既有建筑暖通空调系统改造中的热舒适性与能耗平衡研究

引言

既有建筑的暖通空调系统在现代城市能源消耗中占据重要比例。大量建于上世纪末和本世纪初的建筑在设计与施工过程中，并未充分考虑到能效标准和室内热舒适性需求，随着使用年限的增长，其运行效率逐渐下降，室内环境难以满足现代居住与办公要求。近年来，随着节能减排政策的不断推进，既有建筑的暖通空调改造成为建筑节能领域的重要方向。改造的目标不仅是降低能源消耗，更要兼顾居住者的热舒适性，保持室内环境的稳定和健康。然而，热舒适性与能耗之间往往存在一定的矛盾，过度追求舒适会带来能耗的显著增加，而单纯节能又可能损害舒适性。因此，如何在两者之间实现平衡，成为既有建筑改造中亟待解决的问题。本文将从系统现状、舒适与能耗矛盾、优化路径及未来趋势等方面展开探讨。

一、既有建筑暖通空调系统的现状分析

随着时代发展和科学技术的进步，人们对建筑功能需求也与日俱增。20 世纪 90 年代初的老建筑在设计时对于机电系统的考虑往往较为简单，无法满足当下的使用需求。这一现实决定了既有建筑的暖通空调系统普遍存在技术落后、能效低下、运行维护困难等问题。其结果是，建筑能耗在总能耗中的比例偏高，特别是在夏季和冬季能源使用高峰期，既有建筑的暖通空调能耗占比往往超过总能耗的一半。

除此之外，老旧系统在空气质量控制方面也存在严重不足，许多建筑的空气过滤和新风系统无法满足当下的健康标准，导致二氧化碳浓度偏高和空气污浊问题频发。部分建筑的噪声控制能力不足，设备长期高负荷运转产生的噪声干扰，直接影响到居住者和办公人员的舒适体验。此外，由于缺乏智能化控制手段，设备运行模式往往依赖固定设定，无法灵活应对气候和负荷变化，能源利用率大打折扣。这些问题综合在一起，说明既有建筑的暖通空调系统不仅在能源层面效率不佳，在舒适性和健康性方面同样存在短板。

二、热舒适性与能耗矛盾的内在逻辑

热舒适性与能耗之间的矛盾是既有建筑改造的核心问题。提高热舒适性的方式通常包括增加制冷或制热负荷、提高空气流通效率以及优化湿度调控，这些措施往往伴随着能耗的提升。对于既有建筑而言，其机电系统原有容量有限，若单纯追求舒适性，系统运行将长期处于高负荷状态，不仅增加能耗，还会缩短设备寿命。

热舒适性通常采用预测平均投票（PMV）与不满意百分比（PPD）等指标进行评价。PMV 综合考虑人体对温度、湿度、风速和辐射环境的主观感受，而PPD 则反映群体中对环境不满意的人数比例。当PMV 接近零、PPD 小于 10% 时，被认为处于最佳舒适状态。但要在既有建筑中实现这样的指标水平，往往需要系统投入更多能耗来维持温湿度和空气流速的稳定。这一矛盾凸显了舒适与节能不可兼得的困境，也表明传统的单一运行模式难以满足复杂环境下的双重需求。

另一方面，如果在改造中仅注重节能而忽视舒适性，则可能出现室内温度不均、湿度调节不足等问题，影响居住和工作的健康体验。这种情况在办公楼和学校建筑中尤为突出，长期处于不舒适的环境可能影响生产效率和学习效率。因此，必须通过科学的系统改造，在能耗控制与热舒适性之间寻找平衡点，并在此过程中引入更加精细化的管理理念和综合评价方法，使两者能够在实践中实现动态协调。

三、既有建筑暖通空调系统的优化路径

在既有建筑改造中实现热舒适性与能耗平衡，需要多方面的技术路径支撑。首先，应对系统进行全面检测与评估，明确现有设备的运行效率和潜在问题。基于评估结果，可以通过替换高效机组、优化管网布局以及增加节能控制设备来提升整体性能。其次，加强建筑围护结构改造，如增加保温层、改善窗体性能，能够显著减少冷热负荷，从源头上降低系统能耗。

在此基础上，应更加注重室内空气品质与环境均匀性。除了常规的温湿度调节外，可以通过分区控制、变风量系统以及需求响应技术实现按需供给，避免能源的浪费。同时，采用先进的控制策略是优化的关键。通过智能化控制技术，可以实时监测室内外环境参数，并自动调节系统运行状态，使室内温度、湿度和空气质量始终维持在合理范围内。这样不仅提高了舒适性，也避免了能源的过度消耗。特别是在夏热冬冷地区，动态控制策略能够针对不同季节和气候条件，灵活调整运行模式，实现节能与舒适的统一，并逐步实现由单一调控向综合智慧管理的过渡，推动暖通系统整体水平的提升，同时为未来与城市能源网络的深度耦合提供基础条件，从而真正实现建筑运行的长效节能与可持续发展。

四、改造中的能耗平衡与可再生能源利用

在改造过程中实现能耗平衡，除了优化设备与控制策略外，还需要引入可再生能源。太阳能光热、地源热泵等技术能够有效分担传统能源负荷，降低系统运行的能耗水平。例如，利用太阳能辅助供热系统，可以在冬季为建筑提供部分热源，减轻暖通空调系统的压力。在夏季，地源热泵能够利用地下土壤温度的稳定性，实现高效制冷，从而在满足舒适性的同时降低能耗。

此外，储能与分布式能源系统的引入也是未来的重要方向。通过蓄冷蓄热技术，可以在电价低谷或气候条件适宜时储存能源，在高峰时段释放，既能平抑电力负荷，又能提升整体经济性。再者，将可再生能源与智能电网结合，利用能源管理系统实现建筑能耗的精细化调度，使暖通空调系统能够在保证舒适性的同时实现低碳运行。这种多能源互补与智能化协同，将成为未来既有建筑改造的主要趋势，也意味着建筑能源利用模式将逐步向高效、低碳与可持续方向演进，推动城市整体能源体系的优化升级，并进一步带动绿色建筑标准与相关政策的完善与落实，从而在节能与减排、技术与管理两个层面形成合力，为城市绿色转型和能源结构优化奠定坚实基础。

五、结论

既有建筑暖通空调系统的改造是城市节能减排和提升居住环境质量的重要环节。在改造过程中，热舒适性与能耗之间的矛盾是不可回避的核心问题。通过合理评估现状、优化系统设计、改善围护结构以及引入智能控制和可再生能源技术，可以在两者之间找到平衡点。未来，随着节能标准的不断提高和新技术的推广应用，既有建筑暖通空调系统改造的方向将更加注重整体性能的提升与长远可持续性。实现热舒适性与能耗平衡，不仅是满足人们居住与工作需求的现实要求，也是推动低碳城市和绿色建筑发展的必然趋势。

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