節(jié)能減排理念下綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究

李小勇

摘 要：為控制建筑暖通空調(diào)的碳排放，以天水大劇院建筑為例，對(duì)綠色建筑暖通空調(diào)的節(jié)能優(yōu)化方法展開研究。設(shè)計(jì)暖通空調(diào)水系統(tǒng)水源泵技術(shù)參數(shù)，優(yōu)化節(jié)能減排理念下的空調(diào)水系統(tǒng)；采用30個(gè)～35個(gè)2 m2～2.5 m2的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和感應(yīng)開啟風(fēng)扇，通過在頂部安裝排風(fēng)裝置的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)部環(huán)境通風(fēng)散熱的設(shè)計(jì)。實(shí)例應(yīng)用結(jié)果證明：該方法不僅實(shí)現(xiàn)建筑暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)，還有效控制暖通空調(diào)在投入使用后的碳排放，滿足建筑的綠色建設(shè)與發(fā)展需求。

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排理念；通風(fēng)散熱；優(yōu)化設(shè)計(jì)；節(jié)能；暖通空調(diào)

1 前言

在環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的大背景下，建筑暖通空調(diào)的綠色、節(jié)能發(fā)展需求日益強(qiáng)烈。因此，將綠色、節(jié)能、環(huán)保等思想引入建筑工程建設(shè)工作中，是十分有意義的工作[1]。2019年，國(guó)內(nèi)建成的建筑面積超過640億m2，隨著群體對(duì)建筑環(huán)保建設(shè)需求的增加，建筑面積正以每年40億m2速度增加。在建造過程中，為滿足建設(shè)施工需求，施工方會(huì)在建設(shè)中耗費(fèi)大量的不可再生能源，排出一定量粉塵氣體與污水，對(duì)綠色建筑的發(fā)展起到抑制作用[2]。暖通空調(diào)運(yùn)行耗能占建筑整體耗能的40%以上，參照我國(guó)綠色建筑評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)文件可知，暖通空調(diào)的高耗能問題已經(jīng)不符合建筑的綠色運(yùn)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)。為落實(shí)此項(xiàng)工作，本文以天水大劇院建筑為例，將節(jié)能減排理念作為背景，對(duì)綠色建筑暖通空調(diào)的節(jié)能優(yōu)化方法展開設(shè)計(jì)，助力建筑行業(yè)發(fā)展。

2工程概況

為實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在開展相關(guān)研究前，對(duì)優(yōu)化對(duì)象的基本情況進(jìn)行概述[3]。安排技術(shù)人員與本次研究試點(diǎn)工程的運(yùn)營(yíng)管理方進(jìn)行交涉，總結(jié)該建筑的基本情況內(nèi)容如上表1所示。

本工程為一級(jí)負(fù)荷用戶（考慮到本項(xiàng)目在當(dāng)?shù)氐闹匾裕m當(dāng)提高了負(fù)荷等級(jí)），第二類防雷建筑物。市政為本項(xiàng)目提供雙路（雙回路）10 kV電源，本建筑內(nèi)地下一層設(shè)10/0.4kV變電所1座。本項(xiàng)目設(shè)有自備應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，在地下二層設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)房1座。

3綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1節(jié)能減排理念下空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化

為實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色建筑暖通空調(diào)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)在開展相關(guān)工作前，將節(jié)能減排理念作為依據(jù)，從空調(diào)水系統(tǒng)入手，展開如下設(shè)計(jì)。

應(yīng)明確其中的水系統(tǒng)采用一級(jí)泵雙管制設(shè)計(jì)方案，其中水泵與一體化自控裝置集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)暖通空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，確?？照{(diào)水系統(tǒng)的回水溫度在7℃～12℃范圍內(nèi)，供水溫度在45℃～50℃范圍內(nèi)。在優(yōu)化過程中，以最小運(yùn)行成本收益最大和節(jié)能減排為目標(biāo)，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，公式為：

3.2建筑內(nèi)部環(huán)境通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)

完成上述內(nèi)容設(shè)計(jì)后，優(yōu)化建筑內(nèi)部環(huán)境的通風(fēng)散熱環(huán)境。應(yīng)明確所選的工程項(xiàng)目整體采用大面積的玻璃屋頂，除水平方向的隔熱、吸音、遮陽等組合結(jié)構(gòu)外，仍有大面積的透明玻璃采光頂，有明顯的屋頂熱量聚集作用。

通過測(cè)量可知，夏季建筑頂部的累計(jì)溫度達(dá)到70℃～80℃。在建筑頂部每間隔5 m～10 m，安裝溫度傳感器，如果其中任意溫度傳感器檢測(cè)到的溫度＞50℃，或者任何輻射熱量傳感器檢測(cè)到熱輻射照度＞1 kW/m2，則頂部將開啟天窗、排氣扇進(jìn)行通風(fēng)和散熱，降低建筑內(nèi)部環(huán)境的溫度。當(dāng)溫度感應(yīng)器的感知溫度下降到40℃時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)扇關(guān)掉，使用電動(dòng)天窗自然通風(fēng)，達(dá)到暖通節(jié)能設(shè)計(jì)目的。在溫度傳感器的感知溫度＜30℃時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉電動(dòng)天窗，防止空調(diào)能量消耗。

3.3綠色建筑暖通空調(diào)出水溫度節(jié)能控制

當(dāng)夏季溫度較高時(shí)，設(shè)定暖通空調(diào)出水溫度在6℃～8℃；當(dāng)夏季溫度較低時(shí)，設(shè)定水溫度在9℃～11℃；處于夏季過渡季節(jié)時(shí)，設(shè)計(jì)水溫度在11℃～13℃。在供冷階段，蒸發(fā)器供水溫度每提升1℃，則機(jī)組節(jié)能約3%。對(duì)冬季暖通空調(diào)出水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色建筑暖通空調(diào)出水溫度節(jié)能控制。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，引入PID控制，PID控制結(jié)構(gòu)如圖2。

根據(jù)上述PID控制結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)暖通空調(diào)出水溫度節(jié)能控制算法，公式為：

4節(jié)能效果分析

建立暖通空調(diào)與數(shù)據(jù)采集儀器間通信聯(lián)系，實(shí)時(shí)采集暖通空調(diào)運(yùn)行工況。布置傳感器規(guī)格與參數(shù)如表3：

上述設(shè)計(jì)后，使用傳感器采集綠色建筑暖通空調(diào)運(yùn)行參數(shù)，統(tǒng)計(jì)優(yōu)化前與優(yōu)化后的能耗，結(jié)果如圖3。

圖3可以看出，優(yōu)化后綠色建筑暖通空調(diào)耗能小于優(yōu)化前綠色建筑暖通空調(diào)耗能，說明設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在實(shí)際應(yīng)用起到較好節(jié)能效果。

對(duì)優(yōu)化前與優(yōu)化后綠色建筑暖通空調(diào)的減排效益對(duì)比分析，應(yīng)明確優(yōu)化前的建筑暖通空調(diào)在投入使用后，其能源消耗類別包括電力與天然氣，而優(yōu)化后的建筑暖通空調(diào)在投入后，能源消耗類別只有電力，無天然氣消耗。對(duì)比建筑暖通空調(diào)減排效益，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表4。

從表4可以看出，優(yōu)化后綠色建筑暖通空調(diào)減排量為145.86t，優(yōu)化后建筑能源消耗顯著少于優(yōu)化前的建筑暖通空調(diào)能源消耗。得到如下結(jié)論：本文提出節(jié)能減排理念下綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在實(shí)際應(yīng)用中效果良好，該方法不僅實(shí)現(xiàn)建筑暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)，還有效控制暖通空調(diào)在投入使用后的碳排放，滿足建筑綠色建設(shè)與發(fā)展需求。

5結(jié)論

自現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)發(fā)展以來，建筑行業(yè)發(fā)展越發(fā)迅速，盡管建筑行業(yè)的發(fā)展一定程度帶動(dòng)行業(yè)收益，但建成投入使用后的建筑能耗問題，成為阻礙產(chǎn)業(yè)建設(shè)與行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要原因之一。本文通過空調(diào)水系統(tǒng)與風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化、建筑內(nèi)部環(huán)境通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)、綠色建筑出水溫度節(jié)能控制，完成節(jié)能減排理念下綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究。檢驗(yàn)證明，可在降低建筑暖通空調(diào)能耗基礎(chǔ)上，減少空調(diào)運(yùn)行碳排放，實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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[2]劉偉，李懷，黃巍，劉學(xué)良，等.基于TRNSYS模擬的某近零能耗辦公樓暖通空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化配置分析[J].建筑科學(xué)，2022，38（04）：158-168.

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