建筑暖通空調系統設計中綠色理念的運用

文/趙博超 中國葛洲壩集團房地產開發有限公司 北京 100022

近年來，綠色建筑技術體系不斷完善更新，落地綠色建筑也如雨后春筍般層出不窮。綠色建筑指在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源，包括節能、節地、節水、節材等，保護環境和減少污染，為人們提供健康、舒適和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑物。在節能、環保、健康的綠色理念下，如何在暖通空調系統設計中，對綠色理念進行合理運用，實現最終使用效果，是當下暖通空調設計的重要課題。

1、暖通空調系統綠色設計原則

1.1 堅持節約能源的原則

暖通空調系統實現節能，首先要減少建筑自身的負荷需求，合理規劃建筑體型系數，提升外圍護結構熱工等級。暖通空調設計應在此基礎上從系統優化、設備選型、節能措施應用以及群控系統對接等方面，提高系統運行效率，進而實現節能降耗的目的。

1.2 堅持舒適健康的原則

建筑產品的設計和建設最終是為了創造良好的人居環境，暖通空調設計的節能設計，不能以犧牲人居舒適性為代價。今年經濟快速發展造成的城市霧霾問題，也是影響城市居民健康的嚴重因素，建筑作為城市人口日均活動時間最長的場所，室內空氣品質的改善對人體健康至關重要。暖通空調設計需要在提供良好熱舒適度的同時，通過技術手段進一步提高室內空氣品質。

1.3 堅持可持續發展的原則

可持續發展的目的是為子孫后代保留一個良好的環境質量，意義深遠。暖通空調系統設計在考慮減少能源消耗的同時，還需在壓縮機制冷劑類型及容量選取，以及可再生能源應用方面，做出優化設計，為緩解全球變暖、臭氧層空洞及能源短缺問題貢獻專業力量。

2、暖通空調設計綠色技術措施

2.1 提高供能輸配設備選型效率

作為集中空調系統的主要耗能設備，冷水機組耗電量與其設備制冷效率成正比，相關建筑節能標準以針對冷機設備本身名義工況下性能系數（COP）提出了具體等級要求。在實際設計過程中應特別注意以下三點：第一，冷水機組名義工況與實際設計工況常有區別，在設計選型設備表中，僅要求名義工況COP 等級，在實際運行中可能區別較大；第二，機組性能系數（COP）是在滿負荷工況下測定的，但冷水機組實際運行工況更加復雜，經常處于部分負荷運行工況，設計選型用，應盡量考慮實際負荷工況運行參數，要求設備廠家提供綜合部分負荷性能系數（IPLV）等級。第三，對于空調水系統采用變流量設計的情況，還需增加冷水機組部分負荷最小流量值及流量變化率的設計要求，避免冷水機組運行流量與實際需求不匹配造成的停機、喘振及電流升高等問題發生。

除冷水機組之外，集中空調系統的水泵、風機等輸配設備雖然單體設備輸入功率不高，但考慮系統配置數量以及運行時間較長，整體耗能量也十分顯著。因此，選取高效電機、采用直驅等高效傳動方式，提升輸配設備運行效率，可有效減少設備輸入功率。

2.2 結合部分負荷工況的設計優化

針對建筑長時間處于部分負荷運行的實際情況，建筑暖通空調設計單純滿足最不利工況負荷需求僅是基礎要求。

2.2.1 冷水機組等主機選型方面。由于大部分冷水機組在80%-110%負荷區間運行效率最高，低于30%負荷后效率下降嚴重，若設備選型過程不經分析簡單粗暴，冷水機組很可能長時間運行在低負荷狀態，造成設備效率降低。因此，暖通空調方案設計還需結合全年8760 小時逐時能耗模擬分析，明確不同負荷區間，通過主機數量和容量的選型搭配，盡可能的實現主機設備在自身高效負荷區間長時間運行。

2.2.2 空調輸配系統方面。暖通空調設計應注意變頻節能技術的合理配置，結合空調末端需求側變化進行電機變頻設計，在減少水流量、送風量的同時，可大幅減少輸配設備自身電量消耗。近年來，變頻水泵、變頻風機、VAV 全空氣變風量系統、VRV 邊制冷劑流量系統已在辦公、酒店及住宅等不同建筑業態中廣泛應用。合理的應用變頻技術，并不是簡單的全部配置，還需結合系統運行特性及初投資綜合考慮，有時通過合理臺數控制、雙速風機等低成本設計方式也可實現變頻節能效果。

2.2.3 空調群控系統方面。有了高效的主機及輸配設備，以及變頻技術等合理的部分負荷匹配措施，為暖通空調系統日后運行打下了良好的硬件基礎，但實現真正的高效節能運行，還需成熟可靠的群控系統來將系統聯動。空調群控系統的目的不是追求某項單一設備的效率最高，而是在了解末端負荷及設備性能的條件下，實現整體系統的效率最優，即實現同樣的末端效果情況下，使用最小的能源消耗。

2.3 可再生能源的設計應用

清潔能源和可再生能源是低碳經濟積極倡導的能源形式，在暖通空調系統設計中，應融入低碳經濟理念，結合建筑場地及區域條件，合理采用地源熱泵或空氣源熱泵等可再生能源主機設備形式。考慮配置地源熱泵的項目，暖通空調設計需結合土壤熱響應測試報告以及地源打井可用面積進行評估，明確地源熱泵制冷供熱出力，冬夏土壤不平衡率應控制在±10%以內，并配合理冷卻塔等輔助設備，保證地源熱泵運行長期穩定可靠。

2.4 室內空氣品質的技術提升

霧霾城市的新風過濾凈化能力直接影響建筑空間的空氣品質，有研究表明，當室外PM2.5濃度超標時，未經通風和凈化處理的室內環境PM2.5 濃度是室外的兩倍以上。對于集中空調系統形式，新風過濾凈化段主要在新風或空調機組中完成，為滿足PM2.5 高效的凈化效果，在板式初效過濾的基礎上，通常還需采用袋式中高效物理過濾段或靜電高效過濾段。新風機組設計選型中，除保證新風凈化效率的同時，還應考慮過濾段對機組長度、風機壓頭以及靜電臭氧發生量控制等方面的優化。

結語：

綠色建筑是響應國家號召和跟緊時代發展的必然選擇，在當前綠色建筑標準及配套設備產業鏈日益完善的時代，暖通空調設計許多結合綠色理念實現精細化設計，切實可行地實現節能、環保、健康等綠色效果。