浅析建筑物节能和空调节能

　　0 引言

据有关统计，我国民生能耗占总能耗的30％多，而其中大部分又消耗在建筑物上。随着人们生活水平的不断提高，对舒适性空调的要求在数量和质量上要求不断增加和提高。我们知道空调有“四度”：温度、湿度、洁净度、速度（气流组织），而对每一项来说，控制技术的高低直接影响着建筑节能，同时建筑物本身的耗能指标，也直接影响到空调负荷的大小。现就建筑物节能、空调节能以及二者的关系浅析如下。


l 建筑物节能

随着我国节能建筑规范的相继出台和完善，我国节能建筑己具备一定规模，在节能方面也取得了明显成效。现在，社会各界对节能工作日益重视，对因建筑节能所带来的节约能源、减少污染、改善环境、提高建筑物功能质量，乃至培育新的经济增长点，促进建筑业结构升级，实现可持续发展整体综合效益有了更进一步的认识。另外，我国的建筑节能技术和管理工作，通过近几年来与欧美等发达国家合作，引进吸收和开发了一大批适合中国国情，以建筑节能为核心的新型墙体材料、保温隔热材料、节能门窗、供热采暖节能设备、太阳能热利用设备、绿色照明设备等新技术，并在我国的节能建筑中得到成功运用。像常见的空心砌块、墙体铺设聚苯板、双层或多层中空玻璃、隔热外门、保温屋面等措施，加之先进的自控技术等，都起到了明显的节能作用。但我们还要清醒地认识到，有些地方仍然存在着“节能设计，不节能建造”的现象，以及由于运行管理不当造成的“节能建筑不节能”的现象，这些问题更要引起相关部门的足够重视。


1.1 建筑物朝向和平面形状

据有关实验数据表明，建筑物的朝向和平面形状对建筑物的空调冷（热）负荷影响较大。为从建筑源头为节能创造条件，建议首选南北朝向，在建筑物体积相同的情况下建筑物外表面积越小，空调的冷（热）负荷也越小。根据《传热学》稳态传热公式：Q=K·F·△T

其中：Q —— 传热量，W；K —— 传热系数，W /（m2·K）；F —— 换热面积，m2；△T —— 传热界面两侧温差，℃。


由上式可见，在K和△T相对稳定的情况下，换热面积F直接影响换热量的大小，因此，建筑物平面形状尽量采用外表面积小的圆形或方形建筑。


1.2 建筑物维护结构的隔热保温性能

改善维护结构的隔热保温性能是建筑节能的首要任务。20世纪70年代后，很多国家都制订了维护结构的热工设计标准，大大改善了维护结构的保温性能，降低了建筑物的耗能指标。我国“十一五”计划中明确指出：“十一五”期间单位GDP要节能20%，而建筑节能要达到节能总量的42％。随着节能建筑的进一步推广，加之节能建筑的节能效果明显，我国的节能建筑前景广阔，但我们同时又要面对一项新课题，那就是规模巨大的老建筑的节能改造问题，值得深入研究，可以说是任重道远。


1.3 窗户隔热与建筑遮阳

窗户的主要功能是采光，但对空调而言，夏季室内日射得热增加，引起冷负荷增加，而冬季进入室内的阳光又能减少热负荷。但与维护结构相比，窗户的热阻要小的多，这样因传热从窗户损失的热量要大得多。因此，应对窗户采取相应措施：①减少窗户的面积；②利用中空玻璃、反射玻璃等；③增加窗户的密封性，以尽量减少冷（热）风渗透造成的空调热（冷）负荷的增加。


另外，除了内遮阳外，建筑物的外遮阳也可起到遮挡日射的作用。实践证明，窗户的外遮阳在遮挡日射方面比建筑内遮阳更为有效。建筑物若考虑合适的外遮阳，甚至可有效减少日射热量的80%。


1.4 建筑屋顶及室内用电设备

条件许可的情况下，可设双层屋面，并改善屋顶的保温性能，采用热容量大的保温材料。另外，夏季向屋面洒水或放水，实现屋面绿化或立体绿化，以及室内尽量避免使用大功率用电设备、采用绿色节能灯具等都能达到减少空调负荷，实现节能的目的。


2 空调节能

2.1 室内设计参数的确定

由于人们个体的差异，对室内空调舒适性的要求差别较大，因此对民用空调而言，可有一个较为宽泛的舒适区。在这个区域内，冬季取暖时，采用较低的干球温度和相对湿度值；夏季制冷时，采用较高的干球温度和相对湿度值。这样采取全年动态的室内参数设定值，就能达到一定的节能效果。夏季把设计温度从26℃提高到28℃时，冷负荷可减少约22%；冬季把设计温度从20℃降低到18℃时，热负荷可减少约28%。对于像我国这样的耗能大国来说，节能总量是相当可观的。


2.2 减少新风量

我们知道为了卫生要求、补充局部排风量、保持空调房间的“正压”要求等，室内每人必须保证有一定的新风量，但新风取得过多必然增加新风的耗能量，所以在满足室内卫生条件的前提下，适当减少新风量，有显著的节能效果。特别是室内人员变动大的建筑物可以根据人员的变化情况大幅度减少新风量，就能大幅度的减少新风负荷，达到节能的目的。有条件的可以上自控设备，通过检测CO2浓度或室内人员的变化情况，实现自动调节新风阀以调节新风量，缺点是白控设备初投资大，维护费用高，手动调节虽然没有自动调节精度高，节能效果好，但不需要另装设备，相对简单且工作量不大，也能起到明显的节能效果。


2.3 动态调整空调控制参数，防止过冷（热）

人们有这样的习惯，经常以设计最大负荷运转，使得以设计负荷时确定的水流量流过盘管，风机在最高档运转，认为越是冷（热）才是好空调，从而造成室内的过冷（热）。这样不仅浪费能源，就是对于人体舒适度以及健康角度来说也是不适宜的，当下人们常说的 “空调病”大多数是不懂调节，长时间停留在过冷（热）的房间内造成的。像设置室内恒温控制器、进行空凋分区、避免过热装置、采用合适的室内参数设定值等措施都是实现节能行之有效的好办法。


2.4 尽量采用过渡季新风作为自然冷源

空调运行时，为了有效节能，一般只考虑新风能满足室内卫生要求就可以了。夏季室外空气焓大于室内空气焓，而冬季室外空气焓小于室内空气焓，此时减少新风量就有显著的节能效果。在供冷期间室外空气焓等于或小于室内空气焓时（春、秋过渡季），就要采用全新风运行，此时可大大减少新风负荷，改善室内空气质量。因此，我们进行空调设计时不仅要在夏、冬季节减少新风量，还要设计在过渡季便于操作、能实现全新风运行的新风阀门。像我们在新风入口设置旁通、安装双风机就是要达到过渡季全新风运行的目的。


2.5 合理确定空调的启闭时间，在预冷（热）时停止新风

对于一些人员变化大的建筑物，空调要间歇运行，这就需要我们根据建筑物维护结构的热工性能 （蓄冷、蓄热等）、天气情况、房间功能、人员变化情况等，确定合适的空调启闭时间，在保证舒适的情况下，降低空调能耗。同时，在空调预冷（热）时停止引入新风，可以减少新风负荷，提高冷（热）源的运行效率。


2.6 空调系统设计节能相关问题

（1）根据建筑物的朝向、形状、维护结构热工性能、房间使用功能等情况，对空调系统进行合理分区，防止单一控制参数，以满足不同场合下的工况要求，实现节能。


（2）加大冷（热）媒水及送风温差，实现“大温差，小流量”运行，同时进一步优化设计，减小空调水系统或风道系统的介质流速以减少系统阻力，这样就减少了泵或风机的输送动力，从而降低了运行电耗。另外，随着变频技术的进一步成熟，采用变风量（VAV）、变水量VWV）系统也能有效降低风机或泵的运行电耗。


（3）采用热泵回收系统，回收包括建筑物排风等在内的多余能量；避开用电高峰，采用蓄冷系统（水蓄冷、冰蓄冷）。


（4）运用计算机智能控制，达到各参数的最佳控制，实现节能的长久效力。


3 建筑物节能、空调节能二者的关系

建筑节能应包括两个主要方面：①建筑物维护结构的节能，也就是改善维护结构——墙体、屋面、地面、门窗等，尽可能的加强各处的保温隔热性能，使得从维护结构损失的热量降到最少；②系统节能，就是利用可靠手段提高向建筑物供给能量系统的效率，使得能量在供给过程中的损失降到最少。由此可见，建筑物节能、空调节能都属建筑节能的范畴，空调节能是建筑节能的重要组成部分，其系统的运行效率直接影响到建筑节能，而建筑物维护结构的热阻大小也关乎建筑物的耗能指标，从而影响着建筑节能。建筑物节能、空调节能二者必须同步发展才能体现建筑节能的整体效力：①建筑物节能只是为空调节能创造了条件，空调节能的设计、运行管理等如果没有突破性进展，那么即使建筑物维护结构的保温隔热性能提高了，能耗依然不会有大幅降低，甚至会出现节能建筑物不节能的反常现象；②空调节能是建筑物节能的必要手段，因为空调节能还要靠建筑物节能来实现建筑节能的最终目的。所以，建筑物节能、空调节能是建筑节能中相互制约、必须同步发展的重要因素，积极推广建筑节能是实现“节约型”社会的重要条件，更具有深远的现实意义。

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