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摘要：随着我国经济的持续发展和人们对居住环境舒适性要求的不断提高, 空调的应用越来越广泛。空调在给人们创造舒适环境的同时，其能耗也不容被忽视。根据国家倡导创建低碳社会的要求，节约用电是节能的一个重要环节，有效地降低空调的运行费用是现阶段需要解决的问题。本文结合工程實例简要论述了现代建筑空调系统中的新技术及节能优化设计。
关键词：现代建筑；空调系统；新技术；节能优化设计
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
一、现代建筑暖通空调系统节能设计现状分析
空调系统的设计对空调系统的节能有着重要的影响。在实际中往往得不到一些设计部门和设计人员的足够重视，加上目前工程设计周期普遍较短，设计收费与设计产生的经济效益不挂钩以及一些技术性问题没有完全得到解决等原因，有的设计单位只求数量，忽略质量，使得设计的系统不仅初投资大，运行能耗也高，大大超过了国家标准。
建筑施工监理行业中暖通空调专业的从业人员水平参差不齐，非本专业院校毕业或对口专业的人员占很大一部分，甚至一部分人员根本未经过任何培训，对本专业理论只是似懂非懂，设计或施工中遇到的一些设计方案性的调整问题不能进行及时正确的处理和解决，最终导致工程出现无法挽回的不良后果，给系统的运行管理留下隐患。
二、工程概况
本工程总建筑面积为29258m，其中地上建筑面积22940m2，地下建筑面积 6318m2；建筑高度35.25m，地下2层，地上9层。
2．1土壤源热泵系统
为满足末端空调系统的需求，本工程空调系统方案拟采用冷却水塔与土壤源相结合的复合源热泵系统，选用3台满液式(螺杆)地源热泵机组，夏季提供7℃／12℃的冷水，冬季提供45℃／40℃的热水；地源热泵机房设置在地下2层，3台机组的制冷量：700kw／台。供热量：679 kW／台；地源热泵主机采用单压缩机配置，单台机组的能量调节范围 25％～l00％，机组可以根据不同时段负荷的变化调节机组的出力。名义工况条件为制冷时26℃／30℃，制热时6℃／3℃，设计工况需根据地埋管系统提供参数核算设备选型。由于夏季向土壤排放的热量大于冬季从土壤吸收的热量，为保证地下的冷热平衡，采用冷却水塔作为辅助散热。
地源热泵系统由地下环路系统、地源热泵机组和空调末端组成。该系统设独立机房。
地源热泵系统的工作原理为：夏季热泵(制冷机)将系统的热量通过地下换热器转移到地下岩土中，以满足用户制冷需求。在冬季为用户供热时，系统从地源中提取低品位热能，通过电能驱动的地源中央空调主机，“泵”(热泵)送至供热循环水，以满足用户供热需求。此系统将成熟的暖通空调技术与地下换热技术结合于一体，在相对稳定的地下温度下，可靠、稳定、经济的运行。地下换热器的设计是地源热泵系统成败与否的关键。
地源热泵系统地下环路(即地下换热器) 埋管方式多种多样，根据本工程建筑场地的实际条件，采用垂直单U型埋管换热器。
2．2 末端系统
采用顶棚辐射制冷供热。裙房部分采用风盘和新风系统。各层结构板内敷设 PE—RT管道作为供热制冷盘管，主要负担室内围护结构负荷。由于围护结构出色的节能措施，顼棚辐射系统负担的负荷很小，并可以在较低的设计温度下运行。盘管供回水温度为：20℃／23℃(夏季)，34℃／29℃(冬季)。盘管具有一定的蓄热(冷)能力，可以在夜间运行白天释放积蓄的冷热能，这样可以一定程度的降低峰值负荷，使得设备选型更为经济。较低的运行温度为直接利用地源温度的冷(热) 媒提供了可能，如果地质条件许可，可不通过热泵机组直接供冷。
末端系统有以下两个方案：
毛细管网加独立新风系统，此系统为温湿度独立控制系统。由于此系统造价较高，因此只在舒适度要求较高的公寓部分使用。其余部分采用风机盘管加新风系统和整个建筑采用风机盘管加新风系统。
温湿度独立控制空调系统承担着排除室内余热、余湿、CO2：与异味的任务。 由于排除室内余热与排除CO2、异味所需要的新风量与变化趋势一致，因此，可以通过新风同时满足排除余湿、CO2与异味的要求。而排除室内余热的任务则通过独立的温度控制方式实现。温湿度独立控制空调系统的特点：是温度与湿度两套独立的空调控制系统，分别控制、调节室内的温度与湿度。其优点是避免了常规空调系统中热湿联合处理所带来的损失。由于温度、湿度采用独立的控制系统，可以满足不同房间热湿比不断变化的要求。
克服了常规空调系统中难以同时满足温、湿度参数要求的致命弱点，有效地避免出现室内湿度过高或过低现象。过渡季节能充分利用自然通风来带走余湿， 保证室内较为舒适的环境，缩短空调系统运行时间。
用毛细管网加新风系统，毛细管网供回水温度为：l8℃／2l℃(夏季)，32℃／28℃(冬季)，所需要空调水由换热机组提供；在管井内设两套分集水器，每个房间设两组毛细管系统，由一个温控器控制两组毛细管系统。
毛细管网与室温的温差小，热交换面积大，集供暖制冷于一体。毛细管网采用顶棚安装，由两根供回水主管和若干毛细管组成集配式结构，管材采用PE—R T (暂定)。盘管供回水温度为：l8℃／21℃(夏季)，34℃／29℃(冬季)。盘管具有一定的蓄热(冷)能力，可以在夜间运行白天释放积蓄的冷热能，这样可以一定程度的降低峰值负荷，使得设备选型更为经济。较低的运行温度为直接利用地源温度的冷(热)媒提供了可能，如果地质条件许可，可不通过热泵机组直接供冷。毛细管网是一种理想的高效换热器，具有安装方便、不占空问、用能品位低、能耗低、便于蓄能、高舒适度、绿色环保、寿命长、免维修等优点。具有水流阻力小、流量分配均匀、散热表面积大、耐高温高压、耐腐蚀等特点。
建设部评估委员会专家认为：“毛细管网换热器与地源热泵或空气源热泵结合，加上合理的控制组成一个节能系统，节能可达70％；如果再配合太阳能和冷热蓄能系统，节能可达90％左右。”毛细管网加独立新风系统造价比风机盘管加新风系统高l00／20％。
共享展示厅夏季采用两管制的风机盘管加新风系统，冬季采用风机盘管加新风辅助地板采暖系统，供回水温度45℃／40℃。
2．3自然通风设计
自然通风是利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或风力造成的风压来促使室内空气流动而进行的通风换气。合理有效地利用 自然通风能够改善夏季室内的热环境，将新鲜空气引入室内同时带走室内污浊的空气，有利于减少夏天空调能耗，提供室内新鲜、洁净的空气环境，达到节约能源、减少污染的目的。
建筑物中常用的自然通风实现方式主要有利用风压实现自然通风、利用热压实现自然通风以及两种方式相结合实现自然通风。风压作用主要是指室外气流吹过建筑物时，由于受建筑物的阻挡在建筑物表面和周围形成不同的压力分布，当建筑物有开口时，由于压力造成室内空气流动现象。热压作用是指室内外存在温度差，造成室内外空气的密度差，当建筑物有开口时产生所谓的“烟囱效应” ， 热空气趋于上升，冷空气则趋于下降的特点带动室内空气流动现象(见图1) 。
图 1自然通风气流组织示意图
本工程所属地区属于季候性气候，冬季盛行偏北风，风速较大，平均1.9 m／s～3.6 m／s，夏季盛行偏南风，平均 1.4 m／s～2.0 m／s，春秋两季为季风转换期，平均风速介于冬、夏之间。利用风压通风时建筑的开口朝向为夏季的主要风向，合理设置开口面积已达到最佳的通风效果。从而达到节约能源，节省投资的目的。
三、经济技术评价
3．1技术指标
1) 工程面积为29258.0m2。
2) 本工程空调系统能效比不低于4，输送能效比不高于《公共建筑节能设计标准》规定的最大输送比的90％。
3) 集成技术实施中的障碍分析与经验总结报告
4) 集成技术运行监测报告
5) 集成技术应用要点
6) 专题中期报告
7) 专题结题报告
3．2经济指标
静态回收期与动态回收期
1) 静态回收期的计算
每年节省投资：602961.9x0.7= 42.2万元。
回收期= 224.36／42.2 = 5.32 a (静态)
2) 动态回收期的计算
寿命期内的总节省费用：
P1=[1—](d≠e)
式中，d为5a以上银行贷款折率，6.12％；e为年电价或者燃料价格上涨率，按1％考虑；n为经济分析年限，此处为系统寿命周期，取20a。
则：P1=l2.22
fSAV = P1 (QsaveCC—Ad Dj)—Ad
式中，fSAV为系统寿命期内总节省费用，元；P1系数；e为常规能源热价，按照电价0.7元／( kW·h )；Ad源热泵系统总增投资，224.36萬元：D j 为维修费用，每年用于热泵维修费用占总增投资的百分比率，取1％。
则：fSAV=264.0万元
将Ad=292万元，Dj =1%，Qsave=518242.5KWh和CC=0.7元/(KWh)代入：
P'1 (QsaveCC—Ad Dj)= Ad得P'1=5.62
由式得回收年限为=6.9a。
3．3环境指标
二氧化碳减排量
每年可减少二氧化碳排放785.7t，减少排放二氧化硫23.6t，减少排放氮氧化物11.8t。也就是说，初投资时多投入的224.36万元，经过5.32年的运行，就可以全部节约回来。在以后的l4年多的时间里(寿命按照20a计算)，此种系统统可以节省591万元的费用。
关键词：现代建筑；空调系统；新技术；节能优化设计
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
一、现代建筑暖通空调系统节能设计现状分析
空调系统的设计对空调系统的节能有着重要的影响。在实际中往往得不到一些设计部门和设计人员的足够重视，加上目前工程设计周期普遍较短，设计收费与设计产生的经济效益不挂钩以及一些技术性问题没有完全得到解决等原因，有的设计单位只求数量，忽略质量，使得设计的系统不仅初投资大，运行能耗也高，大大超过了国家标准。
建筑施工监理行业中暖通空调专业的从业人员水平参差不齐，非本专业院校毕业或对口专业的人员占很大一部分，甚至一部分人员根本未经过任何培训，对本专业理论只是似懂非懂，设计或施工中遇到的一些设计方案性的调整问题不能进行及时正确的处理和解决，最终导致工程出现无法挽回的不良后果，给系统的运行管理留下隐患。
二、工程概况
本工程总建筑面积为29258m，其中地上建筑面积22940m2，地下建筑面积 6318m2；建筑高度35.25m，地下2层，地上9层。
2．1土壤源热泵系统
为满足末端空调系统的需求，本工程空调系统方案拟采用冷却水塔与土壤源相结合的复合源热泵系统，选用3台满液式(螺杆)地源热泵机组，夏季提供7℃／12℃的冷水，冬季提供45℃／40℃的热水；地源热泵机房设置在地下2层，3台机组的制冷量：700kw／台。供热量：679 kW／台；地源热泵主机采用单压缩机配置，单台机组的能量调节范围 25％～l00％，机组可以根据不同时段负荷的变化调节机组的出力。名义工况条件为制冷时26℃／30℃，制热时6℃／3℃，设计工况需根据地埋管系统提供参数核算设备选型。由于夏季向土壤排放的热量大于冬季从土壤吸收的热量，为保证地下的冷热平衡，采用冷却水塔作为辅助散热。
地源热泵系统由地下环路系统、地源热泵机组和空调末端组成。该系统设独立机房。
地源热泵系统的工作原理为：夏季热泵(制冷机)将系统的热量通过地下换热器转移到地下岩土中，以满足用户制冷需求。在冬季为用户供热时，系统从地源中提取低品位热能，通过电能驱动的地源中央空调主机，“泵”(热泵)送至供热循环水，以满足用户供热需求。此系统将成熟的暖通空调技术与地下换热技术结合于一体，在相对稳定的地下温度下，可靠、稳定、经济的运行。地下换热器的设计是地源热泵系统成败与否的关键。
地源热泵系统地下环路(即地下换热器) 埋管方式多种多样，根据本工程建筑场地的实际条件，采用垂直单U型埋管换热器。
2．2 末端系统
采用顶棚辐射制冷供热。裙房部分采用风盘和新风系统。各层结构板内敷设 PE—RT管道作为供热制冷盘管，主要负担室内围护结构负荷。由于围护结构出色的节能措施，顼棚辐射系统负担的负荷很小，并可以在较低的设计温度下运行。盘管供回水温度为：20℃／23℃(夏季)，34℃／29℃(冬季)。盘管具有一定的蓄热(冷)能力，可以在夜间运行白天释放积蓄的冷热能，这样可以一定程度的降低峰值负荷，使得设备选型更为经济。较低的运行温度为直接利用地源温度的冷(热) 媒提供了可能，如果地质条件许可，可不通过热泵机组直接供冷。
末端系统有以下两个方案：
毛细管网加独立新风系统，此系统为温湿度独立控制系统。由于此系统造价较高，因此只在舒适度要求较高的公寓部分使用。其余部分采用风机盘管加新风系统和整个建筑采用风机盘管加新风系统。
温湿度独立控制空调系统承担着排除室内余热、余湿、CO2：与异味的任务。 由于排除室内余热与排除CO2、异味所需要的新风量与变化趋势一致，因此，可以通过新风同时满足排除余湿、CO2与异味的要求。而排除室内余热的任务则通过独立的温度控制方式实现。温湿度独立控制空调系统的特点：是温度与湿度两套独立的空调控制系统，分别控制、调节室内的温度与湿度。其优点是避免了常规空调系统中热湿联合处理所带来的损失。由于温度、湿度采用独立的控制系统，可以满足不同房间热湿比不断变化的要求。
克服了常规空调系统中难以同时满足温、湿度参数要求的致命弱点，有效地避免出现室内湿度过高或过低现象。过渡季节能充分利用自然通风来带走余湿， 保证室内较为舒适的环境，缩短空调系统运行时间。
用毛细管网加新风系统，毛细管网供回水温度为：l8℃／2l℃(夏季)，32℃／28℃(冬季)，所需要空调水由换热机组提供；在管井内设两套分集水器，每个房间设两组毛细管系统，由一个温控器控制两组毛细管系统。
毛细管网与室温的温差小，热交换面积大，集供暖制冷于一体。毛细管网采用顶棚安装，由两根供回水主管和若干毛细管组成集配式结构，管材采用PE—R T (暂定)。盘管供回水温度为：l8℃／21℃(夏季)，34℃／29℃(冬季)。盘管具有一定的蓄热(冷)能力，可以在夜间运行白天释放积蓄的冷热能，这样可以一定程度的降低峰值负荷，使得设备选型更为经济。较低的运行温度为直接利用地源温度的冷(热)媒提供了可能，如果地质条件许可，可不通过热泵机组直接供冷。毛细管网是一种理想的高效换热器，具有安装方便、不占空问、用能品位低、能耗低、便于蓄能、高舒适度、绿色环保、寿命长、免维修等优点。具有水流阻力小、流量分配均匀、散热表面积大、耐高温高压、耐腐蚀等特点。
建设部评估委员会专家认为：“毛细管网换热器与地源热泵或空气源热泵结合，加上合理的控制组成一个节能系统，节能可达70％；如果再配合太阳能和冷热蓄能系统，节能可达90％左右。”毛细管网加独立新风系统造价比风机盘管加新风系统高l00／20％。
共享展示厅夏季采用两管制的风机盘管加新风系统，冬季采用风机盘管加新风辅助地板采暖系统，供回水温度45℃／40℃。
2．3自然通风设计
自然通风是利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或风力造成的风压来促使室内空气流动而进行的通风换气。合理有效地利用 自然通风能够改善夏季室内的热环境，将新鲜空气引入室内同时带走室内污浊的空气，有利于减少夏天空调能耗，提供室内新鲜、洁净的空气环境，达到节约能源、减少污染的目的。
建筑物中常用的自然通风实现方式主要有利用风压实现自然通风、利用热压实现自然通风以及两种方式相结合实现自然通风。风压作用主要是指室外气流吹过建筑物时，由于受建筑物的阻挡在建筑物表面和周围形成不同的压力分布，当建筑物有开口时，由于压力造成室内空气流动现象。热压作用是指室内外存在温度差，造成室内外空气的密度差，当建筑物有开口时产生所谓的“烟囱效应” ， 热空气趋于上升，冷空气则趋于下降的特点带动室内空气流动现象(见图1) 。
图 1自然通风气流组织示意图
本工程所属地区属于季候性气候，冬季盛行偏北风，风速较大，平均1.9 m／s～3.6 m／s，夏季盛行偏南风，平均 1.4 m／s～2.0 m／s，春秋两季为季风转换期，平均风速介于冬、夏之间。利用风压通风时建筑的开口朝向为夏季的主要风向，合理设置开口面积已达到最佳的通风效果。从而达到节约能源，节省投资的目的。
三、经济技术评价
3．1技术指标
1) 工程面积为29258.0m2。
2) 本工程空调系统能效比不低于4，输送能效比不高于《公共建筑节能设计标准》规定的最大输送比的90％。
3) 集成技术实施中的障碍分析与经验总结报告
4) 集成技术运行监测报告
5) 集成技术应用要点
6) 专题中期报告
7) 专题结题报告
3．2经济指标
静态回收期与动态回收期
1) 静态回收期的计算
每年节省投资：602961.9x0.7= 42.2万元。
回收期= 224.36／42.2 = 5.32 a (静态)
2) 动态回收期的计算
寿命期内的总节省费用：
P1=[1—](d≠e)
式中，d为5a以上银行贷款折率，6.12％；e为年电价或者燃料价格上涨率，按1％考虑；n为经济分析年限，此处为系统寿命周期，取20a。
则：P1=l2.22
fSAV = P1 (QsaveCC—Ad Dj)—Ad
式中，fSAV为系统寿命期内总节省费用，元；P1系数；e为常规能源热价，按照电价0.7元／( kW·h )；Ad源热泵系统总增投资，224.36萬元：D j 为维修费用，每年用于热泵维修费用占总增投资的百分比率，取1％。
则：fSAV=264.0万元
将Ad=292万元，Dj =1%，Qsave=518242.5KWh和CC=0.7元/(KWh)代入：
P'1 (QsaveCC—Ad Dj)= Ad得P'1=5.62
由式得回收年限为=6.9a。
3．3环境指标
二氧化碳减排量
每年可减少二氧化碳排放785.7t，减少排放二氧化硫23.6t，减少排放氮氧化物11.8t。也就是说，初投资时多投入的224.36万元，经过5.32年的运行，就可以全部节约回来。在以后的l4年多的时间里(寿命按照20a计算)，此种系统统可以节省591万元的费用。