探究暖通空調中綠色建筑的設計研究

黃坤斌

（福建十建建筑設計有限公司廈門分公司， 福建 廈門 361006）

現代化社會背景下，人們物質生活水平的提升也帶動了生態自然保護意識的提升，環保、節能成為了當前建筑行業的重要詞匯，建筑行業以“綠色建筑”實現著建筑節能目標，暖通空調作為建筑中主要的耗能設備，與綠色建筑理念背道而馳，因此更需要在暖通空調的設計中，轉變傳統建筑設計理念，以綠色建筑為原則，注重節能設計，減少暖通空調的能源損耗，真正實現綠色、節能、環保[1]。

1 暖通空調與綠色建筑的概述

暖通空調是具有采暖、通風和空氣調節功能的空調器，在現代建筑設計中，暖通空調是重要的組成部分，能夠起到調節建筑結構熱負荷、冷負荷、濕負荷、新風負荷的作用[2]。現代化建筑設計中，更加趨向于人性化設計，相較于過去無暖通空調設備的建筑結構，在應用暖通空調的建筑物中，夏季能夠起到較好的降溫效果，冬季能夠起到良好的保暖效果，且對于建筑物內通風換氣，調節建筑空氣濕度、溫度也具有良好作用。因此在現代建設設計中，暖通空調的設計處于重要地位，但與此同時，也應該認識到暖通空調設計與應用下帶來的多種危害。暖通空調是建筑結構中能耗較為嚴重的設備，為了能夠維持建筑結構內溫度、濕度、通風條件，暖通空調的運行持續損耗能源，這不僅造成了建筑能源損耗量的不斷增大，也會造成環境污染、能源結構破壞，對建設環境友好型社會，構建節能、環保的綠色建筑造成不良影響[3]。

綠色建筑指的是在全壽命周期內，以節約能源、減少污染、保護環境為目的，為人們提供宜居、健康的居住環境，實現人與自然和諧共生的高質量建筑。綠色建筑理念的提出為現代建筑行業的發展提供了一個新的發展方向，建筑業作為能源損耗較大的行業，在綠色建筑理念的指導下，向著節能、環保、綠色發展的方向改進建筑理念，創新建筑設計，能夠較好的減少建筑能耗，實現節能環保[4]。因此在暖通空調的設計中，更需要適應現代建筑新的設計理念，特別是在綠色建筑理念下，更需要轉變暖通空調傳統的設計理念，實現暖通空調設計的節能化、環保化，減少暖通空調能源損耗，促進暖通空調能源應用的高效化。

2 暖通空調中綠色建筑的設計原則

綠色建筑作為當前建筑行業的新理念，應能夠應用到建筑設計的各個環節中，暖通空調設計中，也需要融合綠色建筑理念，減少能源損耗。因此在暖通空調中，需要遵循綠色建筑設計的幾個原則，具體如下。

2.1 節約材料原則

綠色建筑設計中，不僅需要減少建筑能耗，建筑材料的使用量也需要盡可能減少，因此在綠色建筑理念下，暖通空調的設計需要從原材料的使用角度上形成節約意識，包括暖通空調系統中風機、制冷機等原材料的使用，應以暖通空調系統的整體利用確定原材料的使用情況。例如在暖通空調系統的設計中，除系統本身，還需要考慮暖通空調系統與建筑物圍護結構、室內照明的相關性，盡可能在設計過程中節約建筑材料，減少建筑材料損耗[5]。

2.2 回收再利用原則

暖通空調系統在建筑結構中，各個部分具有一定的獨立性，因此在暖通空調系統中，不同組成部分的設備是可以單獨拆卸的，也就是說在遇到某一運轉零件或設備故障、需更換的情況下，可以單獨更換零件，不需要進行整體更換。另外，在暖通空調系統中，部分非運轉設備及材料，具有再利用的性質，在設備更換后，可將可回收零件、設備拆卸、維修、保養，實現再利用，能夠減少建筑材料損耗。部分報廢設備及零件，在專門工廠中還能夠實現再生，因此在暖通空調設計中，需要對可再回收、再利用的設備做好設計，減少不可回收、不可再利用設備如玻璃鋼等的使用量，提高暖通空調系統設計及應用的節能屬性[6]。

2.3 能源高效利用原則

現代建筑設計領域中，為實現節能減排利用多種新型技術手段，如太陽能技術、地源熱泵技術等，對減少建筑能耗起到關鍵作用。暖通空調設計中，也應有效結合多種節能技術，與節能技術手段相適宜，在建筑結構中起到相互配合作用，從而更高效應用能源，提高能源利用率，減少建筑能源損耗。例如當前較為常見的太陽能技術與暖通空調的結合，以采集太陽光轉化為熱能，由暖通空調熱傳導系統運輸熱能至換熱中心，應用到采暖系統中，能夠減少暖通空調不可再生能源的使用，提高太陽能的利用率。

3 暖通空調中綠色建筑的設計與優化

暖通空調設計與綠色建筑理念的結合，對減少暖通空調系統能源損耗，提高能源利用效率，實現建筑節能、減排、綠色、環保具有重要意義，因此在綠色建筑理念中，暖通空調的設計需要實現設計理念的轉變與設計內容的優化，主要可以通過以下幾個方面實現。

3.1 蓄冷技術的應用

蓄冷技術是一種節能環保技術，技術原理主要是于用電低谷期制冷，并將冷能量儲存在蓄冷設備中，供用電高峰期使用，從而減少用電高峰期制冷設備的開啟與能源損耗[7]。當前在暖通空調中，更多是利用電能轉化為暖通空調系統中制冷設備、制熱設備等所需的能源，而城鎮化建設與用電量的不斷提高，對高峰期用電提出了難題，所以在用電高峰期，可能出現電能緊張，暖通空調無法有效制冷等情況。因此以蓄冷技術與暖通空調系統的設計相結合，能夠較好的滿足暖通空調制冷需求，同時也能夠減少用電量，不僅起到 節約電能，減輕發電廠發電壓力，減少環境污染的作用，也能夠保障建筑設計中暖通空調的常態化運行，避免設備用電問題造成居民生活的影響。

3.2 地源熱泵技術的應用

地源熱泵技術是以土壤為蓄熱體，形成對熱量存儲與釋放的蓄熱技術。與蓄冷技術相似，地源熱泵技術能夠起到蓄熱作用，為建筑設備提供能源，減少建筑能源的無序損耗。地源熱泵技術包括空氣源熱泵技術、水源熱泵技術，在技術的應用上其實存在一定限制性條件，如需要較大面積的地下空間，同時需要保持地下空間的冷熱均衡，從而實現蓄熱，減少由于蓄熱不均勻造成的電力損耗。所以在地源熱泵技術的應用上，難免需要做好更多的地下空間建設工作，提高了建筑造價。但綠色建筑理念下，建筑設計應能夠結合建筑能源損耗、建筑施工損耗等形成綜合設計，在能源節約與建筑造價兩個條件下，暖通空調系統的建筑設計中，需要結合施工規模與方法選擇適宜的地源熱泵技術，發揮該技術的蓄熱功能，為暖通空調熱能利用提供更多便利，減少暖通空調能源損耗，從而減少建筑能源總損耗，起到節約建筑成本的作用，也滿足居民用暖、生活熱水的需求，減少電能的使用與損耗。

3.3 太陽能技術的應用

太陽能節能是較早提出的節能技術與理念，能夠一定程度上滿足生活與工業用電不足時的能源需求。太陽能節能技術以采集太陽能，轉化為人們需要的熱能達到減少暖通空調系統冷負荷作用，綠色建筑設計中廣泛應用太陽能技術。太陽能作為高效節能環保的可再生能源，具有其應用優勢，如在屋頂設計太陽能供暖裝置，采集太陽能以熱導循環導入換熱中心，為房屋實現暖氣供應，為燃氣鍋爐設備等補充熱水。但是太陽能技術也具有其劣勢，即容易受到自然氣候條件的影響，一旦出現陰天、雨雪天，太陽能采集設備對于太陽能的獲取存在較大難題，因此難以有效持續性為建筑結構、暖通空調系統提供熱能，所以在綠色建筑中，暖通空調與太陽能技術的結合，還需要配合其他節能技術，實現在任何氣候條件下的熱能轉化。

3.4 自然通風技術的應用

暖通空調系統中，通風、空氣調節屬于重要組成部分，對改善建筑物內空氣條件，實現有效通風起到關鍵作用，而通風、空氣調節中損耗的能源也是造成建筑能源損耗的一個關鍵的，因此在通風、空氣調節中也需要與節能技術相結合。自然通風技術以能耗分析軟件、流體力學軟件為建筑通風方案進行優化設計，能夠實現在不同季節過度時期的空氣調節，從而減少暖通空調的啟動與能源損耗。在自然通風技術中，以降低暖通空調能源損耗、調節建筑物內溫度、提供新鮮空氣為目的，在技術的具體應用上，包括幾點。一是通過圍護結構設計，提高圍護結構保暖、隔熱作用，通過外遮陽設施設計，利用外遮陽設施降低太陽輻射，降低建筑物對太陽輻射熱的吸收，從而減少暖通空調系統的使用。二是通過夜間自然通風，降低建筑物蓄熱量。建筑蓄熱主要體現在建筑物圍護結構、建筑物內設備中，通過夜間自然通風，能夠有效降低蓄熱量，起到調節建筑溫度的效果。三是通過設置通風換氣口，帶走建筑物內熱空氣，保持建筑物內溫度、濕度的恒定，改善建筑物內小氣候環境。例如以煙囪設計，能夠很好的起到通風效果，減少暖通空調系統開啟與能源損耗有積極作用，能夠較好滿足暖通空調設計的綠色、環保屬性。

3.5 空調新風設計的應用

新風系統是暖通空調系統的一個有效補充，能夠實現減少暖通空調系統能源損耗的作用。從應用的模式上看，新風系統是管室內外換氣的，空調是管是室內冷暖的，所以在暖通空調的設計中，結合空調新風設計，能夠較好的在保障空氣品質的前提下，實現系統能源損耗的控制。一般在建筑設計中，室內新風量需要根據室內二氧化碳濃度確定，而在室內二氧化碳濃度較高的情況下，需要增加新風量，起到保障室內空氣品質的作用，但這同樣也造成了能源的更大損耗。因此在暖通空調系統的設計中，應用空調新風設計，以減少新風量，降低系統能源損耗為目的，可以通過設計新風比例的方式，在滿足室內環境質量標準的前提下減少新風量。

3.6 熱回收技術的應用

暖通空調在能源損耗量上較大，而其中造成能源損耗的一大因素是暖通空調運行時余熱的浪費。以暖通空調的運行情況進行分析，在運行過程中，回風冷卻至送風狀態的回風處理中，需要消耗大量的能量，且其余的回風直接排出室外，這個處理過程中，排出室外的回風中攜帶的能量相當于浪費的能量。所以在暖通空調系統中，以有效的熱回收技術的融合，能夠實現能源的有效利用，減少能源損耗。以熱回收式空氣處理機組的使用，能夠實現暖通空調系統中能量的回收，如下圖1。在該回收裝置中，通過利用排氣處理的余熱處理新鮮空氣，能夠使得能量得到高效利用，同時使得排出室內的氣體更接近室外自然溫度狀態，也減少暖通空調系統對室外環境的影響。另外，剩余能量的利用還可通過熱交換器，提供給暖通空調系統中需熱能或冷能的部位，提高能源利用效率。

圖1 熱回收式空氣處理機組工作原理

4 結語

綠色建筑是現代化社會背景下建筑行業發展的一個新理念，是實現建筑節能，減少建筑能源損耗的重要理念。在綠色建筑理念下，做好建筑設計中各個環節的節能減排需要形成統一的理念，暖通空調作為建筑能源損耗的關鍵設備，在綠色建筑理念下需轉變設計理念，遵循綠色建筑設計原則，把握節約材料、回收再利用、能源高效利用原則，從蓄冷技術、地源熱泵技術、太陽能技術、自然通風技術、空調新風設計、熱回收技術等多種節能技術的應用中，實現暖通空調綠色建筑設計的不斷優化，減少暖通空調的能源損耗，有效節約能源，保護環境，減少污染，為綠色建筑可持續發展提供良好推動力。