基于綠色建筑理念的公共建筑暖通系統設計

趙頔

（清華大學建筑設計研究院有限公司）

1 綠色建筑暖通系統設計原則

1.1 節能與環保

綠色建筑暖通系統設計應降低能源消耗，減少環境污染，實現人類與自然的和諧共生，通過采用高效的設備、優化設計方案、引入可再生能源等多種手段，有效控制建筑能耗，降低運行成本。同時，設計師需關注建筑工程對環境的影響，減少溫室氣體排放，提高空氣質量，降低噪聲污染等，為人們提供舒適、健康的居住環境。為實現節能與環保目標，應深入研究各種節能技術，合理選用建筑材料，采用智能控制系統以及自然通風和照明等設計策略。各類綠色建筑認證和評價體系也對節能與環保提出了具體的技術指標和要求，為設計師提供了科學的評估和指導[1]。通過全球范圍內的政策推動和技術創新，節能與環保已成為當今建筑設計的重要趨勢，對于提高公共建筑的綜合性能、降低能源消耗以及保護地球環境具有重要意義。

1.2 人性化設計

人性化設計強調在滿足建筑功能的同時，充分考慮使用者的需求、習慣和舒適度，為人們創造宜人的生活和工作環境，因此在規劃暖通系統時，應關注空氣質量、室內溫濕度、光照以及噪音等因素對人們身體健康和心理舒適的影響，兼顧節能與環保的要求。站在使用者的角度提供靈活的設計方案以滿足多樣化的需求。例如，在辦公室、學校、醫院等公共建筑中，通過合理布局、采光設計、自然通風以及智能控制系統等手段，創造一個適應人們生活習慣、符合人體工程學的室內環境，提高建筑的使用價值和人居環境滿意度，還能促進人們的健康與幸福感，進而形成積極的社會效益。

1.3 可持續性

設計師在規劃暖通系統時應綜合考慮建筑的全生命周期，從設計、施工、運行到廢棄階段實現對資源和環境的有效保護，確保建筑長期的經濟、社會與環境效益[2]。通過采用可再生能源、自然通風和日光照明等技術，降低建筑能耗和碳排放，實現能源的可持續利用；運用環保型建筑材料、綠色植被等生態元素，減少對環境的破壞，促進生態平衡；以及通過智能控制系統、節水設施等措施，提高資源的利用效率，降低運行成本。可持續性的實現有賴于政府、企業、設計師和使用者之間的共同努力，形成良好的社會氛圍和市場環境。推動可持續性在綠色建筑暖通系統設計中的全面實施，達成人與自然和諧共生的目標，創造更好的人居環境家園。

1.4 綜合性與適應性

綜合性強調暖通系統設計應與建筑整體規劃、其他相關專業綜合協同設計、設備選型等各個方面緊密結合，共同構建一個系統性、高效運行的整體解決方案；適應性則著重于暖通系統設計應具備較強的靈活性、可實時控制性，以應對氣候變化、使用需求、技術進步等不確定因素，確保建筑在長期運行過程中的穩定性與可靠性。為實現此目的需要設計師在暖通系統設計時采用多學科、跨領域的綜合思維，與專業人員密切協作，共同解決復雜問題。同時關注市場和技術的發展動態，不斷學習和掌握新知識、新技術，結合通過對不同類型公共建筑、地域氣候、使用場景等多元背景的深入了解，以滿足不同項目的實際需求。

1.5 全建筑周期設備智能物聯

全建筑周期設備智能物聯指的是在建筑的整個生命周期中，通過智能化技術和物聯網的應用，實現暖通系統設備的智能化管理和協同運行。通過將暖通設備與傳感器、控制系統和數據管理平臺相連接，實現實時監測和分析建筑內的溫度、濕度、空氣質量等關鍵參數，并進行智能調控，精確控制暖通設備的運行，實現最佳的能源利用和舒適性。通過遠程監控和維護，運維人員可以通過手機或電腦隨時查看設備的狀態、運行情況和報警信息，實現對整個建筑的綜合管理和優化運營。

2 綠色建筑暖通系統設計方法

2.1 不同建筑環境下冷熱源的選擇

空調冷熱源選擇應綜合考慮重要影響因素，初始投資、運行費用、運行能耗，環境影響、運行的可靠性安全性、使用壽命、建筑機房面積，燃煤鍋爐房要求的儲煤儲油條件、增容費等。同時還需考慮建筑工程所在地區的能源結構、價格、政策導向、環境保護、城市規劃、建筑物用途規模、冷熱負荷，以及消防、維護管理等問題，在設計初期與相關方進行完善的冷熱源選擇論證，制定合理的組合方案。

2.2 自然通風與通風系統

自然通風與通風系統旨在通過科學合理的設計手法和技術，實現建筑內外空氣的有效流通，改善室內空氣質量，降低能耗，提高使用者的舒適度。自然通風是一種依靠氣候、建筑形態和建筑物間的空氣壓差驅動的通風方式，不需要額外的能源消耗，既經濟又環保[3]。在綠色建筑暖通設計中，應充分利用建筑物的開窗、立面、屋頂等元素，創造有利于空氣流動的通道，達到高效自然通風，必要情況下可以采用機械通風或混合通風方案滿足特定場景下的空氣質量要求，降低對空調系統的依賴，減少碳排放，通過改善室內空氣質量。

2.3 日光照明與照明系統

綠色建筑的暖通設計中，照明系統可通過充分利用自然光源和科學合理的照明技術，為建筑空間提供舒適、高效的光照環境，降低能耗，減少對環境的負擔。優化日光照明與照明系統設計可以顯著降低建筑物的能耗，降低相應系統帶來的設備負荷，減少碳排放，同時提高使用者的視覺舒適度，有助于提升生活和工作質量。

2.4 熱島效應減緩措施

熱島效應是指城市地區相對于周邊鄉村地區的氣溫更高，主要原因包括人類活動帶來的能源消耗、城市建筑密度較高、綠化覆蓋不足等，會導致城市氣候變暖、能耗增加、生態環境惡化等問題，因此采取有效的減緩措施顯得尤為重要。在綠色建筑設計中，可充分利用綠色建筑材料，如高反射率的屋頂材料和外墻涂料，以降低建筑物吸收和釋放的熱量，減小對周邊環境的影響，或是增加城市綠化覆蓋，如屋頂花園、立體綠化、街道綠化等，利用植物的遮陽、降溫和凈化空氣等功能，改善城市氣候，減少城市能源消耗，降低熱島效應。

2.5 冷暖分區與空調系統

冷暖分區是指根據建筑物的功能、使用需求、室外氣候條件等因素，將建筑內部劃分為不同的溫度區域，以實現更加精細化的能源管理，在綠色建筑暖通設計中，冷暖分區與空調系統的應用需要綜合考慮建筑物的布局、結構、材料、所處地域的氣候特點等多種因素，對建筑物的使用功能、人流密度、日照情況等進行深入分析，制定合理的冷暖分區方案，確保各個區域的溫度需求得到滿足。接下來，根據冷暖分區的需求，選擇高效節能的空調設備，并配備智能控制系統，實現自動調節、定時開關等功能，以降低能耗、提高使用有效性和便捷性。

2.6 太陽能與其他可再生能源利用

太陽能與其他可再生能源在綠色建筑暖通設計中具有顯著意義，通過對環保、可再生的能源進行高效利用，降低對傳統能源的依賴，減輕環境負擔，實現建筑的可持續發展。太陽能作為一種清潔、無限的能源，可以通過太陽能光伏發電系統、太陽能熱水器等設備進行收集與利用，設計師應充分研究建筑物的日照、風力、水資源等自然條件，合理選址和布局，確保太陽能光伏板、風力發電機等設備的高效運行，大幅降低建筑物的能耗，減少碳排放，從而緩解能源危機，保護生態環境。

3 綠色建筑暖通系統的節能技術

3.1 建筑外墻保溫

建筑外墻保溫是采用高效的保溫材料和科學合理的設計方法，提高建筑物的熱絕緣性能，降低能耗，減輕對環境的負擔，旨在減少室內與室外的熱量交換，降低建筑物的供暖和空調負荷，達到節能環保目標。應選擇性能優越、環保性能良好的保溫材料，以達到良好的保溫效果，還需要充分研究建筑物的熱工特性，進行合理的結構設計，確保保溫材料的有效使用。建筑外墻保溫設計不僅可以顯著降低建筑物的能耗，有效控制傳熱系數的設計取值，在寒冷地區，外墻保溫有助于減少室內熱量的散失，降低供暖負荷；而在炎熱地區，外墻保溫則能有效抵御外部高溫，減輕空調系統的負擔。

3.2 高性能玻璃與窗戶

高性能玻璃與窗戶通過采用高效的玻璃材料和科學合理的設計方式，提升建筑物的能源利用效率，是基于通過改善光照和熱量的傳遞特性實現室內舒適度的提高和節能目標。應選擇具有良好透光性、熱絕緣性能和隔音效果的玻璃材料，如低輻射玻璃、中空玻璃、夾層玻璃等，以滿足不同場景的需求，并進行合理的窗戶布局和設計，確保室內光照和熱量的有效控制，降低供暖和空調系統的運行成本。

3.3 綠色屋頂與綠色墻體

綠色屋頂與綠色墻體是在建筑物的屋頂和墻體上種植植被，形成一個生態友好的微環境，有助于實現節能目標，應選擇適合當地氣候條件和建筑物特性的植被種類，進行合理的種植和布局，以保證綠色屋頂和墻體的生長和維護，關注綠色屋頂和墻體的排水、防水、保溫等技術細節，確保建筑物的安全性和耐久性[4]。綠色屋頂與綠色墻體的應用能通過綠色植被的蒸騰作用，減輕城市熱島效應。

3.4 外遮陽形式選擇、外圍結構與保溫性能

合理的遮陽設計可以有效地減少夏季陽光直射進入室內，降低室內溫度和空調負荷。例如，在南向立面上采用可調節角度的遮陽百葉窗，可以根據不同季節和時間調節百葉的角度，利用自然陽光。外圍結構是建筑與外部環境之間的屏障，對室內熱量的傳遞起著重要的作用，采用保溫材料和隔熱層，有效地減少熱量的傳遞和能耗的損失。

4 結語

綠色建筑暖通設計是實現建筑節能、環保、人性化和可持續發展目標的關鍵。通過對節能與環保、人性化設計、可持續性、綜合性與適應性、自然通風與通風系統、日光照明與照明系統、熱島效應減緩措施、冷暖分區與空調系統、太陽能與其他可再生能源利用、建筑外墻保溫、高性能玻璃與窗戶、綠色屋頂與綠色墻體等方面的綜合考慮，設計出更加節能、環保、舒適的建筑，為實現綠色、低碳、可持續的城市發展作出貢獻。