高層樓宇建筑暖通空調(diào)高能耗成因及節(jié)能降耗技術(shù)分析

馬哲

【摘要】高層樓宇建筑是現(xiàn)代城市內(nèi)最重要的建筑形式，暖通空調(diào)系統(tǒng)作為高層樓宇建筑必須的組成部分，對樓宇建筑后期運(yùn)行的能耗會產(chǎn)生很大影響。隨著節(jié)能減排觀念的深入人心，暖通空調(diào)系統(tǒng)作為重要的能耗項目，已經(jīng)成為我國建筑行業(yè)創(chuàng)新和改革的重要內(nèi)容。本文通過分析暖通空調(diào)系統(tǒng)的高耗能原因，對可應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行討論。

【關(guān)鍵詞】高層樓宇建筑；暖通空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能降耗技術(shù)

高層建筑物暖通空調(diào)系統(tǒng)是用于樓宇間采暖、通風(fēng)、調(diào)溫等的綜合性系統(tǒng)，尤其對高層、超高層建筑內(nèi)環(huán)境具有極強(qiáng)的調(diào)節(jié)功能。隨著城市內(nèi)可用建筑面積的減少，為滿足日益增大的城市人口需要，高層樓房、超高城樓房成為現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展的重要方向。暖通空調(diào)系統(tǒng)是高層建筑物中調(diào)節(jié)內(nèi)部環(huán)境所必須的組成部分，其設(shè)計的合理性直接關(guān)系到建筑物內(nèi)人們的感官感受和生活質(zhì)量，而合理的設(shè)計方案往往是現(xiàn)代建筑材料、節(jié)能技術(shù)與新型設(shè)計理念的有機(jī)融合。在節(jié)能減排大背景下，促進(jìn)節(jié)能技術(shù)與原有設(shè)計的碰撞和融合，是降低暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗的重要研究方向，也是現(xiàn)代高層建筑物建設(shè)的重要內(nèi)容。

1、高層樓宇建筑暖通空調(diào)高能耗成因

1.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響

高層建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)分內(nèi)、外兩部分，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括外墻、窗戶和屋面等，內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括內(nèi)隔墻、頂棚和地面等。圍護(hù)結(jié)構(gòu)受材料性質(zhì)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響，造成的熱能損失在建筑整體采暖熱能的55%以上。與北京、哈爾濱等地方城市相比，深圳地區(qū)冬季采暖需求不大，但圍護(hù)結(jié)構(gòu)依舊是采暖耗能的主要方面。尤其是以混凝土樓板和磚結(jié)構(gòu)為主要建筑材料的高層建筑物，樓梯間、屋面、門窗縫隙等都是熱損嚴(yán)重的位置。因此，加強(qiáng)高層建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能研究力度是暖通空調(diào)節(jié)能工作的重要方向。

1.2方案設(shè)計不規(guī)范

高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)不僅要與建筑材料、施工條件、樓層功能相協(xié)調(diào)，而且要與當(dāng)?shù)貧夂蛳噙m應(yīng)。暖通空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)是高層樓宇建筑施工的重點管理項目，與建筑后期運(yùn)行的耗能情況直接相關(guān)。設(shè)計方案的不規(guī)范將會對暖通空調(diào)后期運(yùn)行的能耗產(chǎn)生很大影響。造成不規(guī)范問題的主要原因是相關(guān)設(shè)計人員綜合能力不足，難以根據(jù)具體施工方案對暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計；相關(guān)負(fù)責(zé)人對方案設(shè)計重視程度不足，往往根據(jù)自身經(jīng)驗對方案進(jìn)行選擇和調(diào)整，隨意性較大。不合理的設(shè)計方案不僅可能導(dǎo)致建筑材料和資金的浪費(fèi)，還可能造成建成后暖通空調(diào)系統(tǒng)投運(yùn)成本的增大。

1.3材料選用及設(shè)備設(shè)置的不合理

暖通空調(diào)系統(tǒng)采用的保溫材料應(yīng)符合 GB/T20473-2006的規(guī)定，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)小于或等于 0.2 KW/ （m·），建筑絕熱材料要符合相關(guān)規(guī)定。材料的強(qiáng)度、吸水率、燃燒性能等也應(yīng)作為參考指標(biāo)列入選擇標(biāo)準(zhǔn)之中。另外，建筑物埋地設(shè)置、管道熱補(bǔ)償、系統(tǒng)的水力平衡和承壓能力、散熱器設(shè)備性能等也是暖通空調(diào)系統(tǒng)材料選擇和方案設(shè)計需要參考的重要內(nèi)容。但目前我國高層樓宇建筑施工材料的選用原則多為經(jīng)濟(jì)原則，用于建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的保溫材料一般為本地區(qū)內(nèi)常見的保溫材料，其功能性往往得不到保障。

1.4缺乏節(jié)能觀念

在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中節(jié)能減排觀念的缺乏是導(dǎo)致系統(tǒng)節(jié)能功能差、后期運(yùn)行耗能高的重要原因。設(shè)計人員節(jié)能減排觀念不足，沒能將空調(diào)系統(tǒng)與建筑樓層整體結(jié)構(gòu)、樓內(nèi)人員需求等實際情況緊密結(jié)合，造成設(shè)計方案與實際施工和后期運(yùn)行不協(xié)調(diào)。另外，在高層建筑投入使用后暖通空調(diào)系統(tǒng)一般由樓層內(nèi)物業(yè)人員或住戶自行調(diào)節(jié)。操作人員對暖通空調(diào)系統(tǒng)了解程度有限，缺乏節(jié)能意識，也會導(dǎo)致系統(tǒng)耗能增加。

2、高層樓宇建筑暖通空調(diào)節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用

2.1數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一調(diào)控式

目前我國應(yīng)用最廣泛的暖通空調(diào)設(shè)計系統(tǒng)為BIM 系統(tǒng)。這一系統(tǒng)通過對整個工況數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，從整體角度對暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計。這一設(shè)計方式能夠借助數(shù)據(jù)庫的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，最大限度地降低施工過程中不斷校驗造成的能源浪費(fèi)和廢氣排放。

2.2根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方案

在進(jìn)行暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計之前，設(shè)計人員要對在建樓宇建筑的功能、室內(nèi)的溫濕度需求、各項新型節(jié)能技術(shù)的適用條件等進(jìn)行調(diào)查，并結(jié)合施工材料的性能、地區(qū)環(huán)境、住戶的個性化需求對整體設(shè)計進(jìn)行調(diào)整。在這個過程中各項參數(shù)的調(diào)查、記錄、使用和保存對確定最佳設(shè)計方案、明確各影響因素與系統(tǒng)負(fù)荷關(guān)系等起到關(guān)鍵作用。首先，圍護(hù)結(jié)構(gòu)絕熱、保溫性能較差是造成暖通空調(diào)系統(tǒng)高能耗的重要原因，隨著國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定的出臺，我國建筑業(yè)在施工過程中逐漸規(guī)范了材料選擇的程序，逐漸用密閉性強(qiáng)、節(jié)能效果好的材料替換下不達(dá)標(biāo)材料，提高了高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的各項性能。其次，在設(shè)計方案選擇方面，相關(guān)設(shè)計人員需要根據(jù)建筑物建成后的實際功用對暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。比如，深圳地區(qū)暖通空調(diào)系統(tǒng)更重視夏季制冷功能，而北京地區(qū)則需要均衡冬季制暖和夏季制冷兩個方面。設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計時需要根據(jù)地區(qū)環(huán)境和用戶需求確定合理的方案。

2.3積極引進(jìn)新型節(jié)能技術(shù)

變頻技術(shù)是近年來在暖通空調(diào)系統(tǒng)中最常使用、發(fā)展較為成熟的節(jié)能技術(shù)，在夏季制冷時能夠有效降低系統(tǒng)運(yùn)行的能耗，尤其在大型高層建筑內(nèi)。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在同等負(fù)荷條件下，30層的辦公樓應(yīng)用變頻技術(shù)能夠降低45%的能耗。除了變頻技術(shù)外，水源熱泵技術(shù)也是現(xiàn)代暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計研究的重要內(nèi)容。水源熱泵技術(shù)主要指利用熱泵裝置將淺層的低溫地能提升到高層建筑物所需溫度，利用可再生能源，降低能耗，達(dá)到節(jié)能減排效果。另外，應(yīng)用熱回收技術(shù)是以回收方式將系統(tǒng)內(nèi)冷凝熱水、排風(fēng)余熱等尚未散失的熱量收集起來重新利用。引進(jìn)各類新型節(jié)能技術(shù)，推進(jìn)新技術(shù)與暖通空調(diào)系統(tǒng)融合是未來建筑行業(yè)節(jié)能發(fā)展的重要方向。

結(jié)論：

暖通空調(diào)系統(tǒng)作為現(xiàn)代高層樓宇建筑必不可少的組成部分，是建筑行業(yè)內(nèi)節(jié)能減排工作開展的重要項目。暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計是涉及材料研究、建筑設(shè)計、計算機(jī)技術(shù)和節(jié)能技術(shù)等多學(xué)科的復(fù)雜課題。隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，各類新材料、新技術(shù)不斷出現(xiàn)，各種新的設(shè)計方案被提出和應(yīng)用。我國暖通空調(diào)系統(tǒng)正在不斷朝著更加經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、安全的方向發(fā)展。

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