探討綠色建筑與暖通空調的設計

張彥龍

（山西省城鄉規劃設計研究院，山西太原 030001）

0 引言

中國經濟飛速發展是一個良好態勢，但是也帶來了能源短缺的危機。為了應對能源短缺帶來的挑戰，走出一條“綠色”發展道路。暖通空調工程涵蓋了供暖設計和通風。空調系統、供暖、通風及空調工程設計的質量后期能耗影響極為明顯。暖通設計綠色化可以降低居民生活開支、降低能耗，還能保護環境資源，提高經濟效益[1]。

綠色發展建筑已然成為建筑業的必然趨勢。利用可再生能源，尊重客觀規律，都是人們做到與自然和諧相處的可行之道。暖通空調是建筑功能的一部分，也應遵循綠色發展，堅定不移推進可持續發展，逐步降低空調對環境的損害，實現高效利用現有能源。

1 綠色建筑暖通空調設計存在的問題

1.1 設計過程不準確不科學

首先，設計過程不夠準確和科學，工程設計效果和質量不理想；其次，沒有結合安裝地點實際情況開展，設計出的空調未能滿足實際的環境需求，不具備應有的社會經濟效益。

1.2 設計方案系統不足

整個工程設計會涉及許多內容。設計暖通空調整體方案時，設計方案缺乏系統性，實用性不足，損害了整個工程的綜合設計效果。

2 綠色建筑暖通空調設計原則

針對上述問題，筆者提出以下內容作為綠色建筑暖通空調工程設計所遵循的原則。

2.1 綠色環保原則

在制造空調時，為了方便后期維修管理工作，以及為了減少產生垃圾，應該選擇可回收、可循環利用、可以廢物利用的材料。暖通空調的材料應盡量選用綠色環保、可以回收的材料。應把保護環境作為設計暖通空調的首要原則，把空調系統設計和運行對環境造成的損害降至最低，降低空調的能耗，緩解空調造成的污染問題[2]。

2.2 降低能耗原則

降低能耗在綠色設計理念中占有重要地位，貫穿整個理念全部過程。協調空調系統和建筑空間，首先應該降低整個空調系統的能耗。為了讓空調系統布局更加科學合理，讓取暖、制冷效果更佳，在設計暖通空調系統時應考慮建筑布局和使用情況，以此為基礎去合理配置資源。

2.3 循環原則

在綠色設計理念下，循環回收再利用是重要基礎。首先，體現在回收材料上；其次，體現在空調運行過程中如何循環利用能源。最后，為了降低材料成本，要根據空調使用周期來回收利用剩余資源，以及實現二次利用廢棄材料。

3 綠色建筑暖通設計

3.1 節能方法

為了節省能源，綠色建筑暖通空調可以采取的途徑多種多樣。為了實現暖通空調節能，綠色建筑領域已廣泛運用回收排風熱量、水蓄熱蓄冷技術、變風量系統等手段，這些技術也是目前許多新的節能技術發展的基礎。與過去的空調技術比較，現代的暖通空調節能技術把更多重點放在了舒適性、節能性和靈活性三者的相互協調。例如，大中型辦公樓為了有效減少用電負荷并且提高電力利用效率，可以采用區域供熱供暖或者集中吸收式制冷，也可以將建筑外區設為獨立熱泵單位，并且其他有效措施來改善窗戶之間的熱環境。同時，為了實現節能系統的更新和改造，夜間用電和風力蓄熱，也可以利用建筑結構蓄熱蓄冷技術、冰蓄熱技術，和高溫相變材料實現夜間的室內制冷和制熱。此外，要讓室內環境和空氣質量進一步優化，調節空調系統，改善空氣流量，也能達到良好的節能效果。關于空調裝置輸送系統的調節，為了降低運輸耗電量，保證空調系統能夠穩定運轉，可以通過增加送風系統的水量、溫差和風量，使用制冷劑重力循環制冷和制熱也是有效途徑。在改善氣流方面，為了增加室內換氣次數，維持室內空氣新鮮，可以采用置換通風、噴射誘導性送風等技術手段。有一點需要注意，為了提高暖通空調的性能，高效、合理利用太陽能、水能、風能等可再生能源是可行之道。

3.2 能源供應模式

城市實現可持續健康發展，必須要優化暖通空調的能源供應模式，以解決城市能源供應短缺的問題。首先，燃氣這種清潔能源熱值很高。為了緩解城市電力供應短缺的問題，燃氣可以作為空調能源，新的能源供應模式也可以應用到整個空調工程的設計中來；其次，為了滿足居民制冷和供熱需求，需要加快建設集中供冷供熱系統，并通過管網交付給用戶使用。最后，需要有效提高供暖和制冷的質量與效率，保證空調系統可靠穩，為供暖用戶提供更多選擇余地，減少市場帶來的風險，整個建設過程中要整合燃氣和電力資源，形成優勢互補的格局。

3.3 智能化發展趨勢

對暖通空調整體設計中的智能化是綠色建筑暖通空調智能化設計主要的主要內容。智能循環和集熱器來控制系統能夠在太陽光照相同時轉換更多太陽能，這是太陽能節能技術智能化。在陽光缺乏時，為了防止熱能散失，可以將太陽能加熱方式自動切換為燃氣輔助加熱。另外，可以把利用低位熱量向高位熱量的傳遞用于實現地源熱泵技術的智能化之中。在低溫條件下，通過智能地源熱泵技術可以根據氣溫將地下熱能傳到地面；相應的，在高溫度條件下，需要通過降低建筑整體溫度來實現冬暖夏涼。此時，智能地源熱泵技術將地面熱能輸送到地下。為了有效降低能耗，實現循環利用，建筑夜間積累下來的冷能可以轉換到用電高峰期予以有效釋放，從而解決用電高峰期間電力供應緊張的問題，這是智能冰蓄冷系統技術的應用。為了降低能耗，提高暖通空調整體效率，可采用變風量系統和樓宇自動化系統優化調整綠色建筑暖通空調的送風靜壓和風量，并且通過改進定量模擬功能和現有系統結構與建筑設計參數實現最佳匹配[2]。

3.4 地源熱泵技術

地源熱泵是一種空調系統，可以利用地熱資源供暖和制冷。熱泵機組吸收室內熱量，傳遞給地源，可以讓用戶在夏天感受到涼爽；熱泵機組吸收地上熱量，將其轉到用戶室內，可以在冬季給用戶帶來溫暖。地源熱泵技術利用了可再生能源，污染排放量比空氣源熱泵更小，環境效益較高。采用地源熱泵系統制冷時，為了實現轉換循環并實現制冷效果，壓縮機會對制冷劑做功。制冷劑蒸發會吸收空氣中的熱量，制冷劑在此過程中凝結，流經循環水路吸收制冷劑中的熱量，再經換熱系統釋放到地源。地源熱泵技術系統進行制熱時，為了能夠實現制熱效果，壓縮機對制冷劑做功，制冷劑沿反方向流動，通過外部傳熱系統吸收來自地面的熱量，吸收循環水路中的熱量，制冷劑冷凝，使制冷劑中的熱量釋放進入空氣循環。

3.5 優化冰蓄冷系統

通過這項技術，夜間用電低谷時實現存儲冷能，白天用電高峰時制冷機組實現釋放冷氣，有效降低了空調使用高峰時的電網負荷，具備很高的經濟社會效益，且安裝和改裝工作非常簡單。冰蓄冷技術節約運行成本的方法能實現電網負荷平衡。此技術可以極大改善蓄冷能力。同時，為了節省能源，要對儲水容量和蓄冰容量做出合理的配置。夜間冰蓄冷系統節能效果較好，COP較高，冷卻效率即使偏低，整個系統也能正常運轉。低溫送風時，為了有效減少風機動能損失，減少能源消耗，冷水溫度應降為 1～4℃。

3.6 自然通風

自然通風是被動通風方式。設計綠色建筑暖通空調時，應該考慮采用這種方式，具有改善室內空氣的功能，能夠讓室內環境更加舒適。為了降低風阻來讓自然通風效果更佳，可以通過建筑朝向、平面和剖面設計來利用風壓效應，這就是風壓通風。利用空氣溫差形成的密度差并引發壓力差，壓力帶動氣流，這就是熱壓通風。因此，為了實現熱壓通風，可以在室內頂部設計調節開口、設立多重縱向高度空間等手段。

3.7 太陽能節能技術

人們選擇和使用綠色能源時，太陽能是一個非常重要的選項，它直接來自太陽上發生的核聚變反應。目前，可以利用取之不盡的太陽能，這樣能源危機就能得到大大緩解，環境污染也會隨之減少。太陽能采暖系統包括集熱器和循環控制系統：前者是換熱水箱，是不可缺少的采暖設備；后者由溫度控制系統、家用熱水系統等等組成。太陽能節能技術通過循環系統處理接收到的熱能，熱量進入換熱水箱，為換熱水箱內的水加熱，并將熱水輸送到地暖系統為室內供熱。由于集熱器沒有加熱功能，由于陰雨天陽光匱乏，還可以增加其他輔熱手段（例如使用燃氣灶）。太陽能永不枯竭，至少在太陽幾十億年的壽命期間不會枯竭，因此太陽能是能源應用的理想之選。

3.8 信息技術

暖通空調運行期間，需要了解整個空調系統的能耗處在什么水平，并且分析能源與熱源損耗。可以通過計算機虛擬模型來實現這三個功能。首先，用三維模型展示需要消耗的電能，當成綠色建筑暖通空調設計的依據，明確設計的重點是什么，保障空調系統水循環在較高質量水平。有關部門要采取措施，引入這種體現綠色理念和系統優勢的現代計算機技術，助力綠色建筑暖通設計工作。

4 結語

目前，綠色建筑作為建筑領域不可逆轉的大趨勢，能夠有效減少溫室氣體排放，保護生態環境。實現綠色建筑廣泛應用發展，也是推動社會生態文明建設的引擎。綠色建筑的暖通空調改善了空氣循環和空氣質量，維護了用戶的身心健康、把用戶生活水平提高到了更高高度[3]。