低碳背景下綠色技術在建筑暖通設計中的應用

蘇海東 朱巖純 胡程科 葉圣旗

2022 年3 月，住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布的《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》明確提出，進一步加快城鎮(zhèn)綠色建筑改造工程，要求建筑工程、裝修工程全面執(zhí)行綠色建筑標準，注重建筑裝修的低碳性、環(huán)保性、經(jīng)濟性。我國各地都在部署綠色建筑發(fā)展規(guī)劃，綠色技術與建筑暖通設計的結合成為人們關注的重點。通過采用綠色技術科學設計建筑物的暖通系統(tǒng)，保證暖通系統(tǒng)、設備的經(jīng)濟性與環(huán)保性，能夠有效降低對自然資源的消耗，減少污染物的排放，從而落實相關政策的要求。為了實現(xiàn)建筑暖通設計的合理性、經(jīng)濟性以及環(huán)保性，本文分析了低碳背景下我國對建筑暖通設計的新要求和綠色技術的工藝體系，提出綠色技術在建筑暖通設計中的使用途徑，促進綠色建筑工程的實施。

1 綠色技術與暖通系統(tǒng)概述

1.1 綠色技術

綠色技術是各種先進技術與高新科技結合的產(chǎn)物，是具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、低碳經(jīng)濟以及可循環(huán)利用等特點的先進技術的統(tǒng)稱，常見的包括屋頂花園與垂直綠化、室內(nèi)照明節(jié)能設計、新風系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)等。綠色技術種類如圖1 所示。綠色技術的出現(xiàn)與我國低碳環(huán)保政策的實施密切相關，更與全球變暖、自然資源面臨枯竭等大背景密切關聯(lián)，其運用目的是為了保護自然環(huán)境，避免人類活動破壞自然生態(tài)系統(tǒng)，運用科學技術的力量實現(xiàn)人與自然的和諧共處。

圖1 綠色技術種類

1.2 暖通系統(tǒng)

暖通是建筑的重要組成部分，主要涵蓋供暖、通風和空氣調(diào)節(jié)3 個方面。其中，供暖是暖通系統(tǒng)的重要板塊之一，主要通過暖通設備以人工的方法轉(zhuǎn)換外界能源，向室內(nèi)提供熱量，滿足室內(nèi)的溫度需求，為人們提供供暖服務；通風系統(tǒng)則是通過安裝與設計通風裝置，實現(xiàn)室內(nèi)空氣的可循環(huán)，保證室內(nèi)空氣清新，減少室內(nèi)二氧化碳、有毒氣體的留存；空氣調(diào)節(jié)是通風系統(tǒng)的延伸，是在通風系統(tǒng)的基礎上優(yōu)化與處理室內(nèi)空氣。同時，暖通系統(tǒng)的自動化裝置會根據(jù)室內(nèi)空氣質(zhì)量進行智能化調(diào)節(jié)與工作，創(chuàng)造滿足人們生產(chǎn)、生活和科學試驗的空氣環(huán)境[1]。目前，市面上常用的暖通系統(tǒng)設備主要由空調(diào)系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)以及制程排氣系統(tǒng)等組成，這些系統(tǒng)功能往往通過中央空調(diào)系統(tǒng)控制實現(xiàn)，不同子系統(tǒng)發(fā)揮著不同的作用，中央空調(diào)系統(tǒng)作業(yè)流程圖如圖2 所示。。

圖2 暖通系統(tǒng)的作業(yè)邏輯

2 低碳背景下我國對建筑暖通設計的新要求

（1）低碳環(huán)保。目前，我國各地為了響應《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》的號召，陸續(xù)出臺了許多建筑裝修政策，對建筑暖通設計提出了新規(guī)定、新要求。其中，主要提出暖通系統(tǒng)的設計與規(guī)劃遵循低碳、環(huán)保的原則。要求使用具有綠色環(huán)保、節(jié)能減排等功能的暖通產(chǎn)品，在供暖、通風以及空氣調(diào)節(jié)上降低能耗與污染物排放，減少有害氣體的排出，并通過暖通系統(tǒng)的智能化調(diào)節(jié)裝置處理空調(diào)系統(tǒng)和新風系統(tǒng)，使其按照經(jīng)濟、低碳、環(huán)保的指標運行[2]。

（2）節(jié)能減排。節(jié)能減排是我國對工業(yè)產(chǎn)品、建筑裝修產(chǎn)品的主要要求。一是節(jié)約資源，如暖通設備的運行應降低對電能、水能的過度消耗，節(jié)約水、電資源；二是優(yōu)化處理暖通系統(tǒng)的排放物，降低對空氣環(huán)境的污染，同時減少熱量的排出，保證碳達標[3]。

（3）可循環(huán)利用。資源可循環(huán)利用不僅關系著暖通設備運行的經(jīng)濟性，更關系著對空氣環(huán)境、自然資源的保護。目前，很多生產(chǎn)廠商都通過在暖通系統(tǒng)中加入資源循環(huán)裝置實現(xiàn)暖通系統(tǒng)內(nèi)部的資源可循環(huán)利用。例如，進行建筑暖通設計時，充分利用余熱循環(huán)技術和熱能回收技術在暖通系統(tǒng)內(nèi)部建立資源循環(huán)機制，這樣暖通設備在運轉(zhuǎn)時就會回收自身產(chǎn)生的熱量，通過余熱循環(huán)裝置、熱能回收裝置將排放的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苜Y源，實現(xiàn)了資源的可循環(huán)利用，不僅有效降低能耗，還避免了排放物、熱量對空氣環(huán)境的不良影響。

（4）經(jīng)濟安全。由于暖通設計的目的是滿足人們?nèi)粘Ｉ钆c生產(chǎn)的需要，因此設計時還要注重暖通設備使用的經(jīng)濟性與安全性。暖通設備運行過程中涉及電源消耗、資源費用支出，暖通系統(tǒng)要堅持以人為本的原則，采用先進的節(jié)能技術降低資源損耗和成本支出，提高經(jīng)濟效益[4]。

3 低碳背景下綠色技術在建筑暖通設計中的應用途徑

3.1 太陽能技術

低碳背景下，綠色技術在建筑暖通系統(tǒng)設計中要保證實現(xiàn)節(jié)能減排、低碳環(huán)保的目標。為實現(xiàn)這一目標，可充分運用太陽能技術，其在國內(nèi)已經(jīng)發(fā)展了很長時間且有效運用于各個領域。例如，對于加熱裝置，通過在暖通系統(tǒng)中增設太陽能處理板塊與集成裝置，利用太陽能板存儲陽光熱量，再使用熱量傳輸裝置將熱量供給加熱系統(tǒng)，實現(xiàn)太陽能的利用。又如，在暖通系統(tǒng)外部增設太陽能收集板，將太陽能的熱量收集板固定在向陽的地方，并根據(jù)建筑的面積大小、結構和布局選擇光伏發(fā)電項目的大小與占地面積。另外，“太陽能+輔助電源”的能源供給模式可通過太陽能板吸收與轉(zhuǎn)化太陽能量，以滿足室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的用電需求，而在遇到雨天或陰天時則通過其他設備輔助整個暖通系統(tǒng)的供電，實現(xiàn)太陽能與其他能源的結合，降低電能損耗，提高經(jīng)濟效益，同時也提高了能源節(jié)約的效果[5]。

3.2 變頻技術

變頻技術作為一種常見的綠色節(jié)能技術種類，被廣泛運用到電氣設備中，其工作原理就是利用變頻工藝計算電氣設備的供電頻率與實際供電負荷，得出電氣設備實際運行的供電需求量，再通過變頻裝置調(diào)節(jié)供電源，優(yōu)化負載，達到降低功耗、高效利用資源、減少電量損耗及延長設備使用壽命的目的。變頻技術在暖通系統(tǒng)中的應用要點如下。

一是嚴格遵循《公共建筑節(jié)能（綠色建筑）設計標準》（DBJ 50-052-2020）中的取值范圍規(guī)定，界定變頻器的智能探測值范圍，保證變頻器正常、精準檢測與控制；二是根據(jù)暖通設備的獨立系統(tǒng)設置各個分單元的變頻器，例如，分別在供暖系統(tǒng)、新風系統(tǒng)以及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中安裝變頻器，通過變頻器控制各子系統(tǒng)裝置，并根據(jù)暖通設備的實際供電需求調(diào)節(jié)電壓負載，達到節(jié)能減排的目的；三是在設定變頻器頻率時應嚴格按照我國相關電氣設備的相關規(guī)范實施，最大程度發(fā)揮變頻技術的作用[6]。

3.3 綠色材料技術

目前，國內(nèi)建筑暖通設計領域大多從暖通設備的技術或裝置入手，達到低碳環(huán)保、節(jié)能減排的目的。綠色材料的運用一直是容易忽略的重點，目前我國對綠色材料技術方面的運用仍然處于探索階段。根據(jù)國內(nèi)外的做法，綠色材料技術在暖通設計中主要是根據(jù)施工成本與暖通設備的供應需求選擇合適的材料。例如，在運用制冷劑時盡量少用哈龍、氟利昂，可以選擇R410A，其為國際公認的新型環(huán)保制冷劑，與傳統(tǒng)材料相比不僅制冷（暖）的效率更高，而且不會損傷空調(diào)裝置，有利于優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)的制冷（熱）性能。該材料運用過程中排放出的氣體不會破壞臭氧層，具有穩(wěn)定、無毒、性能優(yōu)越以及環(huán)保等特點，是一種較好的綠色材料。又如，暖通系統(tǒng)設計時，使用吸濕性聚合物材料能夠很好地吸收暖通系統(tǒng)產(chǎn)生的熱能，并配合能源回收裝置存儲余熱[7]。

3.4 能源分析與循環(huán)利用技術

目前，在國內(nèi)建筑工程暖通設計中，最受歡迎的能源循環(huán)利用技術包括熱能回收技術和余熱循環(huán)技術。這兩種技術的邏輯機制均建立在能源分析工藝上，通過自動化、智能化設備判定暖通系統(tǒng)的熱量，回收與再利用暖通設備排放的熱量，達到資源可循環(huán)使用的目的。例如，對于熱能回收技術，暖通設備安裝時可以在暖通系統(tǒng)內(nèi)部增設余熱循環(huán)裝置，并通過該裝置回收暖通設備產(chǎn)生的熱量，自動轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨硇枨蟮哪茉础Ｓ秩纾酂嵫h(huán)技術主要是在暖通設備中加入廢氣渦輪系統(tǒng)，該系統(tǒng)裝置會回收采暖設備和空調(diào)中未充分利用的熱能，并將其傳輸給其他設備，如將空調(diào)的制冷系統(tǒng)余熱傳輸給新風系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)，可以實現(xiàn)暖通余熱的內(nèi)循環(huán)，提高暖通設備的經(jīng)濟性與節(jié)能環(huán)保性[8]。

4 結語

暖通設計中，應用綠色建筑技術的核心便是如何使暖通空調(diào)系統(tǒng)最大程度實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保效果。熱能回收技術和余熱循環(huán)技術都是綠色節(jié)能技術的主要組成部分，將其運用至建筑暖通設計中有利于提高暖通系統(tǒng)的經(jīng)濟性，降低能源消耗，實現(xiàn)資源的可循環(huán)利用。同時，在明確建筑暖通設計原則的基礎上，可通過太陽能技術、變頻技術、綠色材料技術、能源分析與循環(huán)利用技術的分析運用實現(xiàn)綠色技術和暖通設計的結合，從而促進建筑裝修工程的綠色、節(jié)能、低碳、環(huán)保。