建筑暖通空调系统能耗分析与节能改造策略

0 引言

随着城镇化进程加快，建筑能耗占社会总能耗比例攀升，暖通空调系统作为建筑能耗“大户”，其高能耗问题日益突出。当前部分建筑存在设计不合理、设备老化、管理粗放等问题，导致系统运行效率低下，能源浪费严重。在此背景下，开展建筑暖通空调系统能耗分析与节能改造研究，对降低建筑运行成本、缓解能源供需矛盾、推动绿色建筑发展具有重要现实意义。

1 建筑暖通空调系统能耗现状

当前，建筑暖通空调系统能耗呈现出总量大且增长迅速的态势。在城市化进程加速、建筑空间不断拓展的推动下，暖通空调设备的使用范围和时长持续增加。从地域分布来看，不同气候区域的建筑暖通空调能耗存在显著差异。在严寒和寒冷地区，冬季供暖能耗占据主导；而在夏热冬暖地区，夏季空调制冷能耗成为主要部分。

2 建筑暖通空调系统能耗影响因素

2.1 建筑设计因素

建筑设计阶段的诸多因素对暖通空调系统能耗有着基础性影响。建筑的朝向、体型系数、围护结构热工性能等是关键要素。不合理的建筑朝向会导致太阳辐射得热不均衡，增加空调系统的冷热负荷。较大的体型系数意味着建筑外表面积相对较大，通过围护结构的热量传递增多，从而加大暖通空调系统的能耗。围护结构的保温隔热性能差，如墙体、门窗等部位的传热系数过高，会使室内热量在冬季快速散失、夏季大量传入，迫使暖通空调系统长时间高负荷运行。

2.2 设备选型与配置因素

暖通空调设备的选型与配置直接关系到系统的能耗水平。设备的能效比、制冷（热）能力与实际需求的匹配度至关重要。若设备选型过大，在低负荷运行时会出现“大马拉小车”的现象，导致设备效率降低，能耗增加；选型过小，则无法满足实际使用需求，使设备长时间满负荷甚至超负荷运行，同样造成能源浪费。此外，设备的组合配置不合理，如多台设备之间缺乏协调运行机制，也会影响系统整体能效。

2.3 运行管理因素

运行管理是影响暖通空调系统能耗的重要环节。缺乏科学合理的运行管理制度，如设备的启停时间不合理、运行参数设置不当、维护保养不及时等，都会导致系统能耗增加。部分管理人员对暖通空调系统的运行原理和节能知识了解不足，不能根据季节变化、室内外环境参数和人员活动情况及时调整系统运行策略。例如，在过渡季节，未能充分利用自然通风和室外新风，仍开启空调系统，造成能源浪费。

3 建筑暖通空调系统节能改造策略

3.1 优化建筑设计

在节能改造中，优化建筑设计可从多个方面入手。针对建筑朝向，可通过调整建筑布局或增加遮阳设施，减少太阳辐射得热，降低夏季空调负荷。对于体型系数较大的建筑，可在不影响使用功能的前提下，对建筑外形进行适当改造，减小外表面积，降低热量传递。重点对围护结构进行节能改造，如采用新型保温隔热材料，提高墙体、屋面的保温性能；更换高性能门窗，降低门窗的传热系数和空气渗透量。

3.2 设备更新与选型优化

设备更新与选型优化是节能改造的核心环节。对于能效低下、老化严重的暖通空调设备，应及时进行更新换代，选用高效节能型设备。在设备选型时，要根据建筑的实际使用需求、负荷特性和运行工况，精确计算设备的制冷（热）量和功率，确保设备选型合理。同时，注重设备之间的匹配性，实现系统的协同高效运行。例如，选用高效的冷水机组，并合理配置水泵、风机等辅助设备，通过优化设备组合，提高系统整体能效。

3.3 升级控制策略

升级控制策略需构建“感知-决策-执行”闭环智能体系。在传感器部署上，采用多模态融合技术，集成温湿度、 CO₂ 浓度、PM2.5 传感器与红外人体存在探测器，实现对室内环境的多维精准感知，数据采集频率可达 1次/秒，确保控制响应滞后 <10 秒。控制算法层面，引入强化学习模型，通过历史运行数据训练系统自主优化调节策略，例如在人员密集时段提前30分钟预冷/预热，相比传统PID 控制节能率提升 8‰ 。变频技术应用中，针对水泵系统可设置“负荷-转速”动态映射曲线，当末端负荷率低于 40% 时，自动切换至“休眠泵 + 变频泵”组合运行模式，使电机能效始终维持在高效区。能源管理系统需具备异常能耗溯源功能，通过数据挖掘算法识别设备启停冲击、阀门泄漏等隐性能耗点，自动生成包含故障位置、影响程度、修复建议的可视化报告，辅助运维人员 4 小时内完成处置，实现从被动运维向主动能效管理的升级。

3.4 改进管道系统

管道系统节能改造需强化全生命周期管理。检查时可运用红外热成像仪扫描管道外壁，精准定位隐性漏点与热桥部位，采用非开挖修复技术对破损管道进行内衬修补，减少施工对建筑正常运行的影响。优化布局时，结合BIM 技术构建三维管道模型，通过流体力学仿真模拟不同管径组合下的阻力系数，动态调整管路走向，使沿程阻力降低 15‰ 。保温层施工中，推广使用闭孔率 595% 的纳米气凝胶毡，其导热系数 <0.015W/（m⋅K） ，在同等保温效果下厚度可减少 50% ，同时外覆防腐蚀铝箔胶带，形成“隔热-防潮-抗老化”三重防护体系。清洗维护可采用脉冲式水射流技术，通过20-30MPa 高压水流配合生物降解清洗剂，有效清除管道内壁沉积的菌藻黏泥与锈垢，恢复管道内径通流能力，使系统输送效率提升约 12‰

3.5 加强运行管理

加强运行管理是保障节能改造效果的关键。建立健全科学合理的运行管理制度，需以建筑功能特性与气候条件为依据，精准量化设备启停阈值，例如根据室外温度曲线动态调整空调启停时段，避免“空转”浪费。针对运行参数设置，可引入模糊控制算法，结合室内人员密度、设备发热功率等多维度数据，构建动态参数调节模型，实现冷热量输出与实际需求的精准匹配。加强人员培训时，除基础操作技能外，可定期组织案例研讨会，剖析典型能耗异常事件的排查思路与解决方法，同时通过在线学习平台推送最新节能技术标准与行业前沿动态，强化管理人员的创新思维。在能源管理计划中，需建立三级预警机制：当实时能耗超过基准值 5% 时触发黄色预警，超 10% 启动橙色预警并自动锁定异常设备，超 15% 则启动红色预警并联动专家团队介入诊断。

结语

建筑暖通空调系统节能改造是实现建筑低碳发展的关键路径。通过优化设计、更新设备、升级控制、改进管道及强化管理等策略，可有效降低系统能耗。未来，需持续推动技术创新与管理升级，将节能理念深度融入全流程，助力建筑行业向高效、绿色、可持续方向转型，为“双碳”目标实现提供有力支撑。

参考文献

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