綠色建筑在暖通空調方面的節能措施

楊 一 帆

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

綠色建筑在暖通空調方面的節能措施

楊 一 帆

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

總結了綠色建筑的相關重要政策，強調了暖通空調節能的重要性，并從設計、技術、管理三方面，介紹了綠色建筑在暖通空調方面的節能措施，在降低建筑能耗的基礎上，滿足了人們對室內熱舒適性的要求。

綠色建筑，暖通空調，節能，運營管理

改革開放以來隨著我國城鎮化水平的提高和人們對室內熱濕環境的熱舒適性要求的提高，建筑能耗與日俱增。在全球能源危機日益加劇的背景下，國務院辦公廳于2013年1月1日轉發發展改革委、住房城鄉建設部《綠色建筑行動方案》；住建部于2015年1月1日正式實施GB/T 50378—2014綠色建筑評價標準；2016年9月3日中國批準加入《巴黎氣候變化協定》對我國的節能減排又提出了更新的要求。綠色建筑的特點是“四節一環保”，“節能”是其核心，暖通空調能耗又是建筑能耗中的主要部分，因此降低暖通空調系統能耗具有很強的社會意義與經濟效益，其能耗降低的具體方法可以從設計、技術、管理三個方面來思考。

1 設計角度

1.1 采暖

1)體形系數與窗墻面積比的確定。在設計建筑時應當選擇合理的體形系數和窗墻面積比。體形系數大，同體積的建筑，外表面積越大，在相同條件下通過外圍護結構傳熱量也越大，增加建筑的冬季采暖能耗。因此應當盡量減小建筑物的體形系數；某一朝向上的窗墻面積比越大，則該朝向上的開窗面積越大，窗玻璃的傳熱系數一般較相應墻體的傳熱系數大得多，實際施工中窗與墻接縫處保溫效果一般也較差，窗縫數增多還會增加房間的冷風滲透，因此增大窗墻面積比也會增加建筑物能耗，但是開窗過少會影響建筑物的采光、通風，因此窗墻面積比也不宜過小。在實際設計過程中，暖通專業應當與建筑學專業溝通，嚴格按照《公共建筑節能設計標準》，對建筑物的體形系數、窗墻面積比、外圍護結構的傳熱系數進行綜合考量。

2)熱負荷計算。一般的民用建筑，在施工圖設計階段，應當嚴格遵照《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》，對每個房間進行熱負荷計算，計算時，應注意各類附加和不同采暖系統負荷計算時的差異，不可熱指標直接計算，因其計算結果往往偏大，會直接影響后續的系統、設備選型，增加建筑物能耗與運營成本。

3)系統形式選擇。在能采用重力循環系統的前提下，應選擇重力循環系統；系統的選擇還應便于分戶計量，因此常選用雙管系統或單管跨越系統，同一住戶的各個房間最好還應實現溫度獨立調節；應當加大供、回水溫差，減小水流量實現節能；低溫熱水輻射供暖系統比傳統的散熱器對流散熱器供暖系統室內設計溫度低2 ℃～3 ℃，因此可優先選擇低溫熱水輻射供暖系統，降低供暖耗能。

4)熱源選擇。加強集中供熱基礎理論研究，大力推廣集中供熱技術，優先采用城市熱網熱量，取代傳統的小鍋爐房，提高燃料的燃燒效率，達到節能環保的目的。對于有條件利用工業余熱或熱電聯產余熱的地區，可以采用余熱鍋爐，減少傳統化石能源的燃燒。農村地區，可以采用生物質鍋爐、沼氣鍋爐等特種鍋爐作為建筑熱源，充分利用當地的生物質資源代替煤炭。

1.2 通風

常見的通風方式從通風動力上可分為自然通風和機械通風兩類。自然通風的動力是由溫差引起的熱壓和建筑物外氣流引起的風壓，不需要借助風機的動力，因此更加經濟、節能，在設計時應當充分利用建筑物自然通風。

1.2.1 平面布置

對于一定區域內多棟建筑的布置，采用斜列式或錯列式的布置更有利于將自然通風的氣流導入建筑群內部，故應優先考慮這兩種布置形式。

1.2.2 自然通風形式的確定

在炎熱地區，應減少房間相對通風洞口之間的隔斷，充分利用穿堂風，但也應同時考慮人體熱舒適性的要求；在寒冷地區，尤其針對于公共建筑，應采用中庭進行自然通風，如果對中庭的氣流組織設計有較高要求時，還可用CFD輔助建模模擬計算。

1.2.3 自然通風動力

當自然通風動力不足時，除了增大風壓、熱壓外，還可減小窗扇的局部阻力系數(如使用平開窗)來強化自然通風。

1.2.4 通風量

通風量大小的確定應兼顧室內空氣品質和建筑物能耗兩方面的要求，當采用機械通風時，通風量過大勢必引起建筑物能耗增加。對于通風量的選擇設計則應遵照國家規范和相關行業標準，若國內相關標準沒有涉及的問題，還可以參考ASHRAE Standard 62.1等相關國外標準作為補充。

1.3 空調

首個現代空調自20世紀初由美國開利公司發明至今已有100多年的歷史。空調可直接調節室內熱濕環境的溫度、濕度、空氣流速、潔凈度，比傳統采暖系統更具優越性，無論使中央集中式空調還是家用空調器都得到了廣泛的應用，但高能耗也是其應用過程中不可忽視的問題。

1.3.1 室內空氣設計參數的選擇

室內空氣設計參數的選擇應嚴格遵照國家相關規范。其值的確定一要考慮人體對熱濕環境的反應，常用預測平均評價(PMV)進行評估；二要考慮節能要求，避免過冷、過熱使空調用電能耗過大；三要考慮建筑物的實際運營工況，對不經常使用的房間降低負荷和溫、濕度要求，減少使用能耗。《綠色建筑評價標準》中將“人員短期逗留區域空調供冷工況室內設計參數宜比長期逗留區域提高1 ℃～2 ℃，供熱工況宜降低1 ℃～2 ℃”作為控制項要求，設計時應特別注意。

1.3.2 中央空調節能

對于工業建筑的中央空調，應當設計一套中央空調能效管理平臺，一般包括：冷機智能控制系統、水泵變頻智能控制系統、空調箱變頻智能控制系統、冷卻塔變頻智能控制系統，使中央空調系統能夠靈活適應負荷變化，設計時還應注意空調空氣壓縮機余熱的回收利用，降低使用能耗；對于民用建筑，也要注意中央空調的自控調節，以酒店為例，ASHRAE 189.1—2014中要求“客人離開后30 min內在設定溫度基礎上自動調高3 ℃(供冷工況)或調低3 ℃(供暖工況)；空房狀態時或客人離開時間達16 h后自動設定為不低于27 ℃(供冷工況)或不高于16 ℃(供暖工況)。”依據房間的負荷變化，設置空調供冷、供暖工況的溫度限值和調整范圍，對于降低建筑使用能耗十分有利。

2 技術角度

2.1 建筑信息模型技術

建筑信息模型(BIM)技術是綠色建筑節能設計的一種有效的手段，也是國家今年大力推廣技術手段，住建部就曾于2015年6月16日印發《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》。BIM的基本思路是將傳統2D的工程圖轉化為3D的模型，再轉化為可用于分析的BIM模型。BIM技術的核心是BIM軟件，國外常用的BIM軟件有Revit，Achicad等，國內常用軟件有綠建斯維爾等。國外軟件技術相對成熟，但對國內標準的支持往往較差；國內軟件起步較晚，但是對國內標準支持較好，也符合國內設計者的操作習慣。對于暖通設計，借助于已建好的BIM模型，可進行熱工類分析：能耗計算、暖通負荷、采暖、空調節能設計；風環境模擬：室外各季節風環境模擬、室內自然通風模擬、通風氣流組織設計模擬；暖通空調系統的控制監測模擬；檢查管道碰撞等。通過計算機仿真模擬，優化設計、施工、運營管理，切實做到“四節一環保”。

2.2 可再生能源利用技術傳統

可再生能源是相對于煤、石油、天然氣等傳統化石能源的新能源，包括太陽能、風能、地熱能、水能、生物質能等。傳統化石能源不僅燃燒效率低、污染大，而且是不可再生能源。現在的建筑用能主要以直接燃用煤或用電為主，而用電多來源于火力發電廠，二者均屬于直接或間接利用化石能源。隨著能源危機的加劇，可再生能源因其可再生、污染小也成為了建筑用能的一個方向。

對于暖通專業，常用的可再生能源有：太陽能、地熱能、風能。

2.2.1 太陽能

可以將太陽能作為熱源，通過太陽能集熱器，利用收集的太陽能對水加熱，熱水一方面可以滿足部分生活用水的需要，另一方面可以作為太陽能低溫熱水輻射采暖系統的熱媒，滿足冬季供暖需要。將光伏元件與建筑圍護結構相結合，可利用太陽能，使光伏建筑一體化，供給建筑物的生活用電的需要，緩解城市電網壓力，節約能源。從通風角度看，還可在建筑物內設計太陽能煙囪，利用太陽輻射造成的溫差，增大自然通風的熱壓，強化自然通風。

2.2.2 地熱能

本專業中地熱能的應用主要是通過地源熱泵系統來實現的，將土壤、地下水、地表水中的低位地熱能利用熱泵轉化為高位能；冬季提取地熱能，用于室內采暖；夏季將熱量釋放到地下，為室內制冷。地源熱泵系統還可以和太陽能系統聯合應用，將地熱能與太陽能同時作為建筑物供冷供暖的熱源，既有助于恢復土壤溫度，提高熱效率，又可以克服天氣變化對太陽能系統的影響，滿足室內負荷的要求。

2.2.3 風能

我國具有豐富的風能資源，但風能資源的利用受地區與季節的影響很大，推廣起來有一定難度。對于風能利用，一方面可以選擇合適的風場，建立一定規模的風力發電廠，供給建筑用電；也可以直接利用城市樓群風，將風力發電設備與建筑物本身相結合，供給其內的建筑設備用電。歐美等國還利用風力制熱技術，將風能利用直接或間接的手段轉化為熱能，滿足家庭用熱需要。

3 管理角度

從建筑的這個生命周期來看，暖通空調系統的管理包括兩個部分：施工管理、運營管理。

3.1 施工管理

建筑設備施工時應采用綠色施工技術與方案，其核心同綠色建筑一樣依然是“四節一環保”。應當依據施工能耗指標，進行合理的施工組織設計和施工進度規劃。在進行管道及相關設備的安裝時，首先考慮電能消耗較少的方式；對需進行保溫的管道，應注意臨界絕緣直徑的大小，合理控制保溫層厚度。對于工地的臨時宿舍和辦公場所，要注意外圍護結構的保溫，以控制冬季采暖能耗；臨時場所的位置應選在便于自然通風的位置，充分利用自然通風，減少夏季空調、風扇耗能。

3.2 運營管理

暖通空調系統的能耗主要在設備的運營過程中產生。暖通空調系統本身是許多屋宇設備的集合，為了便于人們控制，應當設計相應的自動控制系統，使設備能夠靈活適應負荷變化，提高設備的能效比；對設備應當進行定期的清理維護，延長設備的使用壽命，同時提高設備的運行效率；對物業管理人員做好專業培訓，再先進的系統也是由人創造的，更離不開人的管理，操作者水平的高低會對系統的長期運行能耗產生重要的影響。

[1] GB 50736—2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

[2] GB 50189—2015,公共建筑節能設計標準[S].

[3] GB/T 50378—2014，綠色建筑評價標準[S].

[4] 葉 凌,柯尊友,王清勤.ASHRAE 189.1—2014《高性能綠色建筑設計標準》簡介[J].暖通空調,2015(7):53-58.

[5] 龍惟定.物業設施管理與暖通空調[J].暖通空調,1998(4):27-31.

[6] 陸耀慶.使用供熱空調設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[7] 王崇杰，蔡洪彬，薛一冰，等.可再生能源利用技術[M].北京：中國建材工業出版社，2014.

[8] 丁云飛，李風雷，董重成,等.建筑設備工程施工技術與管理[M].北京：中國建筑工業出版社，2013.

On energy-saving measures of green buildings in heat and ventilation air-conditioner

Yang Yifan

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

The paper sums up the related important policies of the green building, emphasizes the importance of the heat and ventilation air-conditioner energy-saving, introduces the energy-saving measures of the green buildings in the aspect from the heat and ventilation air-conditioner from the design, techniques, and management, so as to meet the demands of residents for the heat comfort based on lowering the architectural energy consumption.

green building, heat ventilation air-conditioner, energy-saving, operation management

1009-6825(2017)05-0207-03

2016-12-08

楊一帆(1994- )，男，在讀本科生

TU201.5

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