建筑供热通风与空调工程节能技术的创新及数字化应用探讨

引言

随着城市化进程加速，建筑能耗占全球总能耗比例持续攀升，成为建筑领域节能减排的重点对象。传统 HVAC 工程依赖高耗能设备与粗放式管理模式，存在设备能效低、能源浪费严重、系统调控滞后等问题。本文围绕建筑 HVAC 工程节能技术创新与数字化应用展开深入探讨，分析其应用模式、实践成效与发展趋势，为行业提供可落地的解决方案，助力实现建筑领域的节能减排目标。

一、建筑供热通风与空调工程能耗现状分析

1.1 能耗现状与问题

在建筑能耗体系中，供热通风与空调（HVAC）工程占据着关键地位，其能耗问题日益凸显。传统 HVAC 设备普遍存在能效偏低的现象，大量老旧设备仍在使用，难以满足节能降耗的要求。部分建筑的空调系统在运行过程中，即使室内无人或负荷较低时，设备依然保持全功率运转，造成能源的严重浪费。系统运行方面，各子系统间协同性差，热源、输配与末端设备常处于非匹配状态。通风系统在设计与运行时，也常忽视实际需求，造成通风过度或不足，进一步加剧能耗问题。

1.2 能耗问题成因

造成 HVAC 工程能耗问题的原因是多方面的。在设备选型环节，由于前期规划不充分，设计师往往为追求安全余量，过度配置设备容量，导致 “大马拉小车” 的现象频发，设备长期处于低效运行状态。系统设计缺陷也是重要因素。部分建筑 HVAC 系统设计未充分考虑建筑功能、使用场景及地域气候差异，导致系统无法适应实际需求。运行管理层面，缺乏专业的运维团队与科学的管理制度，设备维护保养不及时，故障隐患长期存在，进一步降低设备性能与系统能效。

1.3 节能需求与趋势

随着环保意识的提升和可持续发展理念的深入，HVAC 工程节能已成为建筑行业的迫切需求。从政策层面看，国家对建筑节能的要求愈发严格，推动行业必须积极探索节能路径。在能源资源日益紧张的背景下，降低 HVAC 工程能耗，有助于缓解能源供应压力，实现能源的合理利用。HVAC 工程节能将朝着高效化、智能化、集成化方向发展。高效化体现在新型节能设备与技术的广泛应用，不断提升系统能效。智能化借助物联网、人工智能等技术，实现系统的智能监测、精准调控与自主优化。集成化则强调多能互补、可再生能源与 HVAC 系统的深度融合，提高能源综合利用率。通过这些发展趋势，HVAC 工程将逐步摆脱高能耗困境，助力建筑行业绿色转型。

二、建筑供热通风与空调工程节能技术创新

2.1 高效设备与系统创新

高效设备与系统创新是推动建筑 HVAC 工程节能的核心动力。在制冷设备领域，磁悬浮制冷机组凭借无机械摩擦的特性，显著降低运行损耗，相比传统离心式制冷机组，能效大幅提升。其通过磁悬浮轴承技术，使压缩机实现高速稳定运转，减少能量损失，同时具备良好的部分负荷调节能力，能够精准匹配建筑动态冷负荷需求，广泛应用于大型商业综合体、写字楼等场所的中央空调系统。

2.2 可再生能源集成创新

可再生能源集成创新为 HVAC 工程节能开辟了新路径。太阳能作为清洁、可再生能源，与 HVAC 系统集成的方式日益多元。太阳能光热系统可与热泵结合，在光照充足时，将太阳能转化为热能用于加热生活用水或辅助建筑供暖，减少常规能源消耗；太阳能光伏系统则可为 HVAC 设备供电，实现能源的自给自足。地热能利用在 HVAC 工程中同样前景广阔。地源热泵系统通过地下埋管换热器，利用地下浅层稳定的温度场进行热量交换，冬季供热、夏季制冷，具有高效、环保、稳定的特点。

2.3 系统优化与协同创新

基于整体能效提升的系统优化、多能互补系统设计等，属于基于系统视角的协同创新，是实现未来城镇整体能效提升的有效路径；将建筑和工业生产、数据中心产生的废热回收，用于建筑物采暖或建筑供冷预热冷水，是基于系统视角的 HVAC 系统优化以及余热回收利用的重要途径；基于系统视角的 HVAC 系统各子系统间的协同控制等，亦是协同创新的重要组成部分。

三、建筑供热通风与空调工程数字化应用

3.1 物联网技术应用

物联网应用到建筑 HVAC 工程中，使得 HVAC 工程进入管理新境界。在HVAC 系统中广泛安装传感器，包括温度、压力、流量传感器等，在设备、管道、重要节点上实现全覆盖，实时监控设备运行参数、环境、能耗等，形成一个完整的感知网络，这些传感器就像系统“神经末梢”，及时发送到中央控制中心，管理人员远程知道设备运行状态，对 HVAC 工程实施 24h 不间断监控。通过物联网，实现设备的故障警报，当监测到设备运行参数不正常时，系统给予警报，并定位故障位，通知维修工进行处理，从而避免因设备故障造成能源的浪费和系统中断。

3.2 大数据与人工智能技术应用

在大数据技术对于 HVAC 系统而言，可以通过大量运行信息数据来实现挖掘系统的内涵价值。通过大量数据分析运行数据、环境数据以及耗能数据，能够探究出建筑设备系统运行中的有效规律和潜在的节能效能。而人工智能技术可提高 HVAC 系统在整体建筑设备系统的智能化水平，通过将机器学习算法进行负荷预测的模型，依据大量的历史数据信息以及实时环境信息实现对于未来建筑冷热负荷的预测，提前调整 HVAC建筑设备系统运行参数实现对冷热负荷精准供能。

3.3 数字化管理平台构建

数字化管理平台是贯穿于 HVAC 工程各种数字化技术的总枢纽，基于 BIM（建筑信息模型）及 GIS（地理信息系统）技术建立的管理平台，实现将建筑空间信息、设备信息、系统拓扑关系等信息三维可视化展示，供管理人员对整个 HVAC 系统有直观和全面的把握。通过平台进行设备全生命周期管理，从设备的采购、安装调试、运行维护，到报废更新整个过程的信息都可在平台进行记录和管理，可以集成物联网采集的数据、大数据分析的结果、人工智能优化的策略，实现子系统间的联动运行。

结语

本研究表明，节能技术创新与数字化应用的深度融合，为建筑 HVAC 工程节能增效提供了有效路径。高效设备、可再生能源集成及系统协同优化等技术，结合物联网、大数据与人工智能应用，显著提升了系统能效，降低了运行成本与碳排放。随着技术持续革新与应用深化，HVAC 工程将朝着更智能、更低碳的方向发展，为建筑行业可持续发展注入强劲动力。

参考文献

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