低碳建筑暖通空调的节能减排技术应用研究

中图分类号：TU201 文献标识码：A

引言

随着低碳建筑理念的普及，传统暖通空调系统重制冷制热、轻能效优化以及重设备运行、轻系统协同的弊端日益凸显，如空调机组COP 偏低、冷热输送过程能耗损失大、缺乏动态负荷适配能力等。当前，空气源热泵、地源热泵、智能调控等节能减排技术逐步应用于暖通空调领域，通过能源结构优化、设备升级与运行管控革新，实现降能耗、减排放与保舒适的平衡。深入研究低碳建筑暖通空调的节能减排技术，对推动建筑从被动节能向主动低碳转型、实现建筑领域碳达峰碳中和目标具有重要现实意义。

1 低碳建筑暖通空调节能减排的核心技术方向

1.1 清洁能源驱动的能源系统优化技术

一是热泵技术应用，空气源热泵通过吸收空气中的低位热能实现制冷制热，无需燃烧化石燃料，COP 可达2.5-4.0，相比传统燃气锅炉节能 50% 以上；地源热泵利用地下恒定温度场，能效更稳定，COP 可达3.0-5.0，且运行过程无碳排放，适用于地质条件适宜的低碳建筑；二是分布式能源系统整合，将燃气轮机、微燃机与暖通空调结合，形成冷热电三联供（CCHP）系统，燃气燃烧发电后，利用余热制备冷水或热水，能源综合利用效率提升至 80% 以上，减少能源梯级利用损失；三是绿电直供技术，通过建筑屋顶光伏、分布式风电等可再生能源发电，直接为暖通空调系统供电，降低对电网火电的依赖，结合储能系统存储富余电能，解决可再生能源波动性问题，实现绿电-暖通零碳联动。

1.2 高效设备与输送系统升级技术

一是高效空调机组研发应用，采用变频压缩机、高效换热器提升空调机组能效，变频机组可根据负荷变化调节转速，部分负荷下能耗降低30%-50% ；磁悬浮离心式冷水机组无机械摩擦，COP 可达 6.0 以上，且运行噪音低，适用于大型低碳建筑；二是冷热输送系统优化，采用大温差输送技术，减少水泵、风机的输送流量，降低输送能耗；采用变流量控制技术，根据末端负荷动态调节水泵、风机转速，避免大流量小温差的能耗浪费；三是末端设备节能升级，推广使用辐射供暖供冷末端，通过辐射换热替代强制对流，温度分布更均匀，且能耗比传统风机盘管降低 20%-30% ；末端设备配备智能温控阀，实现分区域、分时段精准控温，避免过度供能。

1.3 基于负荷动态适配的智能运行管控技术

一是建筑负荷精准预测，利用AI 算法结合气象数据、建筑使用规律，提前 24-48 小时预测建筑冷热负荷，为暖通空调系统调度提供依据，避免盲目供能；二是自适应调节技术，通过部署温湿度传感器、CO₂传感器、人员存在传感器，实时采集末端环境参数与负荷变化，自动调节空调机组出力、水泵转速、末端阀门开度，如人员离开区域自动降低供能强度，负荷高峰时优先保障核心区域舒适需求；三是数字孪生管控平台，构建暖通空调系统数字孪生模型，映射物理系统的设备状态、运行参数与能耗数据，通过模拟分析优化运行策略，同时实现故障预警，减少因设备异常导致的能耗升高。

1.4 建筑与暖通系统协同节能技术

一是被动式节能与主动式供能协同，通过提升建筑围护结构保温性能、优化建筑朝向与自然通风设计，减少建筑冷热损失，降低暖通空调设计负荷，实现被动减负荷+主动高效供能的协同；二是余热回收与再利用，回收建筑内余热，通过余热回收装置将余热用于预热新风或制备热水，减少暖通空调系统的额外供能；在冬季，利用新风余热提升空调回风温度，降低制热能耗；三是多系统联动调控，将暖通空调与照明、遮阳、新风系统联动，如夏季光照强烈时，自动关闭西向遮阳帘，减少太阳辐射得热，同步降低空调制冷负荷；室内 CO₂浓度超标时，优先增大新风量而非降低空调温度，平衡室内空气质量与能耗。

2 低碳建筑暖通空调节能减排技术的应用策略

2.1 基于建筑类型的技术适配选型

一是居住建筑，以高舒适性、低运行成本为目标，优先选用空气源热泵与辐射供暖末端，结合光伏储能系统实现绿电供能，适配家庭分散式供能需求；二是办公建筑，以高负荷波动、多区域管控为目标，采用变频多联机 .+ 智能温控系统，结合冷热电三联供应对白天高峰负荷，利用夜间低谷电价储能，降低运行成本；三是大型公共建筑，以高负荷、高稳定性为目标，采用地源热泵 + 磁悬浮冷水机组 + 变流量输送系统，结合数字孪生平台实现全系统协同管控，确保大规模供能的高效与稳定。

2.2 全生命周期的系统优化设计

一是规划阶段负荷精准计算，采用动态负荷计算软件替代传统静态计算，考虑气象参数、建筑使用规律、设备散热等动态因素，确保系统设计负荷与实际需求匹配，避免大马拉小车；二是建设阶段系统集成优化，注重设备与系统的兼容性、管道与设备的安装精度，确保系统整体能效；三是运行阶段动态调适，在系统投运后，通过调试优化运行参数，避免因参数设置不合理导致的能耗浪费；定期对设备进行维护，确保设备长期高效运行。

2.3 技术协同与效益评估机制

一是多技术协同应用，如空气源热泵、光伏储能、智能调控协同，光伏为热泵供电，智能调控匹配负荷与供能，三者结合实现零碳供能、高效运行；地源热泵、余热回收协同，利用余热提升地源热泵进水温度，降低热泵压缩机能耗；二是全维度效益评估，从能耗、碳排放、经济性三维度评估技术应用效益，如通过能耗监测平台统计技术应用后的能耗下降率，通过碳排放核算模型计算碳减排量，结合初始投资与运行成本分析投资回收期，为技术推广提供数据支撑；三是政策与市场激励结合，利用政府补贴降低技术应用初始成本，通过碳交易市场将碳减排量转化为经济收益，提升低碳建筑业主应用节能减排技术的积极性。

3 结束语

低碳建筑暖通空调的节能减排技术通过清洁能源替代、设备升级、智能管控与系统协同，实现了从高能耗高排放向低能耗低排放的转型，其核心价值在于通过技术创新降低暖通空调能耗与碳排放，同时保障建筑室内舒适性，通过技术适配选型、全生命周期设计与多技术协同，可最大化节能减排效益。未来，暖通空调节能减排技术将向零碳供能、全域协同、智能自愈方向升级，进一步提升低碳建筑的能源利用效率与碳减排能力，为建筑领域实现“双碳”目标提供核心支撑。

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