彭关中，缪小平
摘要：由于建筑物的设计中有不合理之处，导致建筑物的空调负荷偏大，使建筑物增加了一部分不必要的能耗。建筑物里的空调系统设计方案也存在很多缺陷，使能耗过大。本文从建筑物和空调系统两方面进行分析，分别对建筑物及空调系统的节能技术措施进行了探讨。其主要节能技术措施有：使建筑物的规划设计科学、增强围护结构的隔热保温性能、使空调系统设计更科学合理、提高空调系统的管理意识。
关键词：建筑节能；节能技术；空调
中图分类号：TU201.5文献标识码：A文章编号：1004—7948（2005）11—0038—04
1引言
近年来建筑节能技术已成为全世界关注的粱点，也是当前国内外节能领域的一个热点研究课题‘西方发达国家的建筑能耗占社会总能耗的30％～45%。我国建筑能耗已占社会总能耗的20％～25%，正逐步上升到30%。因此建筑节能是目前节能领域的当务之急。
建筑节能可分为两部分：建筑物的节能和空调系统的节能。建筑物的节能主要考虑建筑物规划设计、增强围护结构隔热保温性能、设置遮阳设施等。空调系统的节能主要考虑减少冷热源能耗、输送系统的能耗及提高系统的运行管理等。
2节能建筑规划设计
根据建筑功能要求和当地气候参数，在总体规划和单体设计中，应科学合理地确定建筑朝向、平面形状、空间布局、外观体型、间距、层高、选用节能建筑材料、保证建筑外围护结构的隔热保温性能等及对建筑周围环境进行绿化设计，全面应用节能技术措施，最大限度减少建筑物能耗量，获得理想的节能效果。
2.1建筑朝向和平面形状
形状相同的建筑物，南北朝向比东西朝向的冷负荷小，如对一个长宽比为4:1的建筑物，经测试表明：东西向比南北向的冷负荷约增加70%，因此建筑物应尽量采用南北向。在建筑物内布置空调房间时，尽量避免布置在东西朝向的房间及东西墙上有窗户的房间以及平顶的顶层房间。建筑物的平面形状，应在体积一定的情况下，采用外围护结构表面积小的建筑。因为外表面积越小，负荷越小，能耗越小。
2.2合理规划空间布局及控制体型系数
建筑物一般都设有空调系统，故其空间布局应十分紧凑，尽量减少建筑物外表面积和窗洞面积，这样可以减少空调负荷，降低能耗。
体形系数的定义是建筑物外表面积F与其所包围的体积V之比值。对于相同体积的建筑物，其体形系数越大，说明单位建筑空间的热散失面积越高，研究表明，体形系数每增大1%，能耗指标约增加2.5%。因此，出于节能的考虑，在建筑设计时应尽量控制建筑物的体形系数。但如果出于造型和美观的要求需要采用较大的体形系数时，应尽量增加围护结构的热阻。
2.3绿化有助于减少建筑能耗
绿化对居住区气候条件起着十分重要的作用，它能调节改善气温，调节碳氧平衡，减弱温室效应，减轻城市的大气污染，减低噪声，遮阳隔热，是改善居住区微小气候，改善建筑室内环境，节约建筑能耗的有效措施。
3增强建筑围护结构的隔热保温性能
改善建筑的隔热保温性能可以直接有效地减少建筑物的冷热负荷。据有关资料介绍，在其他工况不变条件下，围护结构的传热系数每增大1W/(M2"K)，空调系统设计计算负荷增加近30%。所以改善建筑外围护结构的保温性能是建筑设计上的首要节能措施。
3.1外墙、屋顶的节能措施
3.1.1使用环保、节能型建筑材料
使用环保、节能型建筑材料如新型墙体材料与复合墙体围护结构，可有效减少通过围护结构的传热，从而降低能耗，达到显著的节能效果。在进行经济性、可行性分析的前提下，可在墙体内外侧敷设保温隔热型新材料。
3.1.2隔离太阳辐射热
隔离太阳辐射热，减少阳光直射，对垂直墙面可采用外廊、阳台、挑檐等遮阳设施和浅色墙面、反射幕墙、植物覆盖绿化等。
对屋顶可采用架空屋面，浅色屋面，种植屋面等。对屋面进行绿色覆盖，既可遮阳，又能隔热，而且通过光合作用，可消耗或转化部分能量，也起到美化环境作用。因此植物覆盖法是建筑节能较好的方法。还有设计通风屋面、蓄水屋面等节能措施。
3.1.3“冷屋顶”节能
国外很多专家对“冷屋顶”(coolroofs)进行了大量的研究，发现其节能效果很显著。所谓冷屋顶是指日射反射率高的屋顶，它通过在普通屋顶涂上高反射率的涂料，来提高屋顶的日射反射率，减少太阳热量的吸收，从而达到减少空调冷负荷和空调节能的目的。研究表明：采用冷屋顶节能可使空调负荷减少约10％～45%。
3.2门窗的节能技术措施
3.2.1尽量减少门窗的面积
门窗是建筑能耗散失的最薄弱部位，面积约占建筑外围护结构面积的30%，其能耗约占建筑总能耗的2/3，其中传热损失为1/3。所以门窗是外围护结构节能的重点。在保证日照、采光、通风、观景条件下，尽量减少外门窗洞口的面积。
3.2.2设置遮阳设施
设置遮阳设施，考虑空调设备的位置。减少阳光直接辐射屋顶、墙、窗及透过窗户进入室内，可采用外廊、阳台、挑檐、遮阳板、热反射窗帘等遮阳措施。门窗的遮阳设施可选用特种玻璃、双层玻璃、窗帘或遮阳板等。
3.2.3提高门窗的气密性
设计中应采用密闭性良好的门窗。通过改进门窗产品结构（如加装密封条），提高门窗气密性，防止空气对流传热。加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段之一。
3.2.4采用新型保温节能门窗
采用热阻大、能耗低的节能材料制造的新型保温节能门窗（塑钢门窗）可大大提高热工性能。同时还要特别注意玻璃的选材。玻璃窗的主要用途是采光，但由于玻璃窗的耗冷量占制冷机最大负荷的20%～30%，冬季单层玻璃窗的耗热量占锅炉负荷的10%～20%，因而控制窗墙比在30%～50%范围内时，窗玻璃尽量选特性玻璃，如吸热玻璃、反射玻璃、隔热遮光薄膜玻璃等。
3.2.5合理控制窗墙比
窗墙比是窗洞口与墙的面积比值，增大这两个比值不利于空调建筑节能，应尽量减少空调房间两侧温差大的外墙面积及窗的面积。控制窗墙比、对外墙及屋顶的导热系数等提出具体要求。通过外窗的耗热量占建筑物总耗热量的35%～45%。故在进行前期建筑设计时，在保证室内采光通风的前提下合理控制窗墙比是很重要的，一般北向不大于25%；南向不大于35%；东西向不大于30%。
4空调系统节能技术措施
4.1降低系统的设计负荷
大多数设计人员在设计空调系统时，往往采用负荷指标进行估算，同时考虑安全系数，指标往往取得过大，造成了系统的冷热源、能量输配设备、末端换热设备的容量都大大地超过了实际需求，形成“大马拉小车”的现象，既增加了投资，也不节能。
4.2冷热源节能
空调系统消耗的大部分能量是在冷热源系统牛消耗的。所以合理选择冷热源系统对空调系统节能至关重要。空调系统常采用的冷热源方式是：(1)水冷冷水机组＋锅炉；(2)热泵；(3)溴化锂吸收式机组＋锅炉。
夏季用水冷冷水机组制冷，冬季用锅炉供热。水冷冷水机组制冷消耗电能。设计工况下的能效比（制冷量／耗电量）比较高，一般为3.7～5左右，一般空调制冷量在300RT(1RT=3.517Kw)以上选用离心式压缩机，空调制冷量在150～300RT的制冷量范围内选用螺杆式压缩机比较合适，当空调制冷量小于150RT时选用活塞式压缩机较为合适。在水源比较充足的地区使用水冷冷水机组比较合适。
热泵型机组的使用对节能是很有利的，其中风冷热泵冷热水机组在中央空调中使用的较多，这种机组一机两用，夏季制冷，冬季供热。特别适用于缺水地区。
澳化铿机组的能效比（制冷量／消耗的热能）比较低，外燃式为1.0～1.2左右，直燃式机组稍高。澳化铿机组节电不节能。外燃式嗅化锉机组主要用于有废热、余热的地方，如热电厂、钢铁厂等，既利用了废热、余热，又达到了制冷的目的。对于缺电而无废热或余热的地区可考虑使用直燃式机组。
4.3减少输送系统的动力能耗
动力能耗主要是指空调系统运行中风机和水泵所消耗的电能。降低动力能耗的技术措施有：
(1)选用低流速流体。水泵和风机的功耗与管路系统中流速的平方成正比，故采用低流速能取得较好的节能效果，且有利于提高水力工程的稳定性。
(2)提高输配系统的效率。设计时合理选择水泵的扬程，如果扬程过高时，靠减小阀门开度来调节系统的水力平衡，使得系统的能耗过多地消耗在阀门和过滤器上。适当采用二级泵系统。在送风系统中设计时应尽量维持风机工作在高效区。
(3)采用变流量水系统。在设计空调水系统时，如采用定水温变流量或变水温变流量的调节方式，使供水量随空调负荷的变化而增减，不但可以减少处理过程的能耗还能节省输送能耗。
(4)采用变风量系统。变风量空调（VAV）系统可以通过改变送风量的办法来控制不同房间的温湿度。同时，当各房间的负荷小于设计负荷时，变风量系统可以调节输送的风量。从而减少系统的总输送风量。这样，空调设备的容量也可以减小，既可节省设备费的投资，也进一步降低了系统的运行能耗，而风量的减少又节约了处理空气所需要消耗的能量。有资料显示，采用变风量系统可节省能源达到30%，并可同时提高环境的舒适性。该系统最适合应用于楼层空间大而且房间多的建筑。尤其是办公楼，更能发挥其操作简单、舒适、节能的效果。因此，变风量系统在运行中是一种节能的空调系统。
4.4提高送风温差及合理调节新风比
人们对舒适感的要求差别很大，故舒适区范围较宽。在舒适区内人体的热舒适感觉没有明显改变，但系统的能耗却有大幅度的变化。所以在满足空调精度要求的前提下，我们可以提高送风温差来提高节能效率，利用最少的耗能实现舒适性空调要求的空气环境。为了节能，在夏天取较高的干球温度和相对湿度，冬季取较低的干球温度和相对湿度，就可减少围护结构的传热负荷和新风负荷，从而降低空调系统能耗。
在建筑物的空调负荷中，新风负荷占的比例很大，一般占总负荷的20％～30%，因此在满足卫生条件下，冬、夏季尽量减少新风量，而在过渡季节，尽量较多采用新风甚至采用全新风。对大型商场，在早晨对室内空气的预冷或预热，由于室内无人，可以把新风阀全部关闭等等。
4.5利用冷却塔供冷技术
冷却塔供冷技术是指在室外空气湿球温度较低时，关闭制冷机组，利用流经冷却塔的循环水直接或间接地向空调系统供冷，提供建筑物所需的冷量，从而节约冷水机组的能耗，是近年来国外发展较快的节能技术。如当室外湿球温度降至某个值以下时，冷却塔出水水温与空调末端装置（如风机盘管）所需水温接近，此时可关闭人工冷源，以流经冷却塔的循环冷却水向空调系统供冷，从而达到节能的目的。
4.6蓄冷技术
在实施峰谷电价的地区，可利用低电价时段采用冰蓄冷系统将水制成冰来储存冷量，高电价时段再将冷量释放出来。
采用冰蓄冷技术有利于减少国家对电力建设的投资及压力；有利于均衡电力负荷、提高现有发电设备与供电电网的利用率和改善电力建设的投资效益；有利于降低系统的运行费用；还有助于调节送风温差，是一举多得的节能好举措。
4.7采用热回收与热交换装置
新风的引入必然要求排出一部分旧空气，而大气温度与排气温度有一定的温差，如制冷时若室内温度为27℃，室外温度为35℃，则将27℃的气体排入大气会带来能量损失，采用热回收交换设备使新风在被处理前与排气进行热交换，新风温度便有所降低，就可减少新风机组的负荷，减少了能耗，这种装置一般用于可集中排风而需新风量较大的场合。
4.8充分利用自然冷源
常利用的自然冷源是地下水和室外空气。地下水常年保持在18℃左右的温度，所以地下水不仅可以在夏季作为冷却水为空调系统提供冷量，而且冬季还可以利用水源热泵机组为空调系统提供热量。春秋季和冬季的室外冷空气温度较低，可用于空调系统供冷。例如，北京春秋季的室外空气温度一般低于15℃，冬季室外空气湿球温度一般低于0℃，这种温度下的空气是较好的冷源，可用于空调系统供冷。
5运行管理节能技术措施
加强运行管理，合理降低设备的运行能耗可以大大地节约能源，并带来显著的经济效益。
5.1提高运行管理人员的技术素质
一个设计上节能的空调系统，并严格按照设计要求和有关标准安装起来后，能否真正节能，在于运行管理的水平。故应加强对管理人员的专业培训，提高管理人员的专业素质，实行管理人员从业证书制度。
5.2合理的用能计费制度
集中空调实行计量收费，是建筑节能的一项基本措施。目前在欧美等国热量计量已是成熟的技术，据国外调查资料表明：实行集中空调计量收费后，其节能率在8％～15%。我国在计量方面也已取得了一定的成就。
5.3运行管理中一些重要的节能手段
5.3.1管路系统的检漏、检垢
管路系统中的水或空气都是携带冷量或热量的介质。它们从系统中泄漏就直接造成了能量的损失。所以，经常对管道设备进行检查并采取相应的措施是很有必要的。在一些保温管道表面，如果泄漏的水打湿了保温材料，就会大大影响保温性能，造成能量损失。换热设备的结垢会造成设备性能的下降，所以，需要对水进行必要的处理和对水系统进行合理的清洗。当风系统中过滤器上截留的杂物过多时，阻力升高，导致风机压力上升、能耗增加，并且增加了漏风的可能性，应时常对其进行清洗或更换。对于风冷热泵冷热水机组，还要注意保证空气流动的畅通、换热器外表面的清洁和不受腐蚀。
5.3.2在过渡季节利用室外空气的自然冷量
在供冷季当室外空气的焙值低于室内空气的焙值时，就应该尽量利用新风供冷。此时，应尽可能开启非空调区域的门窗。
5.3.3合理设定设备的启动和停止的时间
在系统间歇运行时，应根据围护结构、室内物品的热工特性、气候的变化及房间使用功能等确定预热预冷的时间和提前停机时间。这往往要在实际运行中总结规律。
6结论
(1)综上所述，建筑节能的主要技术措施有：节能建筑规划设计、增强围护结构的隔热保温性能、空调系统节能技术措施、新发展的节能技术措施如蓄冷技术和冷却塔供冷技术及空调系统的围护管理节能技术措施。
(2)为了实现我国可持续发展战略，建筑节能势在必行。只要结合我国国情和实际情况，综合利用各种节能技术措施，选择最佳的节能方案，必定可以获得显著的节能效果。
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