綠色理念在建筑暖通空調系統節能設計中的應用

孫宇，韓冰

（中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013）

在城市現代化的不斷推進中，人們對生活品質有著較高的追求，對于建筑的需求已經不僅僅停留在舒適、安全層面，更加重視人性化設計。綠色建筑的提出，要求解決能源資源緊缺的問題，實現節能目標。暖通空調系統通常需要消耗較大的能源，以往的暖通空調設計過于追求舒適性，導致能耗較大、成本較高，對生態環境帶來較大的壓力，不符合國家提倡的可持續發展理念。作為建筑工程的必要設備，對建筑暖通空調進行節能設計意義重大，通過運用綠色理念，在設計中遵循靈活性、經濟性、環保性等原則，在保證建筑舒適安全的同時，更好地保護環境，促進建筑行業的可持續發展。

1 綠色理念的內涵

綠色發展理念堅持人與自然的和諧發展，以綠色低碳循環為主。綠色理念是在傳統發展基礎上的模式創新，在資源承載力、生態環境容量的約束下，以保護環境為主，實現可持續發展。綠色理念的提出，旨在保護環境、節約資源，強調充分利用資源，保護自然。綠色理念具體包括：以社會、經濟、環境的可持續發展，作為綠色發展的目標；以環境資源推動社會經濟發展；在經濟活動中，堅持生態化、綠色化。綠色發展已經成為當前社會的一大趨勢，各個行業都需要遵循，推動低碳經濟。

2 建筑暖通空調系統節能設計的重要性

從我國當前建筑行業發展現狀來看，建筑能耗問題較為突出，在社會總能耗中占比較大。暖通空調系統作為建筑能耗的重要部分，能耗比較大，尤其是在城市化進程不斷加快的過程中，暖通空調在建筑行業得到了普及，導致能耗大大增加，據有關數據顯示，暖通空調系統的能耗在建筑能耗中占比70%左右。通過對建筑暖通空調系統進行節能設計，能夠節能20%～50%，由此可見，節能設計在暖通空調系統中的應用具有極大的現實意義。

在建筑暖通空調系統中，新風是影響節能的一大內容，新風量增加，則會加重空調的運行負荷，導致能耗增加。對此，通過合理調整新風比例、送風溫度，能夠實現節能減排的作用。建筑暖通空調系統所用的資源屬于不可再生能源，能源使用量的不斷增加，則會導致能源匱乏，而在總能耗中，電能損耗也有著較大的占比，嚴重威脅生態環境，不利于可持續發展理念的踐行，對建筑暖通空調系統實施節能設計勢在必行。針對環保節能，我國法律中規定能源節約就是加強能源管理，通過采取先進科學技術，減少各個環節的能源浪費，而節能設計有效地緩解了電能供求之間矛盾，促進能源利用率的提升，有助于改善生態環境，進而促進城市的可持續發展。

3 建筑暖通空調系統節能設計中應用綠色理念的路徑

3.1 冷熱源的合理選擇

在建筑暖通空調系統節能設計中，為了將綠色理念應用到設計中，就需要合理選擇冷熱源，并優化設備選配以及系統設計。在設計期間，一般是采取換熱、供熱設備，或者是集中設置冷水機組這兩種方式，合理選擇冷熱源，確對于機組設備的確定，需要從建筑能源結構、功能特性、規模、當地環保政策等多個方面進行綜合考慮，并且要滿足以下要求。

（1）若建筑暖通空調系統所在地有多種能源，在供冷、供熱時，選擇復合能源模式。（2）若當地有熱力發電廠，應充分利用其供熱技術、余熱供熱技術，發揮其最大作用。（3）若當地具有工廠余熱、區域供熱等條件時，對于建筑暖通空調系統的熱源，也可以選擇這些因素。（4）若當地低熱源、水資源比較充足，則通過水源熱泵的方式，實現暖通空調系統的供熱、供冷。若所在區域沒有集中熱源，同時滿足以下條件，即建筑采暖負荷比較小、利用可再生能源實現發電、電力比較充足、無法通過熱泵提供熱源等，對于暖通空調的、采暖的熱源，一般不選擇電熱鍋爐、電熱水器。

3.2 變頻節能技術

變頻節能技術指的是，建筑暖通空調系統的負荷需求發生變化，例如，太陽輻射、外部溫度等，利用該技術調節冷水、水泵機組以及風機組。通過結合外部變化，有效調節暖通空調系統的功率，確保與環境匹配，并降低能耗，保證系統在最優功率下高效運行。在暖通空調設計中，運用變頻節能技術可以節約30%左右的能耗。以冷凍水泵為例，將變頻節能技術應用其中，在冷凍水泵運行期間，冷凍水的循環大多存在制冷設備當中，至于水泵容量定額，通常依據最高溫、注滿率，在此基礎上預留10%的空間，從而保證冷凍水循環系統可以較長時間以最大水流量進行工作，對于其工作狀態，會隨著外部溫度的變化而發生改變。對于暖通空調的運行熱負載，通常比設計參數要低一些，冷凍水設計溫度一般在5℃左右，在全功率運行下，水泵不會產生額外的能耗，其輸送的能量則比自身所需的能量高一些。在冷凍水泵運行系統中，將變頻節能技術應用其中，便可以結合水泵所需的能量，對輸送能量進行變頻調節，以防一直以最大效率運行，通過節能設計，調節水泵的輸送能量，從而使其保持低功率運行，大大降低了電能消耗量，并且可以依據室溫合理調節制冷溫度，保證室內溫度適宜。

3.3 可再生能源利用

綠色理念在建筑暖通空調節能設計中的應用，可以充分利用可再生能源，如地熱能、太陽能以及自然通風。將太陽能應用到暖通設計中，能夠為建筑提供制冷、供暖，通過利用主動式太陽能，有效進行制熱、制冷，大大減少氟利昂的應用，避免對環境造成較大的破壞，降低臭氧層的影響，并且可以降低能耗。在具體的暖通設計中，應以完整系統為支撐，確保太陽能的充分利用，太陽能系統包括多種器件，如太陽能集熱器、水箱、集熱循環器等，不同設備、技術，能夠對太陽能進行轉換，使其成為建筑暖通空調節能設計需要的熱能。

風能在暖通節能設計中的應用，可以充分利用自然通風，有效調節室內溫度、流通度等。風能是一種清潔型能源，應用十分廣泛，將其應用于暖通空調系統的設計中，可以提供較大的能源支持。不過，風能在實際利用上，對于條件要求比較高，風能的大小受風的速度、強度的影響，一般在沿海、山區、草原等城市中比較適合使用風能，由于這些地形具有豐富的風能，將其應用到暖通空調設計中可以有效降低其他能耗。

地熱能在暖通空調設計中的應用，能夠有效供熱、制冷，地熱資源主要有地緣地熱、地熱水源、空氣熱源幾種，其應用原理是，通過運用地熱資源，和暖通空調管道中的冷氣、冷水作熱交換。地熱能源廣泛存在于地下，屬于可再生能源，利用專門的裝置可以有效收集并利用地熱能源，在暖通節能設計中的應用意義重大。對于暖通空調系統的能耗結構，地熱能源可以起到優化的作用，降低電能消耗，利用地熱能源的能量促進暖通系統的運行。地熱能源中的熱能是地球內部熔巖產生的熱量，利用地熱集成系統可以收集地下的地熱能源，并將其應用到建筑暖通空調設計中，夏季，收集并儲存地熱能源；冬季，釋放熱能，為建筑供熱。在暖通空調節能設計中，通過利用土壤、巖石的穩定性實現熱能循環，并且對環境沒有任何污染，使用成本比較低，也不會產生過量的能耗。地熱能源的主要應用方式為，在暖通空調系統中安裝地源熱泵，以此作為地熱能主要系統，具體又可以分為地下水、地表、埋管等地源熱泵，不同系統的使用需要結合實際情況來確定。地源熱泵系統由多個部件構成，包括熱泵機組、換熱管、循環水泵等，可以有效地收集地熱能，為暖通空調系統提供穩定能源，通過結合實際儲量，有效降低暖通空調系統的總能耗。

3.4 余熱循環技術

余熱循環技術在建筑暖通空調系統節能設計中的應用較為常見，不僅可以節約能源，還能夠降低能耗，減少對環境的污染。該技術的應用原理是，在和循環系統的協作下，有效傳遞熱量，實現余熱的合理分配。在熱循環期間，若動力、熱傳輸系統沒有處于同一回路，便可以規避熱傳遞期間對液體的放射，有效降低污染。對于循環回路的余熱，通過重復利用可以有效節約熱能資源，進而提升供暖系統的運行水平。

循環冷卻水系統的余熱利用，在暖通空調設計中起到了節能減排的作用。余熱利用是在暖通系統正常運行下，利用其中多余的熱量，滿足系統功能所需。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，主要是從冷凝器當中分出一路制冷劑，部分經過冷卻水系統冷卻，另一部分經過熱回收器，和自來水換熱，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生的。直接利用方式比較簡單，容易控制，并且具有較強的穩定性，主要是盡可能利用余熱；間接利用方式在具體應用中需要專門的冷凝器，其出發點除了盡可能利用余熱之外，還要免費供應熱水，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 合理選擇系統設計參數

暖通空調系統作為建筑的重要組成部分，在綠色節能設計中，需要結合實際情況對建筑環境進行全方位分析，并科學設置暖通空調系統設計的參數。在參數設置中，首要考慮的因素就是溫度、濕度，根據建筑室內外的溫度、濕度，通過合理分析選擇最適宜的溫濕度值，保證暖通空調系統設計參數的合理性。參數設置應與溫度相適應，若溫度過高，參數值不宜過低，有效防止室內外溫差過大而影響其使用性能；若溫度過低，參數值不宜過高，避免危害人們的健康。只有保證系統參數設計的合理性，才能夠達到較好的節能效果。在新風量的計算中，應確保工藝、衛生等各方面的條件符合規定，盡可能節約能耗。溫度濕度作為節能設計的重要參數，對暖通空調系統的能耗有著較大的影響，并且，建筑圍護結構、當地天氣等因素也會對其產生影響，所以，在設計期間需綜合考慮。夏季，若室內設計濕度提升10%，能耗便可以降低20%左右；若設計溫度高出1℃，熱負荷便降低20%左右，由此可見，一定要保證系統設計參數的合理性。

3.6 空調冷熱水系統節能設計

為了減少冷熱水系統的能耗，可以采取以下幾種節能設計措施。首選閉式循環模式，有效防止設備、管道等受到腐蝕，并且可以降低靜水力所需的輸送能耗，對于暖通空調系統的壽命起到延長的作用。空氣調節滿足要求的基礎上，對于制冷機蒸發溫度、冷凍水供水溫度，單位制冷量能耗與其成反比。對于冷凍水系※統的靜壓力，將其不超出1MPa 的時候，禁止豎向分區，應該采取一泵到頂的方法，以保證系統維修的便捷性，并且，該方式還有利于降低成本、降低電能消耗量。對于部分區域的暖通空調，需要冷熱水交替供應，或者是整年供應冷水，所以，最好選擇兩管分區制水系統，若需要同時使用冷熱水，或者兩者交替的頻率比較高，就需要使用四管分區制水系統。此外，在設計過程中應注重使用大溫差系統，降低水泵運行流量，從而有效地降低系統能耗。

4 結語

建筑暖通空調系統節能設計較為復雜，在綠色理念下，解決暖通空調系統的能耗問題非常重要，并且深受社會各界的重視。為了降低暖通空調系統的能耗，設計人員就需要充分利用綠色理念，將其貫穿整個設計環節，優化設計過程，通過應用變頻節能技術、余熱循環技術，并合理選擇冷熱源、系統設計參數，充分利用可再生資源等，有效減少能耗浪費，促進暖通空調系統設計朝著綠色化方向演進。