力推广的。但是同任何新技术一样，这些新技术在造价上往往偏高，而且使用的地域条件有一定的限制，并且从技术上讲还存在着许多需要改进提高的地方。因此，对于新的节能技术，我们应当因地制宜，总结经验积极推广。
3 暖通空调系统节能问题的解决建议
(1) 应增强建筑节能的法律依据及观念。建筑的节能设计往往是牵涉到多方面的。大到国家节能方面法律法规的制定，小到建筑本身的节能材料及设备的选择。对于行业主管部门而言，正确的措施引导在节能战略层面是尤其重要的。在我国建筑行业中，业主的意见往往起到决定性作用，设计人员按国家节能标准要求的设计往往得不到很好的实施执行，甚至有些业主为眼前的利益，寻找节能法律的漏洞，变相的降低建筑节能标准。故解决这些问题，需要通过主管部门不断的完善立法来规范和监督节能设计及施工的每个环节，不定期的检查，出问题应从严处理。尤其是建筑设计人员，要转变旧有设计仅仅满足使用要求的观念，用发展的眼光看待建筑节能这件事，了解节能的现实意义，积极向业主阐述节能设计对于整个建筑寿命周期能源利用的优势。
(2) 设计选型应合理。在暖通空调设计与选型时，首先要满足国家及当地节能标准及规范要求，其次，由于很多设计人员看重系统初期投资成本，导致其在最终的设备选型上趋于保守，以达到规范及标准要求即可，但这往往没有考虑设备后期运营成本的增加。建议设计人员应对空调系统整个寿命周期综合考虑设备的设计与选型。同时，在业主权衡投资成本和选择节能产品时，作为设计人员应积极的从业主的角度考虑投资回报率和进行运营成本的比较，选择出最合理的方案，进而从根本上减少投资成本及降低暖通空调系统能耗。
(3) 积极普及空调系统使用知识。作为空调的使用者和感受者，用户的使用习惯对系统运营会产生一定影响。而在系统使用过程中，大楼的物业公司应对空调系统的正确使用承担主要责任。作为设计人员，在系统中应尽量从物业公司的管理角度出发来制定系统的控制方式和流程，必要时可以对物业公司进行控制的说明与管理的建议。而对于物业公司，建议在对系统熟悉的前提下，尽可能多的去和用户沟通并解释空调系统的正确使用方式。总之，不造成空调系统使用能源的额外浪费对于物业公司的收益和建筑物的节能均具有重要意义。
4 解决暧通空调节能问题的措施
4.1 加强暖通空调系统节能设计的有效性
暖通空调节能设计质量优劣，直接关系着该系统的实用性与可靠性，其中建筑荷载的计算是整个系统节能方案设计的重要内容。实践中我们经常看到，节能方案设计周期相对较短，而且多数设计人员为尽快完成任务，甚至在设计手册利用上存在着严重的错误，比如冷、热荷载估算过程中的单位面积负荷指标参数确定存在着误差，因此得到的结构普遍偏大，进而导致采暖设备的实际使用偏大，投资必然增加、能量耗损也随之增加。从实践来看，暖通空调系统尤其以中央空调为典型，系统非常庞大和复杂，因此设计上的优势直接关系着整个系统的可靠性与实用性。由此可见，在对暖通空调系统进行设计时，一定要从实际出发，在全面掌握自身情况的条件下方可着手设计，同时这也是暖通空调系统节能作用的一种重要体现。
4.2 进一步改善当前建筑结构自身的保温性能，尽量减少结性热能损失
据当前我国现行的建筑节能设计标准进而规范之要求，应当提高建筑结构自
身的保温与隔热性能。同时还要注意提高对暖通空调系统的有效控制力，科学的调整建筑结构内部空间的湿、热参数，降低因空调系统进行而所产生的大量能量耗损。实践证明，湿热研究成果的应用，为创新节能控制模式和方式提供了重要的理论基础；若采用相对比较舒适的评价指标作为节能系统的基础调控参数，比如PMV等指标对暖通空调系统实施调控，则不仅能够有效的解决控制方法上的各种弊端，同时也可以大幅度提升节能层次。
4.3 在空调方式上采取科学的控制策略
从实践来看，空调系统尤其是舒适性的空调系统对建筑结构内的作用，主要是对空气温度、风速、适度以及环境的辐射作用来实现的，而且人体对周围生活环境的感知是各种环境因素综合结果。一般而言，对人体热舒适性产生影响的环境因素非常多，而且不同的影响参数在一定的组合下产生热舒适效果可能非常接近，但不同的湿热参数环境所要求的空调系统耗能则存在着较大的差异性。由此可见，在空调方式上也要根据实际情况，采用科学合理的控制方式和方法。同时，还要大力推广和应用可再生能源利用型的暖通空调系统，这主要是为了减少空调对不可再生能源的大量消耗，实现生态环境保护之要求。比如，使用地源热泵空调系统，它可以有效地利用地下恒温层中的土壤热量，来提高空调系统中的COP 数值，同时促使同等制热、冷条件下的能耗降低。
4.4 加强冷热回收利用研究，最大限度地利用现有可再生能源
从实践来看，当前暖通空调系统运行中的冷热回收研究成果不断涌现，比如空调系统中的排风全热回收设备、夏季卫生热水的有效供应等，这些均是对暖通空调系统中冷热回收的有效利用，大大提高了该系统的能源有效利用率。同时，还应当在开发新能源和可再生能源方面下功夫，积极地推广各种新能源。实践中我们可以看到，暖通空调系统利用的主要是不可再生能源、化石能源等，难免会造成一定的不可恢复性资源耗损与生态环境破坏，因此一定要开发一些可再生能源。以减轻当前的能源压力。比如，将地热、太阳能以及风能等可再生能源有效应用到空调制冷领域中，其应用优势非常明显，而且没有任何污染。
5 在设计阶段重视节能因素
设计方案对暖通空调系统在使用中是否节能关系重大。暖通空调系统特别是中央空调系统庞大而复杂，系统设计的优劣直接影响系统的经济运行和耗能性能。因此应考虑以下三个方面的问题：
（1）应注重从节能的角度认真进行设计方案的比较和优选
例如对冷热源系统的选择，因为暖通空调系统所消耗的能量大部分是冷热源系统中消耗掉的。选择冷热源系统不仅需要考虑它的初投资和运行费用，还应结合当地能源结构和建筑使用功能特点，对耗能指标进行分析比较。在系统形势选择和划分时应注意考虑不同朝向、周边区与内区之间的差异，系统应分开设置或分环，以便分系统或分环控制和调节。这样可以避免某些区域出现夏季过冷或冬季过热的现象，造成不必要的能量损耗。在设计中应注意考虑节能效果，不能盲目地追求新技术，认为采用最新技术的设计方案就是最佳方案。实际上每个案都有其适用条件和范围，在确定暖通空调设计方案时，务必结合工程的具体情况，根据负荷特性、建筑使用功能要求和环境特点等多方面因素，注意从节能角度全面技术经济分析比较后确定出最佳设计方案，确保系统运行的经济性与节能性。 （2）必须认真进行设计计算
应根据工程具体情况对暖通空调运行季节进行全工况全过程的分析计算。寻找出一个比较合理的设计方案，使暖通空调系统在不同的室外气象参数或室内状
况下都能经济合理地运行，为在运行中节能奠定基础。并且要认真、合理地确定系统冷、热负荷及风、水管道阻力，选择合适的冷、热源设备和水泵、风机等动力设备，确保所选择的各项设备能恰好在最佳工况状态下运行。不经计算只按照水泵或风机的特性曲线选择设备，或按照水泵和风机样本的铭牌，选择流量、扬程等都会在运行中造成不必要的能量损耗。另外，在有条件或系统允许的情况下，经过综合进行总能耗的比较。应合理加大系统的介质温差，以减少系统的水流和送风量，降低输送过程中的能耗。
5.1 强化系统的运行管理水平
对暖通空调专业的操作人员进行培训，提高管理人员的专业水平和业务技能，使其具备必须的暖通空调基本理论常识。实行空调操作人员操作证制度，对没有达到考核要求的，应重新培训，考核合格后才能上岗。同时提高管理人员的素质，增强其责任心。这样，管理人员才有能力根据室外参数的变化进行相应的调节，达到设计要求的节能效果。
5.2 选择节能的采暖空调拭
同一个采暖对象采用不同的采暖方式，其能耗、室内环境的舒适程度是大不相同的。如北方采用低温地板辐射采暖不仅舒适，而且此时的室内温度与采用散热器方式相比可以低2℃～5℃，能耗当然大为降低。在选择空调方式时选择辐射式空调方式一般比对流方式舒适节能。
5.3 选择可再生能源或低品位能源的空调系统
不可再生能源的大量使用造成能源的日趋枯竭，环境日益恶化，开发利用天然可再生能源成为必然。在天然可再生能源中，太阳能、风能发电，太阳能供热或制冷系统，地源热泵空调系统等技术已经成熟，应大力推广使用。利用可再生能源的暖通空调系统，不仅有着显著的环境和社会效益，也是节能的最有效途径。
6 暖通空调新技术
6.1 空调水系统变频变流量技术
中央空调的冷负荷随环境温度和使用面积的变化而变化，定流量水系统的水系的水泵电机基本是满负荷运行，形成大流量小温差的现象，针对这种效率低，能耗大的情况，采用空调水系统变频器控制冷冻水泵电机运行，使冷冻水的流量与冷负荷成正比例的变化，收到良好的节能效果，经济效益显著。选用变频器时主要考虑到电机功率相匹配的容量，同时也要考虑可靠性高、操作简便、价格适宜等因素。变频器的发展大约经过30年的技术创新，目前已成为电机调速转动的主流，在各行业领域中发挥着重要的作用，而且随着变频器的全数字控制方式发展，其精度高、可靠性高、稳定性好、存储能力强、逻辑运算能力强等优势将更加突出，经济效益更加显著，应用范围更加广泛。
6.2 蓄冷蓄热、低温送风和大温差技术
空调蓄冷利用分时电价的不同，贮存电网低谷时段的“便宜的能源”，在需要冷量的峰值时段，将贮存的冷量释放出来以满足空调负荷的要求。以蓄冷介质区分，有水蓄冷、冰蓄冷和共晶盐蓄冷三种方式。冰蓄冷的优势：①冷水机组容量降低38％；②空调设备功率减少27％；③年运行费用节省37.1万元。冰浆是含有悬浮冰粒子的固液两相溶液，也称流体冰。其中冰粒子颗粒为毫米至厘米级别，通常为了降低凝固点加入醇类和盐类抑制剂。冰浆技术应用优势为：(1) 巨大的相变潜热，并可利用低温显热（冰的融解热335 KJ/kg，水的比热容4.18KJ/kg·℃）；(2) 较好的流动性，泵可送至任何地方；(3) 融冰释冷速度，热响应速度决；(4) 采用蓄冷策略，减少系统运行费用，增强供冷的可靠性。
6.3 空调系统中的热回收利用技术
空调系统中热回收是空调节能的又一种新思路，即利用换热方法将空调系统中废弃的热量重新回收利用起来。具体方法是在风系统中使用新风换气机等热回收装置，使用排除的室内低温（高温）空气对引进的室外新风进行预加热，据目前国内此类厂家的检测，换热效率一般可达70％以上，大大减少了用于处理新风的冷热量损失。空调水的热回收利用是对制冷机的冷凝器稍作改动，就可以同时供应35℃～40℃的热水。不需要或用不完热水时，可以从冷却塔排出；大量供热水时，由于进水由自来水补充，水温较低，还会使制冷量适当增加，不会有负面影响，同时可以有效地减少排放的热量对大气的热污染，可以说是一举数得。对已有的制冷机而言，改造工作量很小，这种设备在国外已有大量的应用。
6.4 地源热泵等舒适节能空调技术
地源／水源热泵空调是以水为载体，通过地源热泵机组系统，冬季将地温热能（地下水或土壤热能）传递转移到需供暖的建筑物内部，夏季又可以将建筑物内热量，通过热泵机组系统，传递转移到地球浅部地层中去，它是充分利用了地下水或地下土壤常年温度保持恒定的特点，是环保、节能、“零”污染、“零”排放的一种空调设备。它具有如下特点：(1) 节能30％～60％；(2) 高效、环保；
(3) 冬、夏两用；(4) 寿命高达二十五年；(5) 降低投资风险，节省初投资。
7 结束语
只有对暖通空调系统目前存在的问题给予重视，暖通空调才能给千家万户带来便利，才能充分发挥它的经济性、节能性、安全性、舒适性和美观性的作用。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，需要得到政府部门的重视和支持。同时，我们暖通专业工作者，都有义务在暖通空调的节能领域里积极地贡献自己的力量。
综上所述，建筑节能尤其是暖通空调方面的节能，潜力还是很大的，可以通过多种途径对系统进行节能，如降低围护结构的传热系数、提高系统的效率、对设备及时而有效的管理维护等等。建筑节能在当前世界能源紧张和中国经济高速发展的背景下，尤其具有重要的意义。