基于建筑环境之暖通空调节能的探讨

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[摘 要] 暖通空调是建筑节能的重要领域,特别是在国家节能减排战略和全球新一轮低碳发展的背景下,暖通空调节能更是成为热点,诸如提高空调能效、供热计量改革、发展地源热泵、合同能源管理等,本文正是结合当前这一发展形势,本着从源头抓起，重点分析和阐述了建筑环境对暖通空调节能的影响。

[关键词] 暖通空调 能源 节能 建筑环境

1.前言

随着我国国民经济的迅速发展,能源和环境问题日益凸显，城市化的飞速发展和人们生活水平的提高，建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大，为了维持建筑物内部空气环境适宜的温湿度，现代建筑中通常采用设置暖通空调系统来保证这一需求。

众所周知，暖通空调是能耗大户，故我们目前的暖通空调设备制造，工程设计及运行都一直倡导“节能、环保、走可持续发展道路”，诸如提高空调能效、供热计量改革、发展地源热泵、合同能源管理等,这些措施都可实现暖通空调节能，但除此之外，我们经常呼吁的建筑节能与暖通空调究竟又有什么样的千丝万缕的联系呢？

建筑节能是指在确保室内热舒适环境的前提下，提高采暖、通风、空调、照明、炊事、家用电器和热水供应等的能源利用效率。据有关部门统计：近几年，中国的国民生产总值的增长率维持在10%左右，而能源的增长率却只有3%～4%，能源的发展远远滞后于经济的发展。发达国家的建筑用能一般占到全国总能耗的30%～40%；中国采暖区的城镇人口虽然只占全国人口的13. 6%，但是采暖用能却占全国总能耗的9. 6%。如此看来，建筑节能是建筑发展的必要趋势，也是当代建筑科学技术的一个新的启航点。因此暖通空调作为建筑节能必要组成部分，也已经受到这种趋势的影响，同时暖通空调系统的节能亦引起暖通空调工作者们的关注，并且针对不同国家、地区的能源特点和不同建筑的采暖、通风、空调要求，发展相关的节能技术。研究建筑环境，了解暖通空调负荷产生的原因及影响因素，可以更加合理地提出解决问题的方法。

2.暖通空调能耗的组成

为了创造舒适的室内空调环境，必须消耗大量的能量。暖通空调能耗是建筑能耗中的大户，据统计在发达国家中暖通空调能耗占建筑能耗的65%。以建筑能耗占总能耗35%计算，暖通空调能耗占总能耗的比例竟高达22.75%，由此可见建筑节能工作的重点应该是暖通空调的节能。

影响暖通空调系统能耗的主要因素有室外气候条件、室内设计标准、围护结构特征、室内人员及设备照明的状况以及新风系统的设置等。从暖通空调的能耗组成可以看出：暖通空调系统的能耗主要决定于空调冷、热负荷的确定和空调系统的合理配置，撇开暖通空调工作者们经常研究的节能措施，如：提高空调能效、供热计量改革、发展地源热泵、合同能源管理等，暖通空调节能的另一关键措施应该是对建筑环境的考虑，如：合理布置建筑物的位置，正确选择外墙、门、窗、屋顶等的形状及材料等，尽量减少冷热负荷的损失，降低能耗。

3.室内环境的影响

暖通空调的目地是为人们提供舒适的生活及生产室内热环境，主要包括：室内空气温度、空气湿度、气流速度以及人体与周围环境(包括四壁、地面、顶棚等)之间的辐射换热(简称环境热辐射)等。在一般的舒适性空调中，以能够使人体保持热平衡而满足人们的舒适感觉为目的；在恒温恒湿或有洁净要求的工艺性空调中，一切以满足生产工艺为目标。而房屋的建筑热工设计是恰当地利用房屋围护结构的热特性，抵抗室外气候的变化，使房间内产生舒适的微气候。

3.1围护结构暖通空调负荷的影响

建筑围护结构组成部件的设计对建筑能耗、环境性能、室内空气质量与用户所处的视觉和热舒适环境有很大的影响。一般增大围护结构的费用仅为总投资的3%―6%，而节能却可达20%―40%。通过改善建筑围护结构的热工性能，在夏季可减少建筑冷、热消耗。首先，提高围护结构组成部件的热工性能，一般通过改善其组成材料的热工性能实现，然后，根据当地的气候、建筑的地理位置和朝向，选择围护结构组合优化设计方案。

围护结构包括护结构和内围护结构。护结构主要包括屋面、外墙和窗户(包括阳台门等)；内围护结构主要包括地面、顶棚、内隔墙等。在采暖建筑中围护结构的传热热损失占总的热损失的比例是较大的以4个单元6层的砖墙、混凝土楼板的典型多层建筑为例：在北京地区，通过围护结构的传热热损失约占全部热损失的77%(其中外墙25%，窗户24%，楼梯间隔墙11%，屋面9%，阳台门下部3%,户门3%,地面2%) ；通过门窗缝隙的空气渗透热损失约占23%；在哈尔滨地区，通过围护结构的传热热损失约占全部热损失的71%(其中外墙28%，窗户28%，屋面9%，阳台门下部1%，外门1%，地面4%)；通过门窗缝隙的空气渗透热损失约占29%。由此可见改善围护结构的热工性能对于暖通空调节能具有重要意义。

3.1.1墙体

墙体是建筑护结构的主体，主要作承重用的单一墙体材料；往往难以同时满足较高的保温、隔热要求。目前在节能的前提下，复合墙体越来越成为当代墙体的主流。复合墙体一般用砖或钢筋混凝土作承重墙,并与绝热材料复合；或者用钢或钢筋混凝土框架结构，用薄壁材料夹以绝热材料作墙体。在复合墙体的节能考虑中，其关键技术是保温。目前的墙体保温形式主要有内保温、外保温和中间保温，它们的比较主要从建筑热稳定性、冷桥、施工难度、防震、维护的难度等诸多方面来考虑。

3.1.2门窗

在建筑的护结构中，门窗的保温隔热性能较差，而且门窗的缝隙还是冷风渗透的主要通道。在采暖建筑中，以4个单元6层的砖墙、混凝土楼板的典型多层建筑为例，窗户的传热热损失和空气渗透热损失相加，约占全部热损失的47%(北京) 、57%(哈尔滨) 。所以改善门窗的性能是节能工作的一个重点，目前主要进行以下工作:控制窗墙比，改善窗户保温性能,提高门窗的气密性，加强户门、阳台门的保温等。

3.1.3屋顶

屋顶由于与外界的接触面较大，会产生冬冷夏热的问题。改善屋顶的热工性能主要是加强屋顶的保温，屋面的保温应结合防水等要求来综合考虑，平顶屋面和尖顶屋面的保温情况会有所不同。

3.2室内热环境对暖通空调节能的影响

3.2.1室内温度

冬季过高和夏季过低的温度不但会造成能源的浪费，也会给人体带来不适。有资料表明，选择合适的室内温度，对暖通空调系统的节能具有重要作用。

冬季供热情况：冬季的采暖设计是用稳态传热的原理来计算的,室内温度对负荷的影响可以直观得到。

由表1可见,在热舒适许可的条件下将冬季的室内采暖温度适当降低可以起到明显的节能效果，而且对于冬季室外采暖设计温度较低的地区更为有利。

3.2.1.2 夏季供冷情况：夏季的空调负荷中围护结构的负荷只是其中的一部分，室内温度对空调负荷的影响表现在围护结构的负荷的变化。

从表2可见，在热舒适许可的条件下将夏季的室内空调温度适当提高也可以起到明显的节能效果，对于围护结构负荷占空调负荷大部分的宾馆、办公楼等建筑，夏季的空调室内外温差较小使得这种优势更为明显。有资料表明,夏季室内温度每升高1℃，一般的空调器可减少5%～10%的用电量。

4.室外环境的影响

暖通空调的负荷确定是建立在克服室外环境影响的基础上，研究暖通空调节能应该研究室外热环境，以减轻室外对室内的热作用，并且充分利用室外环境中的有利因素，使之对改善室内热环境起到积极的作用。

4.1气候条件对暖通空调负荷的影响

4.1.1温度

空调负荷的确定受室外干球温度的影响较大，而且对于空调、采暖和通风系统，其室外的参数的选取也不相同。目前设计参数是根据不保证率来确定的，室外空气温度的变化使得空调系统的绝大部分时间是处在部分负荷状态下运行的，在进行暖通空调节能设计时应充分考虑这一点，合理配置系统。

4.1.2湿度

空气的相对湿度过高会对人体的热舒适带来一定的负面影响，而且过高的相对湿度会增加空调系统的潜热负荷，从而增加整个暖通空调系统的能耗。

4.1.3太阳辐射

在气候资源方面，太阳辐射对建筑节能是一个有利的因素。冬天建筑南向窗户接受到的太阳辐射较多，这对外界的寒冷气候构成一种补偿；同时，太阳光的入射角越小，被玻璃窗反射的热量越少，进入室内的热量越多，而且通过南向窗户阳光射入室内的深度较大，对于砖石和混凝土等重质材料的建筑，有利于太阳热能更好地被建筑墙体、地面及物品所吸收和蓄存，提高室内温度，节约采暖用能。

4.2建筑规划设计对暖通空调节能的影响

规划设计是建筑节能设计的重要方面，规划节能设计应从建设选址、分区、建筑和道路布局走向、建筑方位朝向、建筑体型、建筑间距、冬季季风主导方向、太阳辐射、建筑外部空间环境构成等方面进行研究。以优化建筑的微气候环境，有利于节能，充分重视和利用太阳能、冬季主导风向、地形和地貌，利用自然因素。节能规划设计就是分析构成气候的决定因素：辐射因素、大气环流因素和地理因素的有利、不利影响，通过建筑的规划布局对上述因素进行充分利用、改造，形成良好的居住条件和有利于节能的微气候环境。

建筑旁边的绿化不但有防风、隔声、防尘和美化环境的作用，而且对于建筑节能也有重要作用。因为首先树木可以从根部吸收水分，通过叶面蒸发，从而降低空气温度，其次树木有很好的遮阳作用，从而使建筑物直接受到的太阳辐射及从地面得到的辐射热减少，三是树木有引导风及挡风的作用。此外，地面不但会反射太阳辐射，而且其本身温度升高后又会成为新的热辐射源。所以尽量种草、植树,避免地面土壤，并减少不必要的大面积混凝土地坪对于减少空调负荷，达到节能的目的是非常重要的手段。而且清洁的室外环境对于洁净空调系统的有效运行和空调箱过滤器的寿命也是有利的。

5.结语

总而言之，在大力倡导建筑节能的同时，暖通空调的节能尤为重要，除了依靠国内外先进的科学技术，不断研究开发新能源、新材料、新设备，加强各种设备的运行管理来达到节能外，我们还需要从建筑内外环境着手，不断优化建筑热功能，充分利用有利的建筑环境，从根本上降低建筑能耗，从而达到暖通空调节能的目的。