綠色建筑領域暖通空調技術的應用

李 杰

1 綠色建筑領域暖通空調技術的應用原則

隨著全球變暖、能源短缺和環境污染等問題的日益凸顯，綠色建筑理念應運而生。綠色建筑是指在整個生命周期中盡可能減少對環境的影響、提高資源利用率、改善室內環境質量以及保障人們身體健康的建筑，主要包括建筑設計、建筑施工、建筑使用、建筑維護和建筑拆除等多個環節[1]。暖通空調系統作為綠色建筑的重要組成部分，直接影響建筑的節能性和環保性。因此，暖通空調技術在綠色建筑領域的應用和優化至關重要，針對這一問題的研究也具有重要的現實意義。下面詳細介紹下綠色建筑領域暖通空調技術需遵循的原則：

1.1 綠色環保原則

綠色環保原則是指在設計和施工過程中，應盡量選擇易于回收和重復使用的材料，最大限度減少對環境造成的污染，降低能源消耗，延長建筑的使用壽命。在暖通空調系統中，應選擇環保的制冷劑和高效的過濾器，減少氟利昂等有害氣體的排放，凈化室內空氣，并合理利用可再生能源[2]。

1.2 節約能源原則

節約能源原則就是要盡可能減少能源消耗。在綠色建筑中，可以通過改變建筑結構形式、加強保溫、優化采光等方式實現能源的節約。其中，暖通空調系統應選擇高效節能的設備并利用可再生能源等來減少能源浪費，從而達到節能的目的。

1.3 循環利用原則

循環利用原則是指應盡可能利用已有資源，減少浪費。在綠色建筑中，可以通過回收利用廢棄物資等來實現循環利用。而暖通空調系統則可通過蓄熱、蓄冷等技術將剩余的熱量或冷量儲存起來，以便在需要時使用。

2 綠色建筑領域暖通空調節能技術的具體應用

2.1 太陽能技術的應用

太陽能空調系統是一種利用太陽能對空氣進行加熱、冷卻和除濕的系統，主要由太陽能集熱器、蒸發器、制冷機組和空氣處理系統等組成[3]。在太陽能集熱器的作用下，空氣被加熱并輸送到蒸發器中，經過蒸發器的冷卻和除濕處理后再進入室內，達到降溫的目的。太陽能空調系統具有高效、環保與節能等優點，適用于各種建筑類型，特別是在南方氣候炎熱的地區，可以大大降低空調能耗，減少對傳統電力等能源的依賴。例如，悉尼某高層建筑中采用了太陽能空調系統，根據建筑的運行數據得知，該系統的制冷能力為191 kW，制冷效率高達0.8，夏季平均每天可減少21 t 的CO2排放，極大地提高了建筑的能源利用效率。

太陽能空調系統安裝過程需要注意以下4 點：

1）太陽能集熱器應該安裝在能夠充分接受太陽輻射的位置，比如屋頂或庭院。

2）蒸發器的設計應充分考慮儲存容量、保溫性能等因素。

3）制冷機組的安裝需要考慮周圍環境溫度、噪聲等因素。

4）空氣處理系統的設計應根據建筑的特點和使用需求來選擇合適的處理設備。

2.2 自然通風技術的應用

自然通風技術是指通過建筑本身的自然氣流來實現室內空氣的更新和室溫的調節，減少能耗的同時提高室內空氣質量，是綠色建筑領域中常用的節能措施之一[4]。在暖通空調系統設計中，自然通風設計是十分重要的一環，主要利用自然風和氣流調節建筑內部的溫度、濕度和空氣質量，可以有效降低能耗和環境污染。在自然通風技術的應用中，需考慮以下因素：

1）建筑形態。建筑的外形和朝向會影響自然通風的效果，因此需要合理設計建筑的朝向、高度和開口面積。

2）開窗設計。開窗的位置、大小和數量需要根據建筑的用途和環境條件進行合理設計，以便達到最佳的自然通風效果。

3）風道設計。風道是自然通風系統中的重要組成部分，需要考慮風道的形狀、長度、寬度和高度，以及出口和進口的位置與數量。

4）排煙設計。排煙是自然通風系統中必不可少的環節，需要設計合適的排煙口位置和大小，以保證室內的空氣質量和人員安全。

為了實現最佳設計效果自然通風系統的設計可借助計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）模擬軟件進行模擬和優化。同時，還需要在實際建筑中進行實測和調試，以驗證設計的有效性。以某建筑自然通風系統設計為例，其建筑設計參數、開窗設計參數和風道設計參數如表1所示。通過合理的自然通風系統設計，不僅可以保證建筑的舒適度，而且能夠降低能耗和改善環境。

表1 設計參數

2.3 輻射供暖技術的應用

輻射供暖技術是一種高效、舒適的供暖方式，主要通過熱輻射直接向人體傳遞熱量，避免空氣對流傳熱的不足[5]。在綠色建筑領域，輻射供暖技術得到了廣泛應用，主流應用方向有以下2 種：

1）電熱膜地暖系統。通過電熱膜進行輻射供暖的方式具有較快的響應速度、較高的效率和較小的空間占用。電熱膜地暖系統通常安裝在地面以下，因此地面材料需要具備較好的導熱性能，如大理石、陶瓷磚等。研究表明，電熱膜地暖系統與傳統暖氣相比，能夠節省30%的能源。

2）輻射板供暖系統。輻射板供暖方式將電加熱元件或管道布置在板底，使板面成為輻射面，從而進行輻射供暖。輻射板供暖系統不僅具有較高的效率、舒適性和空間利用率，而且使用壽命較長。

2.4 蓄冷技術的應用

蓄冷技術是一種重要的暖通空調節能技術，在綠色建筑中應用廣泛。該技術在低峰電量時段制冷，將冷量儲存于水或其他熱媒介中，在高峰電量時段釋放冷量，滿足空調負荷需求，從而達到節能的目的[6]。蓄冷技術一般應用于一些大型商業建筑，如辦公樓、超市等。例如，北京華潤大廈采用地下水源熱泵和蓄冷技術，在高溫天氣中能夠將室內溫度保持在26 ℃左右。據統計，華潤大廈的蓄冷系統每天消耗的電量不到傳統制冷系統的1/3，能耗降低了約67%，可見蓄冷技術的節能效果明顯。

除了商業建筑外，蓄冷技術也可以應用于住宅建筑。例如，美國加利福尼亞州的一些高檔住宅采用夜間制冷儲存熱媒介的方式，通過墻體和地板進行輻射制冷。該系統可以在夜間將室內溫度降至17 ℃，從而減少了白天機械制冷系統的使用次數和能耗。

3 綠色建筑領域暖通空調節能技術應用優化措施

3.1 優選熱源系統

在綠色建筑領域暖通空調系統的設計中，優選熱源系統非常重要。通過優選熱源系統可以實現更高效的能源利用，從而達到節能減排的目的[7]。

一方面，選擇熱源系統時應考慮到能源消耗、運行成本和環保性等多個方面的因素。一些常見的熱源系統包括燃氣鍋爐、地源熱泵和空氣源熱泵等，其中地源熱泵和空氣源熱泵可以利用環境的低溫或高溫進行加熱或制冷，從而實現更節能的運行。另外，燃氣鍋爐也可以通過技術手段實現節能減排，如采用低氮燃燒技術等。

另一方面，在熱源系統的設計中，需要根據實際情況進行合理的匹配和配置，以提高系統的效率。例如：在選擇熱水管道時，應選擇適當的管徑和材料，以減少管道阻力和熱量損失；在選擇熱交換器時，應考慮熱傳遞效率和流量阻力等因素，選擇類型和規格最合適的熱交換器。

3.2 調節運作方式

調節運作方式是指在綠色建筑領域暖通空調節能技術應用中，通過采用科學合理的運作方式來改善熱能系統中熱能利用率較低的問題。

一方面，要做好設備的定時啟停控制。根據綠色建筑的實際情況合理設置設備的定時啟停控制，避免設備在無人使用的情況下運行，從而浪費能源。此外，還可以通過增加節能控制器和智能化調節器等設備實現設備的精細化控制，提高設備的運行效率和能源利用率。

另一方面，要合理調節溫度和濕度。在綠色建筑的設計中，可以通過合理的通風、隔熱和保溫措施減少熱能的損失。同時，在暖通空調系統的運行過程中，應定期檢查和維護設備，保證設備的正常運行和性能穩定，并及時清潔和更換空氣濾清器，保持良好的空氣質量狀態，以提高室內環境的舒適度和能源利用率。

3.3 合理使用變頻技術

變頻技術是一種通過改變電機運行頻率來調節運行速度的技術，可以提高空調系統的運行效率，達到節能的目的。具體來講，變頻技術可以在以下4 個方面實現節能：

1）調節制冷量。通過變頻控制器調節壓縮機的轉速，進而調節制冷量，使其與室內的溫度需求相匹配，避免制冷過度，浪費能源。

2）調節運行時間。變頻技術可以精確控制溫度和空調系統的運行時間，避免空調長時間運行，造成能源浪費。

3）調節供回風量。變頻技術可以通過調節風機的轉速來控制空調系統的供回風量，保證空氣流通效果的同時避免不必要的能耗。

4）避免起停頻繁。變頻技術可以使空調系統平穩啟動和運行，避免出現頻繁起停的情況，減少了系統能源的浪費。據統計，采用變頻空調系統可以減少20%～40%的空調能耗，具有顯著的節能效果，因此在綠色建筑設計中應優先考慮采用變頻技術，實現暖通空調系統的節能優化。

3.4 做好冷熱量回收

冷熱量回收可以通過多種方式實現，包括空氣熱泵、熱交換器和熱回收風機等。

首先，空氣熱泵可以從環境中提取廢熱或廢冷，通過壓縮制熱或制冷再次將其用于暖通空調系統[8]。例如，夏季空調運行時，室內產生的廢熱可以通過空氣熱泵回收利用，用于加熱室外的水或空氣。

其次，熱交換器是一種常用的冷熱量回收設備，可以在暖通空調系統中將廢熱或廢冷傳遞到其他部分，以達到節能的目的。例如，空氣處理機產生的廢冷可以通過熱交換器傳遞給冷卻塔，用于制冷。

最后，熱回收風機通過在室內和室外循環空氣回收利用廢熱和廢冷。例如，熱回收風機在夏季可以排出室內空氣并循環到室外，同時回收廢熱并加以利用。

3.5 構建能源管理系統

能源管理系統通過傳感器和儀表收集建筑內部和外部的能源消耗數據，包括電力、熱能、冷能和水的使用情況。

傳感器可以安裝在各種設備和系統上，如照明、空調、電梯和電力配電設備，以實時監測能源消耗。系統使用數據分析和算法處理收集到的能源消耗數據，對數據進行實時分析，以確定能源使用的模式和趨勢，從而評估建筑的能源效率，發現能源浪費和潛在的改進機會，并提供報告和指標來跟蹤能源性能。基于數據分析和評估結果，能源管理系統可以自動控制建筑的能源設備和系統，自動調整設備的運行模式、溫度設定和照明亮度等參數，以優化能源消耗。

例如，根據室內外溫度和建筑使用情況，系統可以自動調整空調設備的工作模式和風速，以提供舒適的室內環境并使能源消耗達到最小化[9-10]。

此外，能源管理系統可以基于能源需求、能源價格和可再生能源的可用性等因素，制定能源計劃和優化策略，最大限度地降低能源成本和對環境的影響。

例如，在高峰電價時段，系統可以調整建筑設備的運行時間，以避開高能源成本時段。能源管理系統還提供實時監控和報警功能，以確保建筑能源系統的正常運行，檢測異常能源消耗和設備故障，并及時發送警報，有助于快速發現和解決問題，減少能源浪費和設備損壞的情況。

4 結語

暖通空調節能技術是綠色建筑發展的重要組成部分，也是實現綠色低碳建筑的必要手段。本文通過研究和分析綠色建筑領域的暖通空調節能技術，發現其應用廣泛且效果顯著，但還存在一些問題和挑戰，如技術成本較高、應用難度較大以及推廣應用困難等。因此，在暖通空調節能技術推廣過程中，需要政府、企業、學術機構等各方共同努力，制定相關政策和標準，推動技術創新和進步，提高該技術的普及率和可持續性。