基于节能理念的建筑暖通系统优化设计研究

摘要：建筑能耗中暖通空调系统所占比重较大，其运行效率直接关系到建筑整体的节能水平。在绿色建筑理念和“双碳”背景推动下，传统暖通系统设计方式逐渐暴露出能效不足与控制滞后的问题。本文围绕节能理念出发，系统探讨建筑暖通系统在负荷控制、设备选型、系统联动等方面的优化路径，分析不同场景下的能效提升策略，旨在构建高效、低碳、智能的暖通系统运行体系，为建筑节能提供技术支持与设计思路。

关键词：暖通系统；节能设计；建筑能效

一、建筑暖通系统节能设计的基础要素分析

（一）冷热负荷预测精度对系统节能配置的决定意义

建筑内部的热湿环境负荷直接决定暖通系统的初期配置与运行模式，其变化受建筑朝向、围护结构热工性能、人员密度与设备发热等因素影响。在节能导向下，负荷预测不仅应关注极端工况下的设计值，更需分析常态工况与运行工况下的动态需求，通过精细化负荷模拟提升设备运行适配性。采用模拟软件对逐时负荷进行仿真，有助于识别能耗高峰时段与负荷集中区域，避免设备冗余配置与低效运行状态的产生。负荷预测精度的提升能够为后续管网设计、设备选型及控制策略提供准确依据，是实现节能型暖通系统设计的关键前提。

（二）系统构型形式对节能潜力释放的结构性制约

暖通系统的构型设计在满足功能需求的同时，对整体能效水平形成结构性约束。不同系统构型如全空气系统、水系统、风水联供系统在冷热源组织、能量输配效率及分区控制能力方面存在显著差异，直接影响到系统的节能性能。在节能设计中应结合建筑空间布局、使用功能分布及运行时段差异，合理划分冷热负荷区块，匹配适应性强的系统构型。采用分布式小型化系统可减少能量在输送过程中的损耗，而集中系统结合变频技术与能量回收装置则可在负荷密集场所实现规模效益。系统构型优化应与建筑物理特性同步设计，强化能效路径上的逻辑闭环，提升系统节能潜能的实际释放率。

（三）控制策略设置对能效响应能力的运行引导作用

在建筑实际运行中，暖通系统的节能水平不仅依赖于设备性能与系统构型，更受制于控制策略的适应性与精度。合理的控制策略应具备多参数感知、多层级联动与实时动态响应能力，实现对温度、湿度、CO₂浓度与人员活动的综合感知调节。在多功能建筑中，通过时段分区控制可避免资源浪费，而在开放办公环境中，采用局部调控系统提升舒适度同时减少无效供冷供热。引入基于物联网与人工智能技术的自学习控制系统，可通过历史运行数据与实时环境反馈动态调整运行参数，提升系统节能调节的智能化水平。控制策略的优化不仅提高了能源使用效率，也为实现建筑运行节能向智慧化升级提供实践路径。

二、建筑暖通系统节能优化的多路径设计策略

（一）基于热源效率提升的设备协同选型路径

在暖通系统的设计过程中，热源设备作为系统能量供给核心，其效率高低直接影响整个系统的节能效能。优化选型需结合区域气候特征、建筑类型与负荷特性，优先选择能效比高、调节范围广的热泵设备。在多热源构建中，应科学配置空气源热泵、地源热泵与燃气锅炉等混合热源，通过不同热源之间的运行切换策略，提升系统在不同季节或运行状态下的综合效率。对商业建筑或办公楼宇，可配置多级制冷系统，通过中温冷水与低温冷水联合供冷降低压缩机负荷。在设备布局中应强化热源与末端之间的匹配性，减少传输距离与能量损耗。选型过程中还应充分考虑设备的生命周期能耗与运行维护成本，避免过度追求单一指标下的短期效率最优而忽略整体运行效益。通过构建热源设备协同体系，实现从源头降低系统能耗，提高节能设计的系统完整性。

（二）结合负荷分区策略的冷热输配系统节能设计

输配系统作为冷热源向末端传递能量的核心路径，其管网设计与运行调度对系统能效具有重要影响。优化输配系统需围绕冷热负荷分区精准匹配输配模式，避免“大系统带小负荷”或“长距离供能”的效率损耗。在大体量建筑中应采用多区域独立循环设计，将热源集中区与负荷集中区通过变流量系统分区连接，提升输配效率。采用双温双泵系统可针对高温与低温负荷分别控制，提高系统适应不同运行场景的能力。在末端系统中推广变风量系统（VAV）、风机盘管加新风系统（FPB+FA）等形式，有效降低全年能耗。同时配套设计智能阀控装置，实现水系统流量的实时调节与末端负荷的自适应供给。通过构建分区控制与输配路径优化相结合的节能机制，实现系统整体运行效率与舒适性能的协同提升。

（三）面向运行管理优化的智能监测与调度系统构建

暖通系统的运行效率在实际运营阶段存在波动性问题，依赖于实时数据采集、能耗趋势分析与运行策略优化的系统管理能力。构建智能监测系统可实现对设备运行状态、环境参数与能耗数据的全时段采集，通过多维度数据分析平台动态掌握系统运行状态。利用大数据与AI算法可建立能耗预测模型，提前识别高能耗时段与运行异常风险，实现能效调度的前置化与精细化。调度系统应具备场景识别能力，能根据建筑使用功能与人员活动规律智能选择运行模式。例如在会议模式、节假日模式、办公模式下配置不同的供能策略，提升实际运行工况下的能效水平。监测平台还可实现与BIM系统的数据接口对接，基于建筑信息模型动态调整运行参数。构建智能化运行体系不仅优化能源使用结构，还提高建筑运行阶段的能源管理质量，实现暖通系统节能能力从设计走向运行闭环。

（四）节能技术集成下的被动与主动系统协同机制

节能设计不仅是对主动系统的技术优化，更应融合建筑物理属性与被动技术实现协同控制。在建筑外围护结构优化中，通过增强保温隔热性能、提升气密性与控制日照遮蔽强度，可有效降低暖通系统负荷。在此基础上，采用地板辐射采暖、置换通风系统与热回收装置等技术实现热能在建筑内部的高效转移与再利用。主动系统方面，应引入太阳能集热、水蓄能、电蓄能等辅助技术，实现清洁能源对传统供能系统的补充。在系统联动上，应通过建筑能效管理平台整合被动节能措施与主动控制逻辑，形成“建筑物理—控制策略—能源系统”三维一体的节能设计框架。被动措施提供基础节能保障，主动系统提供动态调节能力，两者协同构成可感知、可调节、可反馈的能源使用体系，从根本上提升建筑暖通系统的能效极限与运行韧性。

结束语：建筑暖通系统作为建筑能耗的主要来源，其节能优化已成为推动绿色建筑与“双碳”战略实施的重要抓手。通过提升热源效率、优化输配系统、构建智能调度机制与推动系统协同控制，能够实现暖通系统从静态设计向动态高效运行的转变。节能理念应贯穿建筑全生命周期，持续引导暖通系统向智慧化、低碳化方向发展，为建筑行业可持续转型提供坚实支撑。

参考文献

[1]赵恒.基于建筑节能目标的暖通系统优化设计研究[J].建筑科学，2023，43（02）：112-117.

[2]刘颖.面向双碳目标的暖通空调系统节能策略探析[J].暖通空调，2023，53（04）：68-74.