民用建筑暖通空调系统节能设计优化研究

卢耀均4416**********1119

摘要：随着我国城镇化进程的加快和人民生活水平的提升，民用建筑能耗持续增长，其中暖通空调系统能耗占比尤为突出。在国家“双碳”目标的背景下，推进暖通空调系统的节能设计优化已成为建筑行业可持续发展的重要课题。本文从系统设计层面出发，探讨民用建筑暖通空调系统节能设计的关键环节与优化路径，涵盖负荷计算、冷热源选择、输配系统设计、末端设备配置及控制策略等方面，旨在为相关工程实践提供理论参考。

关键词：民用建筑；暖通空调；系统节能；设计优化

一、引言

民用建筑能耗中，暖通空调系统通常占据建筑总能耗的40%至60%，其节能潜力巨大。长期以来，我国暖通空调系统设计存在负荷估算偏大、设备选型冗余、运行策略粗放等问题，导致能源浪费严重。与此同时，随着建筑围护结构保温性能的提升和用户对室内环境品质要求的提高，暖通空调系统的设计逻辑亟需从传统的“保障供给”向“精准适配”转变。因此，开展民用建筑暖通空调系统节能设计优化研究，具有重要的现实意义和应用价值。

二、精准负荷计算：设计优化的基础

负荷计算的准确性直接决定后续设备选型与系统配置的合理性。传统设计实践中，部分设计师为了规避责任风险，往往采用较大的安全系数，导致冷热源装机容量超出实际需求30%以上。这种“大马拉小车”的现象不仅增加初投资，更使设备长期处于低负载率运行状态，能效显著下降。

节能设计的首要任务在于回归负荷计算的本源。设计人员应依据建筑所在地的气象参数、围护结构热工性能、室内发热量、人员密度及使用模式等实际条件，采用动态负荷模拟软件进行逐时计算。同时，应充分考虑建筑不同朝向、不同功能区间的负荷差异性，以及使用时间段内的同时使用系数。此外，新风负荷作为空调总负荷的重要组成部分，应根据实际人员密度和室内二氧化碳浓度控制要求进行合理确定，而非简单按照最大设计人数取值。只有建立在精细化负荷计算基础上的系统设计，才能为后续环节的节能优化奠定可靠基础。

三、高效冷热源系统的选型与配置

冷热源系统的能耗占暖通空调总能耗的一半以上，其节能设计应作为优化的重中之重。当前主流的冷热源方案包括电驱动冷水机组、热泵系统、燃气锅炉、区域供冷供热以及地源、空气源、水源等可再生能源利用形式。选择何种冷热源组合方案，需综合考量当地能源结构、电价政策、气候条件及项目自身特点。

在多联机系统适用于中小型办公和住宅建筑的背景下，对于大型公共建筑，采用高效离心式或螺杆式冷水机组配以冷却塔的方案仍具有广泛适用性。值得注意的是，变频技术的成熟使变流量系统成为标准配置，冷水机组应优先选择带有变频调节功能的高效产品。与此同时，热回收技术的应用值得重视：利用冷凝热制取生活热水，或在过渡季节利用冷却水免费供冷，均可显著提升系统综合能效。对于有条件采用地源热泵或污水源热泵的项目，应结合地质勘察与经济比选，评估其长期运行效益。在寒冷地区，空气源热泵需关注低温工况下的制热衰减问题，必要时可选用补气增焓或双级压缩技术。

四、输配系统与管网水力平衡优化

输配系统（包括冷冻水系统、冷却水系统和风系统）的能耗往往在设计中被低估。实际运行数据显示，输配系统电耗可占空调系统总电耗的20%至40%。传统定流量系统中，水泵风机常年工频运行，能量浪费严重。节能设计应全面推行一次泵变流量系统，并根据系统阻力特性合理选择水泵扬程，避免裕量过大。

管网水力平衡是输配系统节能的关键环节。设计阶段应对各并联环路进行水力计算，合理配置同程或异程管路形式，并在分支管路设置静态或动态平衡阀。对于竖向高度较大的高层建筑，宜采用竖向分区或设置板式换热器进行压力隔断，防止低区用户超压及垂直失调问题。风机盘管加新风系统中，新风管道的布置应尽量缩短输送距离，减少局部阻力构件。此外，空调风管系统的单位长度沿程阻力宜控制在合理范围内，避免因追求过低的初始投资而选用过大尺寸的风管，导致空间占用和材料浪费；反之，也不应因空间受限而过度缩小风管尺寸，造成风机能耗剧增。

五、末端设备与气流组织优化

末端设备的能效表现同样不容忽视。风机盘管应选用低阻力、高效率产品，其供冷量和供热量的标定条件应与设计工况相匹配。全空气系统中，组合式空调箱的过滤器初阻力应合理选取，过高会增加风机能耗，过低则影响室内空气质量。在气流组织设计方面，应结合房间功能和使用高度，合理选择上送上回、上送下回或置换通风方式。对于大空间建筑，如候车厅、展厅、中庭等，采用分层空调或置换通风可比传统混合通风节能20%至30%。工位空调、地板送风等个性化送风方式在特定场景中也值得探索，能够实现“服务有人区域”而非整个空间。

六、智能控制策略与运行调节

设计阶段的节能潜力需要通过运行阶段来实现，而控制系统是连接设计与运行的桥梁。现代暖通空调系统应配置建筑自动化系统，实现对冷热源、水泵、风机、阀门等设备的集中监控与优化调度。节能设计中应明确控制逻辑与策略：冷却水温度应根据室外湿球温度进行优化设定，避免冷却塔风机过度运行；冷冻水出水温度应根据负荷需求进行重置，提升冷水机组蒸发温度；新风量应根据室内二氧化碳浓度或人员 occupancy 信号进行按需调节。此外，基于模型预测控制的策略已在大型建筑中显示出良好的节能效果，设计时应为未来智能化升级预留必要的测点与通信接口。时间表控制、夜间自然冷却、周末待机模式等基础节能策略应纳入控制系统的默认设置。

七、结论

民用建筑暖通空调系统的节能设计优化是一项系统性工程，需要从负荷计算、冷热源配置、输配系统、末端装置及智能控制等多个维度协同推进。摒弃过度保守的设计思维，回归精细化、动态化的设计方法，是实现节能目标的根本路径。未来，随着建筑信息模型技术的深入应用、人工智能算法的成熟以及可再生能源成本的下降，暖通空调系统节能设计将朝着更加集成化、智能化和低碳化的方向发展。设计人员应持续更新知识结构，将节能理念贯穿于设计的每一个环节，为我国建筑领域碳达峰碳中和目标的实现贡献力量。

参考文献

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