摘要：从2007年起，国家层面由政府主导推动了一系列大型建筑节能和能源审计活动，来纠正长期以来单位建筑面积能耗指标过高的状况。缓解能源缺乏和资源破坏，节能减排、持续发展战略成为暖通空调行业必须研究跟踪的新课题。回顾13年来的节能技术推广、改造的实践，反思这些年来暖通空调节能新技术的应用的得失，对未来的暖通空调节能的技术进步，具有指导意义。
关键词：暖通空调、建筑空调、全过程管理、节能设计、能源计量管理
引言
2017年全国建筑能耗9.47亿tce，其中建筑能耗占总能耗的21.11%，全国综合碳排放因子2.16kgCO2/kgce(即平均每消耗1㎏煤，释放2.16㎏二氧化碳），公共建筑碳排放强度约是全国平均强度的2.11倍。2001年热力碳排放系数0.1284tCO2/GJ,与2017年几乎完全相同，说明供热能源结构未发生变化。
2018年，我国建筑面积总量约601亿平方米，其中城镇住宅建筑面积为244亿平方米，农村住宅建筑面积229亿平方米，公共建筑面积128亿平方米，北方城镇采暖面积147亿平方米。2018年，中国民用建筑建造能耗为5.2亿tce，约占全国能耗的11%。城镇住宅、农村住宅、公共建筑分别占比为42%，14%和44%。
从2001年到2018年，建筑能耗总量及其中电力消耗量均大幅增长。2018年，建筑运行的总商品能耗为10亿tce，约占全国能源消费总量的22%，建筑商品能耗和生物质能共计10.9亿tce（其中生物质能耗约0.9亿tce）。四类建筑用能分项各占建筑能耗的1/4左右。近年来，随着公共建筑规模的增长及平均能耗强度的增长，公共建筑的能耗已经成为中国建筑能耗中比例最大的一部分。
2018年我国民用建筑建造相关的碳排放总量约为18亿t CO2。其中建材生产运输阶段用能相关的碳排放以及水泥生产工艺过程碳排放是主要部分，分别占比65%和30%。中国建筑运行的化石能源消耗相关的碳排放为21 亿t CO2。折合单位面积平均建筑运行碳排放指标为35kg/平方米。四个用能分项的碳排放占比分别为：农村住宅23%，公共建筑30%，北方采暖26%，城镇住宅21%。
总之，我国公共建筑用能体量巨大，碳排放量超过民用建筑，供热能源结构未发生根本变化。
一、加强对公共建筑暖通空调项目节能应用的全过程管理
国家机关办公建筑和大型公共建筑年耗电量约占全国城镇总耗电量的22%，每平方米年耗电量是普通居民住宅的10～20倍，是欧洲、日本等发达国家同类建筑的1.5～2倍。运用经济、法律和行政管理手段，完善节能管理体系，培育和规范建筑节能服务体系，形成政府监管、市场引导的推进模式，建立促进节能的长效机制，稳步推进。在不降低甚至提高室内环境质量的前提下，降低单位面积的综合能耗，具有积极的社会意义和商业价值。专业的暖通空调工程设计得到广泛的应用和认可，但面临的新问题也不可忽视，比如节能设计方案粗线条化、对节能理念缺乏足够的认识、设备实际选择与设计不符等等，导致暖通空调系统在建筑空调节能设计中的应用出现了相应的问题。为了更好地提高暖通空调工程质量，贯彻节能减排的方针政策，需要相关人员在施工组织、设备采购、设备安装、设备调试全过程中加强监管，尽量避免施工阶段就出现问题。运维管理人员应该尽早进场，保障暖通空调工程的有效开展与质量控制，切实提高工程质量，达到设计目标。
公共建筑中的暖通空调节能设计处于公共建筑节能减排的首发重要位置，暖通空调节能设计方案的成败，也基本决定了该项目节能效果的成败。根据笔者本人三十多年暖通行业的实践经验，个人认为：一个成功的节能的暖通空调项目，决定于设计方案（工艺与标准、经济性计算比较）、设备选择、施工安装、运维管理、能源管理、持续改进六个方面。从业主到各阶段服务管理人员必须互相沟通、协作配合，严格执行相关技术规范、标准，制定相关管理和奖惩制度，积极支持新技术的引入，并熟悉操作运行使用方法，方能达到节能目的。
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二、公共建筑暖通空调节能设计应用的原则
1、避免单一化能源结构选择
目前暖通空调常用的能源种类有：电、煤、油、天然气、液化石油气、生物质能源棒、太阳能、蒸汽。很多工程师靠电网供电包打天下，根本不考虑其他能源品种的选择。不可否认电能具有清洁、安全、高效、系统简单的优点，特别是现在强调环保、安全的当下，电能似乎成为不二之选。其实其他能源品种有的具有电能无法比拟的优势，比如：①煤和油、液化石油气中能量可以以稳定安全高浓缩形式长久储存，这是电能无法实现的；②在某种情况下蒸汽又更加具有经济价值，如余热蒸汽、附近电厂发电尾汽；③太阳能又是高原地区、高太阳辐照地区的优质能源选项。现在从上到下，有一种错误的认识，认为煤锅炉是不环保的，需要淘汰，其实经过改革开放四十多年的环保技术引进、吸收、应用总结，这种认识需要纠正。以笔者本人在广东地区成功设计并主持运管的四座20000~40000Nm3/h炉窑高温烟气脱硫、脱硝、脱氟、除尘、余热回收项目的成功实践来看，无论是污染物排放浓度和总量，还是长周期稳定运转、运行维护成本、回收收益方面，均收到了良好效果，并经历过2010年广州亚运会期间大气环境严格监控的考验。总之，国内环保行业在燃煤锅炉废气治理上已经达到了很高的治理水平，包括烟气余热回收、脱硫、脱硝、除尘，已经做到了耐腐蚀、长期达标、长寿命、低烟气压力波动、低处理成本、废渣废粉尘无害化处理。只要配套设计及管理到位，燃煤锅炉并不会造成较大的大气污染。
单一的能源结构对于一个项目、一个地区、一个国家来说，是不安全和健康的，存在比较大的能源风险。这种风险，既有经济风险，也有断供风险。所谓的经济风险，是指单一的能源品种，议价能力不强，受市场影响大。早期的广州市，推行出租车进行改装使用LPG（液化石油气）政策，建立了不少加气站，刚开始，使用LPG的出租车司机很满意，因为确实比加油省钱。后来遇到全球性LPG大涨价，由最初的1600元/吨，上涨到8000元/吨，造成很多出租车停驶来减少损失。2000年时期，由于煤价便宜，差不多80~110元/吨，蒸汽价格大约60~80元/吨，造成当时的溴化锂蒸汽制冷机十分畅销火爆，溴化锂制冷机迅速抢占电制冷机市场较大份额。到了2008年，煤价飙升到800元/吨以上，蒸汽市场价提到了224元/吨（不含税），造成溴化锂制冷机运行成本飙升，很多业主叫苦不迭。本人给一个工厂做了一个电制冷机替换溴化锂制冷机的改造项目，只投入了一台制冷量为1650冷吨的10000伏高压离心式制冷机，工程项目连带主机、管路、高压柜、机房，总投入约230万元，享受政府一级能效退税补贴18万元，实际总投入212万元，在年均电价0.61元/kwh下，经过一年运行，最终结算365天成本，比前一年使用蒸汽制冷节省了560万元成本。笔者举这种例子，想表达的意思是，单一能源品种，抗经济风险能力较弱，而不是说蒸汽不好。
2008年年初南方地区出现大面积冻雨，造成高铁线路等电气化铁路供电电缆断裂，电气化机车无动力电源，南方铁路线纷纷陷入瘫痪状态，最后依靠北方老旧的柴油火车头南下支援才慢慢缓解。2015年开始，在北方地区推行城市采暖“煤改气”政策，各地纷纷拆除煤锅炉，上马天然气锅炉，结果2017年出现大面积天然气“气荒”，西气东输管路在上游段就被截留消耗掉，中段及下游段城市几乎天然气断供。依靠天然气锅炉采暖的很多城市采暖停供，农村采暖恢复到木炭取暖。这种教训真是深刻啊。
确保能源供应安全，尽量选择配置两种或多种类能源供应，提高抗经济风险和抗断供风险能力，在此基础上，考虑节能措施。希望本人的这种观点能够得到更多同行的认同和支持。
2.全过程节约与节能
一些人在设计管道时，喜欢尽量选小尺寸，觉得能够节约投资，私人安装承建商也喜欢这样，因为能够节约管材、节约安装人工、减少安装空间要求、降低安装难度，就是没有考虑业主使用后将长期付出水泵运行能耗损失，更不会考虑业主未来扩容的隐性需求。要区分一次性投资与长期收益的关系，要全项目流程来考虑计算，做到不遗漏、科学合理的平衡。很多工程技术人员缺乏基本的经济学常识，有些人过分强调一次性投资的适当增长完全属于浪费，看不到更算不清未来可期的节能方面的获益；另外一些人恰恰相反，过分重视节能收益，而不注意一次性投入的成本。关于成本与节能收益二者间需要从项目全过程视角来按照经济学原理，找到一个合理恰当的平衡点，这里涉及到利率、CPI、主要能源价格波动，注意分析主要敏感因子，来判定方案的取舍。
3.可回收性原则
暖通空调工程在安装过程中，需要使用钢材、铝材、铜材、水泥、橡胶、玻璃钢、塑料以及木材、油漆、胶水、玻璃棉、岩棉、橡塑材料、制冷剂等。其中钢材、铝材、铜材、制冷剂属于可回收利用材料；橡胶、塑料、木材、橡塑材料属于需要焚烧处置材料；玻璃棉、岩棉、水泥需要特别填埋处置的材料。至今仍然无法做到一个完整的暖通工程所有材料能够完全回收，将一个工程项目使用寿命尽量延长，才是最大的资源利用。
4.循环利用性原则
设备模块化、系统模块化、组件（构件）标准化、管道BIM设计工厂化预加工是循环利用的有效途径。模块化带来的好处是配件甚至机组可以通用互换，减少了运维过程的配件库存量，为运维市场化外包和零库存管理做好了准备。
三、公共建筑暖通空调节能设计要满足新的政策要求
1、增加暖通空调项目的系统能源计量考核管理方案
针对缺失能源管理现状，做好国家机关办公建筑和大型公共建筑的节能管理工作,对实现建筑节能规划目标具有重要意义。为此,2007年,国务院下发了《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》(国发[2007]15号),其后,建设部、财政部颁布了《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》要求,明确提出了“建立全国联网的国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测平台,逐步实现全国重点城市重点建筑动态能耗监测的工作目标。通过对高耗能重点建筑安装分项计量装置,采用远程传输等手段及时采集分析能耗数据,实现对重点城市、重点建筑能耗的实时动态监测;对能耗统计、能源审计等基本信息实现全国联网,进行汇总分析。新建建筑、改扩建建筑用能监测系统工程的建设,应与建筑、电气及智能化系统的设计统一规划、同步设计、同步建设、同步验收。建筑能耗统计按照空调形式分类:集中式全空气系统、风机盘管+ 新风系统、分体式空调或 VRV 的局部式机组系、其他共4类。 按照采暖形式分类上报:散热器采暖、地板辐射采暖、电辐射采暖及其他共4类。
冷热源、输配系统和照明等各部分能耗应进行独立分项计量
能耗监测系统：指通过对国家机关办公建筑和大型公共建筑安装分类和分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现重点建筑能耗的在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称。
数据中转站：为了减轻数据中心的服务器负载，优化网络传输效率，设立数据中转站。数据中转站采集并缓存其管理区域内监测建筑的能耗数据，并全部转发给上一级数据中心。数据中转站不负责数据的加工和处理，也不永久性存储数据。
数据中心：采集并存储其管理区域内监测建筑的能耗数据，并对本区域内的能耗数据进行处理、分析、展示和发布。数据中心一般设在部级、省（自治区、直辖市）级和监测建筑较多的城市，除部级外的数据中心应将各种分类汇总数据逐级上传到部级数据中心。
部级数据中心设立在住房和城乡建设部，主要任务是接收各省、自治区、直辖市数据中心上传的分类分项能耗汇总数据，同时也接受国家机关事务管理局、教育部数据中心等上传的能耗汇总数据。部级数据中心还负责针对上传数据进行汇总分析，生成国家级的汇总数据和相关分析数据，以报告、报表形式，提供给住房和城乡建设部、财政部等国家相关主管部门。
2、暖通空调项目节能设计方案要考虑节能任务分解分层分级考核的需要
从管理学的角度来审视考核活动，应该采用任务分解法，落实到每一个参与项目活动的人和部门。室内环境使用者对其活动范围内的节能结果数据负责，项目操作运维管理者对系统节能综合数据负责。项目设计者要事先在每一个活动单元的区域分配设置足够多的能量、冷量、热量计量表，以及环境监控温湿度计、系统启闭控制阀门或装置，带有测量、报警、显示功能。暖通空调设计师喜欢按流程系统（如冷冻水系统、冷却水系统、风机系统、制冷主机系统）分类计量，这种分类需要坚持；另外还要考虑实际使用者按部门、按房间、按楼栋、按楼层分类计量考核的习惯。
很多承建商为节省成本，把很多机组控制做成单片机控制的形式，对集中中央统一控制、管理、计量不利。强烈建议采用能够大数据交互通讯的DDC(直接数字楼宇控制系统）或DCS（集散控制系统），以暖通空调项目自动控制为主导，附带照明、热水、蒸汽、消防、安防、电梯、门禁、停车、餐饮等统一集成中央管理。
3、推广使用高能效比的技术升级的新产品
使用低品位低焓值热源，替代旧标准高焓值热源，是一种行之有效的节能选择。使用45~55℃的热水采暖替代原来的75~90℃热水采暖，可充分利用空气能低温热泵技术，得到60℃热水。现在三菱重工甚至开发出了室外温度零下25℃下，通过二氧化碳压缩机，在无电辅助加热下，得到90℃的热水。低温空气能热泵具有安装简单、快捷、模块化、清洁、安全的优点，可以替代原来的小型采暖锅炉，草地、屋顶均可摆放安装，具有还冷暖两用，冬季采暖、夏季制冷的便利。
近年暖通空调节能技术进步进展神速，EER\COP不断创造新记录。高精度数字机床的面世，配合电脑3D绘图设计软件的应用，制造出高效3D多级离心式压缩机叶轮。笔者1992年开始使用重庆通用的R11负压离心式制冷机，能效比只有2.6左右，当时引进了一台同类的100万大卡/时制冷量的美国开利制冷机，EER已经提升到了3.2；目前国产开利离心式制冷机的EER能效比基本已经提高到了6.1。一些使用磁悬浮技术的压缩式制冷机，已经可以将EER提升到恐怖的12 以上。
暖通空调中另外两种耗电大户设备是普遍使用的离心式风机和离心式水泵，近年的效率虽有较大提高，特别是进口水泵的效率高达82%，是国产水泵需要追赶的。如何选用高效风机与水泵，需要暖通空调工程师重视起来。
使用包括但不限于地源热泵、水冰蓄冷、空气能热泵技术、转轮全（显）热交换器、低温蒸汽压缩技术、二氧化碳压缩机超低温制热技术、磁悬浮压缩机制冷、太阳能制冷、密闭式冷却塔、水量均衡技术等等。这些新设备、新技术，应纳入暖通空调工程师们的视野，并使之成为暖通空调项目的节能降耗的利器。
结束语
综上所述，在现阶段的公共建筑暖通空调节能项目实施过程中，需要推广使用高能效比的新设备，采用节能新技术，注意能源品种多样化配置，确保能源供应抗风险能力，以项目全寿命周期考核节能与节约的关系，加强能源计量控制与考核的方案实施。
参考文献：
[1]《GB50189公共建筑节能设计标准》
[2]《国家机关办公建筑和大型公共建筑能源审计导则》
[3]《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统—分项能耗数据采集技术导则》
[4]《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统—分项能耗数据传输技术导则》
[5]《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统—楼宇分项计量设计安装技术导则》
[6]《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统—建设、验收与运行管理规范》
[7]《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统—软件开发指导说明书》
[8]《DL/T 448 电能计量装置管理规程》
[9]《JJG162 冷水水表检定规程》
[10]《JJG686 热水表检定规程》
[11]《民用建筑能耗和节能信息统计报表制度》