綠色建筑的暖通空調設計

吳躍升

（北京建筑大學，北京100044）

綠色建筑的暖通空調設計

吳躍升

（北京建筑大學，北京100044）

結合項目實踐對綠色建筑的暖通空調系統設計做了分析和總結,闡明了暖通空調設計的重要作用，提出了增量成本控制方法與關鍵技術策略選擇組合,對暖通空調設計在申請綠色建筑認證中的作用進行了綜合分析評價。

暖通空調；綠色建筑；增量成本

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.024

1 引言

現代社會正面臨著嚴重的空間、環境與能源危機。城市空間日益緊張，生活環境日漸惡化，而常規能源已然走向枯竭。在此背景下，“綠色建筑”逐步為人們所認識。綠色建筑即“在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源(節地、節能、節水、節材)、保護環境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。”

綠色建筑能切實節約有限的資源，減少CO2的排放，提高建筑品質，降低建筑日常運營費用，對建設資源節約型、環境友好型社會，實現可持續性發展，促進建筑業節能減排，提升房地產行業產品競爭力具有重要意義。

筆者所在公司開發的某住宅項目，位于北京市大興區，臨近即將建設的首都第二機場，區位優勢明顯。項目周邊配套完善豐富，交通便利，環境優美，戶型設計考究，具備較好的綠色建筑基礎條件。自2013年起，公司將綠色建筑設計、申報標識作為設計管理的重點之一，組織業內知名的中國建筑科學研究院等單位，整體研究技術策略，精心設計，全力將本項目打造成真正綠色宜居的居住者家園。在設計過程中，暖通空調系統的設計起到了至關重要的作用。

2 綠色建筑總體目標

該項目要達到的綠色建筑具體目標是：達到《綠色建筑評價標準》（GB/T50378—2006），（以下簡稱《標準》）規定的三星級要求，獲得綠色建筑三星級的標識。申報范圍為地塊住宅部分（含地下范圍），項目規模：總建筑面積約9.7×104m2，其中：地上建筑面積7.4×104m2,地下建筑面積2.3×104m2。

2.1 綠色建筑評價范圍

《標準》的評價范圍主要涉及下列6個方面，評價指標也從這6個方面推出：

1）節地與室外環境；

2）節能與能源利用；

3）節水與水資源利用；

4）節材與材料資源利用；

5）室內環境質量；

6）運營管理。

從上面可以看到，《標準》中對綠色建筑的評價角度是全方面、全專業的，甚至還將運營管理都涵蓋進去，而不僅僅是設計評價，這也是《標準》的特色之一。對其中每個方面的要求，都分為控制項、一般項和優選項。

6個評價方面中，除了“節水、節材”兩方面與暖通空調設計關系較小（實際上也有關聯），其他方面都與其設計內容相關，并且影響較大。可見暖通空調設計在綠色建筑設計中的重要性。

按《標準》中規定，綠色建筑應滿足所有控制項的要求，并按滿足一般項數和優選項數的程度，劃分為三個等級。表1為綠色住宅建筑的相關要求。

表1 綠色建筑（住宅）星級評價指標項一覽表

依據《標準》，項目擬達到住宅建筑三星級標準，即需控制項要求全部滿足(表1中沒有列出)；一般項要求各部分滿足規定的項數；同時還需滿足優選項不低于5項。

3 綠色建筑的暖通空調技術措施（策略）

3.1 概述

為達到國家綠色建筑三星級標準要求，需要采取的暖通空調技術措施有很多。本著經濟適用、實施性強的原則，我們與綠建咨詢單位、建筑設計單位進行多輪探討，確定了一系列必選技術措施，下面列選一些著眼于暖通空調系統的重點技術項部分做詳細論述（為論述方便，以下按主要評價指標分類加以說明）。

3.2 場地的室外熱工環境

3.2.1 住區風環境有利于冬季室外行走舒適及過渡季、夏季的自然通風（4.1.13一般項）

自然通風雖然是被動式設計，但也是廣義通風系統設計需要重點關注的。這也是與常規的通風設計不同之處。此項的判別主要依靠風環境模擬計算。通過采用CFD（Computational FluidDynamics，計算流體力學）的方法對建筑周圍的風環境狀況進行建模、模擬評價，主要分析冬季風速風壓的舒適性和過渡季避免通風死角。

通過模擬設計計算，得出各項指標均能滿足基本要求。

圖1是春季1.5m高度小區內風速流線，圖2是冬季小區建筑迎風面風壓分布

圖1 春季1.5m高度小區內風速流線

3.2.2 住區室外日平均熱島強度不高于1.5℃（4.1.12一般項）

此項的判定實際上也需要熱環境模擬計算。鑒于北京干旱、少降水、河流湖泊不多的區域現狀，此項作了放棄。

事實上合理地放棄某種不易實現的評價指標也是一種策略，對于成本投入過大、技術上難于實現的指標要果斷拋棄。

圖2 冬季小區建筑迎風面風壓分布

3.3 室內環境質量

3.3.1 客廳、臥室、書房外窗開啟面積不小于房間地板面積的5%（4.5.4室內環境控制項），臥室、起居室和廚房的窗地比不低于1/7

此項是針對戶內采光通風效果提出的必須滿足項，事實上在《建筑采光設計標準》《住宅設計規范》等國標中也都有相關規定。

住宅戶型優先設計便于組織有效的自然通風，為室內提供充足的新風。開窗方式平開內倒式窗，開窗位置形成穿堂風。穿堂通風可有效避免單側通風中出現的進排氣流參混、短路、進氣氣流不能充分深入房間內部等缺點。采光通風狀況見圖3。

圖3 窗地比及外窗開口面積計算示意圖

這項策略看似是建筑專業應該核算的，但對其效果評判實際應該通過暖通空調專業對氣流組織進行評估。這足以表明綠色建筑的實現需要各專業的密切合作。

3.3.2 采用地板采暖與浮筑樓板相結合，有效降低樓板撞擊聲聲壓（4.5.3室內環境控制項）

此項措施高于一般設計要求。本項目采取低溫熱水輻射方式采暖，樓板墊層厚于通常做法，即便如此，樓板撞擊聲隔聲效果也不能滿足《標準》要求。因此我們采取了既能達到節能標準又能達到隔聲要求的辦法：結合地板采暖設置浮筑樓板，將浮筑樓板的浮筑層和地板采暖結合起來，即將原地板采暖構造的30mm厚聚苯板增加為40mm厚聚苯板，既作為絕熱層又兼做浮筑層，再在其上鋪設加熱水管，然后澆注細石混凝土墊層，再做面層，將浮筑層沿側墻向上貼約100mm，以避免聲橋。這種做法能將樓板的撞擊聲壓級降到70dB以下，獲得良好的隔聲、減震效果。

這項措施是對暖通設施的1個巧妙利用，既保證了隔熱效果，又提高了隔聲標準。

3.4 節能與能源利用

3.4.1 外圍護結構—外墻保溫構造

根據《標準》第4.2.1條“住宅建筑熱工設計和暖通空調設計符合國家批準或備案的居住建筑節能標準的規定。”及第4.2.10條“采暖或空調能耗不高于國家批準或備案的建筑節能標準規定值的80%”，本項目提高了墻體保溫標準。因項目地處北京，按照北京市《居住建筑節能設計標準》（DB 11/891—2012）對居住建筑進行節能設計，節能率為75%，即可滿足該項要求。具體做法為：100mmXPS聚苯板（3層以上涂料飾面）或100mm巖棉板（首、2層干掛石材）。

此外，設計過程中特別注意了熱（冷）橋。陽臺、雨篷、挑檐和女兒墻是常見的容易產生熱橋的區域，構造設計時特別注意了盡量讓保溫層閉合。不采暖地下室上部地板及不采暖樓梯間隔墻上均設置保溫層。外窗四周的外側墻面粘貼保溫層，外門窗縫隙使用密封材料進行可靠密封。圖4為典型節點做法示意。

圖4 非封閉陽臺節點做法示意

這些保溫節能措施，保證了采暖、通風系統的節能效果。暖通空調系統的節能性，很大程度上需要高效能的圍護結構。

3.4.2 亮點技術：無動力風帽

衛生間的排風采用無動力風帽，以改善排氣效果，減少通風能耗。無動力風帽是利用室外自然風及熱壓原理，室內外空氣溫差形成的氣流使扇葉高速旋轉，在通風管道上部形成負壓，加大管道的排風能力，從而使排煙道的混濁空氣排出。它解決了共用排煙道因自然風力和氣壓的強弱而帶來的不穩定性和阻力損失，同時，可以借助外界風力加快風帽的運轉，加大煙道內的排煙，減小了整個排煙氣系統的阻力。

無動力風帽應具有防雨、防雪、防倒風的功能，維修與保養方便，安裝簡單。圖5是無動力通風帽安裝示意圖。

圖5 無動力通風帽安裝示意圖

3.5 暖通空調系統“綠色”設計要點

3.5.1 地板采暖系統應分環路設置溫控閥，分室設置溫控器，實現分室溫控（4.5.9室內環境一般項）

此項旨在增強室內溫度調節功能，以達到節約能源的目的。事實證明，臥室、客廳等居住空間有不同的采暖溫度需求，老人、小孩和中青年人對適宜溫度的要求有明顯差異。為此目的，本項目各主要居住房間地板采暖分環路布置加熱管，各環路上加裝溫控閥門，室內設置溫控器控制各環路上溫控閥門，以實現分室溫控；各環路加熱管的長度應盡量接近，利于水利平衡。如圖6所示。

圖6 分室溫控做法

3.5.2 集中采暖系統的熱水循環泵的耗電輸熱比應滿足《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ 26—2010的要求（4.2.5節能一般項）

此項也需根據設計計算書進行驗算，驗算依據下列公式：

本項目住宅部分選擇低溫熱水地板輻射采暖系統，設計熱負荷Q=3274.6kW，選擇2臺水泵，2用1備，水泵揚程H=30m，流量G=150m3/h，水泵設計工作點效率ηb=0.85，A=0.003858，B=20.4，室外主干線∑L=498.5m，α=0.0115。

循環水泵耗電輸熱比限值EHRmax計算：

結論：EHR=0.010011＜EHRmax=0.01008，滿足要求。

3.5.3 太陽能熱水系統，小區中50%以上的住戶應采用太陽能熱水系統提供生活熱水（必須滿足4.2.11節能優選項）

此項技術策略針對本項目具體情況，同時依據《北京市太陽能熱水系統城鎮建筑應用管理辦法》文件綜合考慮，在項目住宅部分全部區域采用了太陽能生活熱水系統。系統型式為集中集熱分戶換熱/輔助加熱。這種系統提高了集熱效率，便于物業統一管理，同時供水效果較好，可以同時滿足7棟10層住宅及2棟9層住宅共645戶大部分的生活熱水。

3.6 運營管理

運營管理主要為申報綠色運營標識使用，設計階段不作

為評價指標。但為了體現技術的整體性和連續性，本項目在設計階段也為運營和施工預設了良好的實現條件，以期進一步獲得運營標識。

運營管理方面，對于綠色建筑的運營管理，即是通過物業的運營過程和運營系統來提高綠色建筑的質量、降低運營成本和管理成本、節省建筑運行中的各項消耗（包括能源和人力消耗）。在綠色建筑中，運營管理主要通過物業管理工作來體現。從綠色建筑全壽命周期來說，運營管理是保障綠色建筑性能，實現綠色建筑各項設計指標，實現節能、節水、節材、綠化及保護環境的重要環節。運營管理部分的評價主要涉及物業管理（節能、節水與節材管理）、綠化管理、垃圾管理、智能化系統管理等方面。

《標準》中住宅建筑運營管理指標共有12項，與暖通空調相關的主要是計量、自動控制、設備管道維修。

3.6.1 智能化系統的設置需滿足國家相關標準以及《居住區智能化系統配置與技術要求》CJ/T174中的基本配置要求（4.6.2運營管理一般項）

智能化居住區是現代生活不可或缺的必選條件之一。本項目主要從滿足居住者公共服務的角度出發，對小區智能化方面的熱計量、采暖通風設備自動控制作了基本配置。

本技術策略也是基于建設智能化小區作出的基礎配置要求。

3.7 結語

從以上分析可以看出，綠色建筑技術是屬于“錦上添花”式的技術體系，其中的技術標準在常規的設計規范標準中也會常常遇到，只是規范的角度和目標不盡相同。《標準》中的一般項和優選項，通常是高于常規設計規范標準的，在實施過程中必然導致出現增量成本，這一點正是綠色建筑設計建造過程中需要重點考慮決策的問題。

此外，運營管理和施工管理在一般性的規范標準中很少要求，而在《標準》中則詳細規范了各種標準要求，這也體現了綠色建筑設計建造過程中的全局視角和整體性，是《標準》中的一大特色。

暖通空調系統的設計對綠色建筑的實現起到至關重要的作用。通過上述技術策略體系的建立和設計過程植入，將會保證項目設計建筑的“綠色”屬性，真正地實現綠色建筑設計和建造。

4 綠色建筑自評估判定和申報

4.1 項目自評估

在申報綠色建筑標識過程中，項目的自評估是很重要的一環。根據咨詢單位提供的《綠色建筑咨詢報告》，整理出申報綠色三星級設計標識的全部技術自評估指標，通過是否滿足條文來判定三星級申報所需指標數量。

通過對綠色建筑技術判定表的對照分析，可以較為直觀地看到項目綠色技術的采納、未采納和不必參評情況，便于綠色技術體系的建立，整體反映項目采納的綠色技術策略。

表2為本項目綠色評價指標項評估總體情況，通過匯總，表明項目整體可達到綠色三星設計標準。

表2 綠色指標項評估結果

由表2可見，綠色指標項評估中，“節地、節能、室內環境和運營管理”幾方面大都與暖通空調系統設計密切相關。

4.2 申報評審

綠色建筑申報評審是獲得綠色建筑設計標識的很重要一環。依據“評估判定表”和評估結果，項目委托中建院制作了綠色建筑申報匯報文件，于2014年3月專家會進行評審。會上組織與會專家統一進行項目申報綠建評審，各位專家對項目的綠色技術尤其是暖通空調技術運用情況做了充分肯定，認可各個團隊做出的努力。

2014年6月，項目正式取得住建部頒發的綠色建筑三星級設計標識。

5 關于增量成本

在我國現階段，設計建造綠色建筑一般會帶來增量成本，這是制約綠色建筑發展的一大重要因素。增量成本也是影響本項目綠色技術運用的重要因素。項目伊始，結合規劃及建筑方案，我們組織綠色建筑咨詢單位、設計院、公司成本部門共

同探討各項綠色技術的成本實施代價，通過綜合比較制定合理技術方案，同時,注意統計增量成本項，對項目的增量成本做了估算。由于北京市執行一般國標和地方標準要求較高，在這個高起點上，增量成本相對較低，大致在50元/m2左右。

表3是綠色建筑關鍵技術項增量成本概況。

表3 綠色建筑關鍵技術項增量成本概況

表3中帶*項是與暖通空調設計直接相關的。由表3也可看出，設計選擇恰當的暖通空調系統，在控制綠色建筑增量成本方面也有重大意義。

6 結語

綠色建筑作為近年來行業內的熱門話題，其評價標準、技術手段和研究題目層出不窮，除了國家標準《綠色建筑評價標準》，地方例如天津等城市都出臺了諸如《中新天津生態城綠色建筑評價標準》及相關細則。可以說技術體系比較豐富規范。然而就整個房地產市場而言，真正設計建造成國家星級尤其是三星級（最高星級）的綠色建筑的項目并不多。這種現象一方面跟宣傳力度不夠有關，另一方面跟消費者的認同度也有關系。

在此背景下，眾美集團勇于開拓，將綠色建筑作為房地產產品創新的重要技術手段。筆者有幸作為本項目的綠色設計組織者和負責人，組織協調咨詢單位、設計單位、總包單位和集團各個部門，對項目綠建設計、優化、實施過程中竭盡全力，但也遇到了很多困難。本著提升項目附加值、突破創新的信念下，大家迎難而上，千方百計想盡一切辦法解決困難和問題。也幸而遇見了各個單位、部門的優秀同仁，大家集思廣益，迸發出創造力的火花。

在綠色建筑的設計過程中，暖通空調系統作為至關重的一環，其主導地位越來越凸現。事實上，在國外的綠色建筑評價標準中，比如英國的BREEAM和美國LEED認證體系，"節能、能源利用“方面的評分權重相當高，這在公共建筑中更為明顯，而這方面主要依靠暖通空調的良好設計來實現。在我國，新版《綠色建筑評價標準》已于2015年1月正式修訂實施，新標準也采用了國際上流行的評分方式，其中節能這一部分，居住建筑和公共建筑分別占到了0.24和0.28的權重；而諸如”室外環境、室內環境質量"部分與暖通空調設計的關系也相當密切。

本項目于2013年開始設計，綠色咨詢設計同步進行；2014年6月正式獲得國家綠色三星級設計標識；2016年，根據公司經營籌劃目標，該項目將繼續爭評綠色運營標識。通過這個項目的實踐，筆者深刻體會到，綠色建筑在我國方興未艾，無論從技術水平、施工及材料設備產業化、綠色建筑產品提供商等等與國外相比還有一定差距，尚需要各行各業的共同努力。從暖通空調部分設計出發，一定要朝著高效、節能、環保、舒適健康的設計目標努力。

隨著新標準的更新、改進，暖通空調設計者在做綠色建筑設計過程中角色日漸重要，不僅要對自身知識理解透徹，還要對相關建筑、結構、景觀、電氣等多專業觸類旁通、協調配合，才能把設計做好，使得綠色建筑真正發揮功效和作用，得到業主認可，獲得技術水平的提高。作為從事建筑和房地產領域的技術人員，有責任為國家綠色事業的發展盡綿薄之力。

【1】GB/T 50378—2006綠色建筑評價標準[S].

【2】DB/T 29-192—2009中新天津生態城綠色建筑評價標準[S].

【3】住建部，中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施 節能專篇（建筑/暖通空調·動力）[M].北京：中國計劃出版社，2009.

【4】李巍，葉青，趙強.英國BREEAM可持續社區評價體系研究[J].生態城市與綠色建筑，2014年春季刊：90-96.

The HVAC Design of Green Building

WU Yue-sheng
(Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing 100044,China)

Accordingtotheappliedproject,inthispapertheHVACsystemdesignofgreenbuildingiscategorized.Thesignificanteffectof HVAC design isgiven and the technology are summarized,furthermore,the controlling factors for incremental cost and the details of key tech-strategyaresuggested.Atlast,basedonabove,theHVACdesigntothegreenbuildingauthenticationisanalyzedandappraised.

HVAC;greenbuilding;incrementalcost

TU831；TU832

B

1007-9467（2016）07-0102-06

2016-02-23

吳躍升（1976～），男，河北唐山人，高級工程師，從事項目管理研究（電子信箱）wu_ele@263.net。