綠色理念在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

孫宇，韓冰

（中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013）

在城市現(xiàn)代化的不斷推進(jìn)中，人們對(duì)生活品質(zhì)有著較高的追求，對(duì)于建筑的需求已經(jīng)不僅僅停留在舒適、安全層面，更加重視人性化設(shè)計(jì)。綠色建筑的提出，要求解決能源資源緊缺的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。暖通空調(diào)系統(tǒng)通常需要消耗較大的能源，以往的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)于追求舒適性，導(dǎo)致能耗較大、成本較高，對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)較大的壓力，不符合國(guó)家提倡的可持續(xù)發(fā)展理念。作為建筑工程的必要設(shè)備，對(duì)建筑暖通空調(diào)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)意義重大，通過(guò)運(yùn)用綠色理念，在設(shè)計(jì)中遵循靈活性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等原則，在保證建筑舒適安全的同時(shí)，更好地保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 綠色理念的內(nèi)涵

綠色發(fā)展理念堅(jiān)持人與自然的和諧發(fā)展，以綠色低碳循環(huán)為主。綠色理念是在傳統(tǒng)發(fā)展基礎(chǔ)上的模式創(chuàng)新，在資源承載力、生態(tài)環(huán)境容量的約束下，以保護(hù)環(huán)境為主，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。綠色理念的提出，旨在保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源，強(qiáng)調(diào)充分利用資源，保護(hù)自然。綠色理念具體包括：以社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，作為綠色發(fā)展的目標(biāo)；以環(huán)境資源推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展；在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，堅(jiān)持生態(tài)化、綠色化。綠色發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)前社會(huì)的一大趨勢(shì)，各個(gè)行業(yè)都需要遵循，推動(dòng)低碳經(jīng)濟(jì)。

2 建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的重要性

從我國(guó)當(dāng)前建筑行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，建筑能耗問(wèn)題較為突出，在社會(huì)總能耗中占比較大。暖通空調(diào)系統(tǒng)作為建筑能耗的重要部分，能耗比較大，尤其是在城市化進(jìn)程不斷加快的過(guò)程中，暖通空調(diào)在建筑行業(yè)得到了普及，導(dǎo)致能耗大大增加，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗在建筑能耗中占比70%左右。通過(guò)對(duì)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，能夠節(jié)能20%～50%，由此可見(jiàn)，節(jié)能設(shè)計(jì)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。

在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中，新風(fēng)是影響節(jié)能的一大內(nèi)容，新風(fēng)量增加，則會(huì)加重空調(diào)的運(yùn)行負(fù)荷，導(dǎo)致能耗增加。對(duì)此，通過(guò)合理調(diào)整新風(fēng)比例、送風(fēng)溫度，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的作用。建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)所用的資源屬于不可再生能源，能源使用量的不斷增加，則會(huì)導(dǎo)致能源匱乏，而在總能耗中，電能損耗也有著較大的占比，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境，不利于可持續(xù)發(fā)展理念的踐行，對(duì)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)實(shí)施節(jié)能設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。針對(duì)環(huán)保節(jié)能，我國(guó)法律中規(guī)定能源節(jié)約就是加強(qiáng)能源管理，通過(guò)采取先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，減少各個(gè)環(huán)節(jié)的能源浪費(fèi)，而節(jié)能設(shè)計(jì)有效地緩解了電能供求之間矛盾，促進(jìn)能源利用率的提升，有助于改善生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

3 建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)用綠色理念的路徑

3.1 冷熱源的合理選擇

在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中，為了將綠色理念應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，就需要合理選擇冷熱源，并優(yōu)化設(shè)備選配以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)期間，一般是采取換熱、供熱設(shè)備，或者是集中設(shè)置冷水機(jī)組這兩種方式，合理選擇冷熱源，確對(duì)于機(jī)組設(shè)備的確定，需要從建筑能源結(jié)構(gòu)、功能特性、規(guī)模、當(dāng)?shù)丨h(huán)保政策等多個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，并且要滿足以下要求。

（1）若建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)所在地有多種能源，在供冷、供熱時(shí)，選擇復(fù)合能源模式。（2）若當(dāng)?shù)赜袩崃Πl(fā)電廠，應(yīng)充分利用其供熱技術(shù)、余熱供熱技術(shù)，發(fā)揮其最大作用。（3）若當(dāng)?shù)鼐哂泄S余熱、區(qū)域供熱等條件時(shí)，對(duì)于建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的熱源，也可以選擇這些因素。（4）若當(dāng)?shù)氐蜔嵩础⑺Y源比較充足，則通過(guò)水源熱泵的方式，實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)的供熱、供冷。若所在區(qū)域沒(méi)有集中熱源，同時(shí)滿足以下條件，即建筑采暖負(fù)荷比較小、利用可再生能源實(shí)現(xiàn)發(fā)電、電力比較充足、無(wú)法通過(guò)熱泵提供熱源等，對(duì)于暖通空調(diào)的、采暖的熱源，一般不選擇電熱鍋爐、電熱水器。

3.2 變頻節(jié)能技術(shù)

變頻節(jié)能技術(shù)指的是，建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷需求發(fā)生變化，例如，太陽(yáng)輻射、外部溫度等，利用該技術(shù)調(diào)節(jié)冷水、水泵機(jī)組以及風(fēng)機(jī)組。通過(guò)結(jié)合外部變化，有效調(diào)節(jié)暖通空調(diào)系統(tǒng)的功率，確保與環(huán)境匹配，并降低能耗，保證系統(tǒng)在最優(yōu)功率下高效運(yùn)行。在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，運(yùn)用變頻節(jié)能技術(shù)可以節(jié)約30%左右的能耗。以冷凍水泵為例，將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用其中，在冷凍水泵運(yùn)行期間，冷凍水的循環(huán)大多存在制冷設(shè)備當(dāng)中，至于水泵容量定額，通常依據(jù)最高溫、注滿率，在此基礎(chǔ)上預(yù)留10%的空間，從而保證冷凍水循環(huán)系統(tǒng)可以較長(zhǎng)時(shí)間以最大水流量進(jìn)行工作，對(duì)于其工作狀態(tài)，會(huì)隨著外部溫度的變化而發(fā)生改變。對(duì)于暖通空調(diào)的運(yùn)行熱負(fù)載，通常比設(shè)計(jì)參數(shù)要低一些，冷凍水設(shè)計(jì)溫度一般在5℃左右，在全功率運(yùn)行下，水泵不會(huì)產(chǎn)生額外的能耗，其輸送的能量則比自身所需的能量高一些。在冷凍水泵運(yùn)行系統(tǒng)中，將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用其中，便可以結(jié)合水泵所需的能量，對(duì)輸送能量進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，以防一直以最大效率運(yùn)行，通過(guò)節(jié)能設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)水泵的輸送能量，從而使其保持低功率運(yùn)行，大大降低了電能消耗量，并且可以依據(jù)室溫合理調(diào)節(jié)制冷溫度，保證室內(nèi)溫度適宜。

3.3 可再生能源利用

綠色理念在建筑暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以充分利用可再生能源，如地?zé)崮堋⑻?yáng)能以及自然通風(fēng)。將太陽(yáng)能應(yīng)用到暖通設(shè)計(jì)中，能夠?yàn)榻ㄖ峁┲评洹⒐┡ㄟ^(guò)利用主動(dòng)式太陽(yáng)能，有效進(jìn)行制熱、制冷，大大減少氟利昂的應(yīng)用，避免對(duì)環(huán)境造成較大的破壞，降低臭氧層的影響，并且可以降低能耗。在具體的暖通設(shè)計(jì)中，應(yīng)以完整系統(tǒng)為支撐，確保太陽(yáng)能的充分利用，太陽(yáng)能系統(tǒng)包括多種器件，如太陽(yáng)能集熱器、水箱、集熱循環(huán)器等，不同設(shè)備、技術(shù)，能夠?qū)μ?yáng)能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其成為建筑暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)需要的熱能。

風(fēng)能在暖通節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以充分利用自然通風(fēng)，有效調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、流通度等。風(fēng)能是一種清潔型能源，應(yīng)用十分廣泛，將其應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，可以提供較大的能源支持。不過(guò)，風(fēng)能在實(shí)際利用上，對(duì)于條件要求比較高，風(fēng)能的大小受風(fēng)的速度、強(qiáng)度的影響，一般在沿海、山區(qū)、草原等城市中比較適合使用風(fēng)能，由于這些地形具有豐富的風(fēng)能，將其應(yīng)用到暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中可以有效降低其他能耗。

地?zé)崮茉谂照{(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能夠有效供熱、制冷，地?zé)豳Y源主要有地緣地?zé)帷⒌責(zé)崴础⒖諝鉄嵩磶追N，其應(yīng)用原理是，通過(guò)運(yùn)用地?zé)豳Y源，和暖通空調(diào)管道中的冷氣、冷水作熱交換。地?zé)崮茉磸V泛存在于地下，屬于可再生能源，利用專門的裝置可以有效收集并利用地?zé)崮茉矗谂ü?jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用意義重大。對(duì)于暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗結(jié)構(gòu)，地?zé)崮茉纯梢云鸬絻?yōu)化的作用，降低電能消耗，利用地?zé)崮茉吹哪芰看龠M(jìn)暖通系統(tǒng)的運(yùn)行。地?zé)崮茉粗械臒崮苁堑厍騼?nèi)部熔巖產(chǎn)生的熱量，利用地?zé)峒上到y(tǒng)可以收集地下的地?zé)崮茉矗⑵鋺?yīng)用到建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，夏季，收集并儲(chǔ)存地?zé)崮茉矗欢荆尫艧崮埽瑸榻ㄖ帷Ｔ谂照{(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)中，通過(guò)利用土壤、巖石的穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)熱能循環(huán)，并且對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染，使用成本比較低，也不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的能耗。地?zé)崮茉吹闹饕獞?yīng)用方式為，在暖通空調(diào)系統(tǒng)中安裝地源熱泵，以此作為地?zé)崮苤饕到y(tǒng)，具體又可以分為地下水、地表、埋管等地源熱泵，不同系統(tǒng)的使用需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)確定。地源熱泵系統(tǒng)由多個(gè)部件構(gòu)成，包括熱泵機(jī)組、換熱管、循環(huán)水泵等，可以有效地收集地?zé)崮埽瑸榕照{(diào)系統(tǒng)提供穩(wěn)定能源，通過(guò)結(jié)合實(shí)際儲(chǔ)量，有效降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的總能耗。

3.4 余熱循環(huán)技術(shù)

余熱循環(huán)技術(shù)在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用較為常見(jiàn)，不僅可以節(jié)約能源，還能夠降低能耗，減少對(duì)環(huán)境的污染。該技術(shù)的應(yīng)用原理是，在和循環(huán)系統(tǒng)的協(xié)作下，有效傳遞熱量，實(shí)現(xiàn)余熱的合理分配。在熱循環(huán)期間，若動(dòng)力、熱傳輸系統(tǒng)沒(méi)有處于同一回路，便可以規(guī)避熱傳遞期間對(duì)液體的放射，有效降低污染。對(duì)于循環(huán)回路的余熱，通過(guò)重復(fù)利用可以有效節(jié)約熱能資源，進(jìn)而提升供暖系統(tǒng)的運(yùn)行水平。

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的余熱利用，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中起到了節(jié)能減排的作用。余熱利用是在暖通系統(tǒng)正常運(yùn)行下，利用其中多余的熱量，滿足系統(tǒng)功能所需。從冷卻水利用層面分析，主要分為直接、間接兩種循環(huán)冷卻水直接利用方式。冷卻水余熱間接利用的方式，主要是從冷凝器當(dāng)中分出一路制冷劑，部分經(jīng)過(guò)冷卻水系統(tǒng)冷卻，另一部分經(jīng)過(guò)熱回收器，和自來(lái)水換熱，制備生活熱水。這兩種方式的余熱利用量是一樣的，間接利用方式提供的熱量雖然比較多，但部分是以犧牲制冷量而產(chǎn)生的。直接利用方式比較簡(jiǎn)單，容易控制，并且具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，主要是盡可能利用余熱；間接利用方式在具體應(yīng)用中需要專門的冷凝器，其出發(fā)點(diǎn)除了盡可能利用余熱之外，還要免費(fèi)供應(yīng)熱水，在控制上難度較大，且需要在熱水利用、制冷上保持平衡。

3.5 合理選擇系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

暖通空調(diào)系統(tǒng)作為建筑的重要組成部分，在綠色節(jié)能設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)建筑環(huán)境進(jìn)行全方位分析，并科學(xué)設(shè)置暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參數(shù)。在參數(shù)設(shè)置中，首要考慮的因素就是溫度、濕度，根據(jù)建筑室內(nèi)外的溫度、濕度，通過(guò)合理分析選擇最適宜的溫濕度值，保證暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。參數(shù)設(shè)置應(yīng)與溫度相適應(yīng)，若溫度過(guò)高，參數(shù)值不宜過(guò)低，有效防止室內(nèi)外溫差過(guò)大而影響其使用性能；若溫度過(guò)低，參數(shù)值不宜過(guò)高，避免危害人們的健康。只有保證系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性，才能夠達(dá)到較好的節(jié)能效果。在新風(fēng)量的計(jì)算中，應(yīng)確保工藝、衛(wèi)生等各方面的條件符合規(guī)定，盡可能節(jié)約能耗。溫度濕度作為節(jié)能設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗有著較大的影響，并且，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、當(dāng)?shù)靥鞖獾纫蛩匾矔?huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，所以，在設(shè)計(jì)期間需綜合考慮。夏季，若室內(nèi)設(shè)計(jì)濕度提升10%，能耗便可以降低20%左右；若設(shè)計(jì)溫度高出1℃，熱負(fù)荷便降低20%左右，由此可見(jiàn)，一定要保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。

3.6 空調(diào)冷熱水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

為了減少冷熱水系統(tǒng)的能耗，可以采取以下幾種節(jié)能設(shè)計(jì)措施。首選閉式循環(huán)模式，有效防止設(shè)備、管道等受到腐蝕，并且可以降低靜水力所需的輸送能耗，對(duì)于暖通空調(diào)系統(tǒng)的壽命起到延長(zhǎng)的作用。空氣調(diào)節(jié)滿足要求的基礎(chǔ)上，對(duì)于制冷機(jī)蒸發(fā)溫度、冷凍水供水溫度，單位制冷量能耗與其成反比。對(duì)于冷凍水系※統(tǒng)的靜壓力，將其不超出1MPa 的時(shí)候，禁止豎向分區(qū)，應(yīng)該采取一泵到頂?shù)姆椒ǎ员ＷC系統(tǒng)維修的便捷性，并且，該方式還有利于降低成本、降低電能消耗量。對(duì)于部分區(qū)域的暖通空調(diào)，需要冷熱水交替供應(yīng)，或者是整年供應(yīng)冷水，所以，最好選擇兩管分區(qū)制水系統(tǒng)，若需要同時(shí)使用冷熱水，或者兩者交替的頻率比較高，就需要使用四管分區(qū)制水系統(tǒng)。此外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注重使用大溫差系統(tǒng)，降低水泵運(yùn)行流量，從而有效地降低系統(tǒng)能耗。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，在綠色理念下，解決暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗問(wèn)題非常重要，并且深受社會(huì)各界的重視。為了降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗，設(shè)計(jì)人員就需要充分利用綠色理念，將其貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)、余熱循環(huán)技術(shù)，并合理選擇冷熱源、系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，充分利用可再生資源等，有效減少能耗浪費(fèi)，促進(jìn)暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)朝著綠色化方向演進(jìn)。