暖通設(shè)計(jì)中綠色節(jié)能技術(shù)的實(shí)踐探究

陳振湘

（上海市建工設(shè)計(jì)研究總院有限公司，上海 200000）

雖然建筑行業(yè)取得了許多成績(jī)，但其所產(chǎn)生的高能耗始終無法得到有效的節(jié)約，與綠色環(huán)保理念下的各項(xiàng)要求背道而馳，在這種背景下，為了更好地滿足人們的實(shí)際需要，必須積極促進(jìn)建筑轉(zhuǎn)型。在現(xiàn)代建筑發(fā)展中，綠色節(jié)能技術(shù)可以最大化地降低建筑消耗。筆者根據(jù)自身工作經(jīng)驗(yàn)結(jié)合暖通業(yè)內(nèi)最新技術(shù)實(shí)踐與發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)暖通綠色節(jié)能技術(shù)的實(shí)踐做了分析和探究。如有不妥，歡迎指正。

1 綠色節(jié)能技術(shù)在暖通設(shè)計(jì)中的重要作用分析

20世紀(jì)70年代，能源危機(jī)后得到迅速發(fā)展的被動(dòng)式建筑技術(shù)，通過建筑設(shè)計(jì)，使建筑在冬季充分利用太陽(yáng)輻射熱取暖，盡量減少通過維護(hù)結(jié)構(gòu)及通風(fēng)滲透而造成熱損失；夏季盡量減少因太陽(yáng)輻射及室內(nèi)人員設(shè)備散熱造成的熱量，以不使用機(jī)械設(shè)備為前提，完全依靠加強(qiáng)建筑物的遮擋功能，通過建筑上的方法，達(dá)到室內(nèi)環(huán)境舒適的目的的環(huán)保型建筑。

再比如，零能耗建筑設(shè)計(jì)原則的興起與推廣，如英國(guó)倫敦貝丁頓“零能耗發(fā)展”社區(qū)的“零能耗”的兩大特色：一是按照節(jié)能原則設(shè)計(jì)建筑物，而是社區(qū)能耗來源于內(nèi)部的可再生能源。首當(dāng)其沖的就是建筑節(jié)能理念的采用。為了減少建筑的熱損失，同時(shí)盡可能使用太陽(yáng)能獲得熱量，各建筑物緊湊相鄰，以減少建筑的總散熱面積。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用超級(jí)絕熱外層；窗戶選用內(nèi)充氬氣的3層玻璃窗；窗框采用木材以減少熱傳導(dǎo)。用朝南的玻璃陽(yáng)光房做重要的溫度調(diào)節(jié)器；采用自然通風(fēng)系統(tǒng)將通風(fēng)能耗最小化。風(fēng)力驅(qū)動(dòng)換熱器可隨風(fēng)向的改變而轉(zhuǎn)動(dòng)，一邊排出室內(nèi)的污濁空氣，一邊利用廢氣中的熱量預(yù)熱室外寒冷的新鮮空氣。在此熱交換過程中，最多有70%的通風(fēng)熱損失得以挽回。其次，社區(qū)用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，同時(shí)使用可再生資源——木材為燃料。根據(jù)供應(yīng)量，系統(tǒng)每年木材需求量1100t，其來源包括周邊地區(qū)的木材廢料和鄰近的生態(tài)公園中管理良好的速生林。樹木成長(zhǎng)時(shí)吸收的CO2，在燃燒過程中等量釋放，符合零溫室氣體排放原則。此外，清華大學(xué)示范性超低能耗建筑，法國(guó)圣旺零能耗學(xué)校等等都是現(xiàn)代零能耗建筑的推廣采用案例。

我國(guó)北方建筑冬季集中供暖方案代替廣大農(nóng)村居民燒煤取暖，即實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，還防止了煤氣中毒的人身安全事故的發(fā)生。

熱泵技術(shù)在建筑業(yè)具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。住宅的熱需求基本屬于100℃以下的低溫供暖，包括20℃左右的室溫、40℃以上的熱水洗浴，熱泵技術(shù)都可以經(jīng)濟(jì)便利地滿足這些要求。熱泵技術(shù)吸取空氣、水或淺層地表的土壤中的熱量，熱效率高達(dá)500%～600%，是目前各種供熱系統(tǒng)所能達(dá)到的最高熱效率。盡管別的技術(shù)也可以用，但是沒有像熱泵技術(shù)這樣高的熱效率和經(jīng)濟(jì)效益，特別是環(huán)境和社會(huì)效益就更不用說了。可以肯定的是，熱泵在未來的社會(huì)中將發(fā)揮重要作用（如圖1）。

圖1 熱泵在未來社會(huì)中的重要地位

2 暖通設(shè)計(jì)中綠色節(jié)能技術(shù)存在的問題

2.1 施工管理問題

目前，建筑施工單位很少會(huì)花時(shí)間研究暖通設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員沒有將暖通空調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)置于重要的位置，兩者不可兼得，只有投入大量的資金，才能為暖通綠色、節(jié)能目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供保障。施工單位往往只是關(guān)注數(shù)量，比較輕視質(zhì)量，雖然暖通系統(tǒng)施工可以提前完工，但所產(chǎn)生的能源消耗與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)存在較大的差異，所建設(shè)的工程不具備環(huán)保性的特征，浪費(fèi)了大量的能源。從20世紀(jì)末期，建筑暖通設(shè)計(jì)工具早已全面計(jì)算機(jī)化，21世紀(jì)初推行的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將使暖通建筑設(shè)計(jì)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，近10年的BIM技術(shù)，和將來的人工智能技術(shù)將使設(shè)計(jì)和施工管理走向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、自動(dòng)化、智能化。在施工過程中借助BIM技術(shù)的深化設(shè)計(jì)也可以在節(jié)能優(yōu)化方面大有作為。

2.2 不能有效推廣新技術(shù)、設(shè)計(jì)方案不確定

現(xiàn)如今我國(guó)雖然大力提倡綠色節(jié)能，并不斷加強(qiáng)研發(fā)力度，但是對(duì)于綠色節(jié)能來說，卻存在多種不同的節(jié)能方案，且這些方案均存在優(yōu)勢(shì)和不足。加上科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，技術(shù)研究學(xué)者開始從多元化的方向開展研究和設(shè)計(jì)，從一定程度上來說，多元化的設(shè)計(jì)研究可以積極推動(dòng)相關(guān)綠色節(jié)能技術(shù)的良好發(fā)展，但如果方案始終得不到統(tǒng)一，也難以制定規(guī)范的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如蓄能蓄冷空調(diào)技術(shù)，雖然有削峰填谷合理節(jié)約用電的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)有初投資較大、經(jīng)濟(jì)效益差、有較大的占地面積要求、水池污染不便清潔以及調(diào)控困難等缺點(diǎn)，所以限制了這種技術(shù)的推廣。另如溴化鋰制冷機(jī)組，也有操作復(fù)雜維保困難的缺點(diǎn)，也限制了推廣。

3 暖通設(shè)計(jì)中綠色節(jié)能技術(shù)的具體實(shí)踐

3.1 選擇科學(xué)的設(shè)計(jì)方案

在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)的過程中，通過改變空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量，可以使節(jié)能效果得到進(jìn)一步的提升，讓人們感覺環(huán)境非常舒適；針對(duì)人員流動(dòng)性比較大的室內(nèi)，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合二氧化碳濃度調(diào)整空調(diào)新風(fēng)量。如果房間面積廣闊，需要集中控制溫度和濕度。當(dāng)建筑物體積比較大也比較高時(shí)，需要將分層空調(diào)系統(tǒng)合理應(yīng)用到建筑中。在天氣比較熱時(shí)，分層空調(diào)系統(tǒng)可以節(jié)約大量的能源，并降低能源消耗。例如，某會(huì)展中心總建筑面積181660m2，其中展覽館面積127000m2，會(huì)議中心面積46400m2，高度15.6～25.9m，主體采用大跨度預(yù)應(yīng)力張弦梁鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，該工程在建設(shè)過程中為了確保最大化的節(jié)約能源，科學(xué)選擇暖通設(shè)計(jì)方案。再如暖通設(shè)備選型時(shí)，空調(diào)的能效比，水泵、風(fēng)機(jī)的單位能耗功率的規(guī)范化也是綠色節(jié)能技術(shù)在暖通設(shè)計(jì)中的應(yīng)用推手。

3.2 應(yīng)用變頻技術(shù)

在建筑暖通設(shè)計(jì)中合理應(yīng)用變頻技術(shù)，可以有效滿足建筑在節(jié)能設(shè)計(jì)方面的需求。具體來說，將綠色化的技術(shù)應(yīng)用到建筑暖通設(shè)計(jì)中，不僅可以有效促進(jìn)時(shí)代的發(fā)展，同時(shí)也可以更好地保護(hù)環(huán)境，積極轉(zhuǎn)變暖通設(shè)計(jì)發(fā)展方向，使其朝著綠色化的方向發(fā)展。變頻技術(shù)在綠色化的技術(shù)中非常關(guān)鍵，且變頻技術(shù)具有較強(qiáng)的節(jié)能效果。一般來說，運(yùn)用該變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大部分的節(jié)能目標(biāo)。同時(shí)該技術(shù)具有多方面的優(yōu)勢(shì)。實(shí)際變頻功能在所有能耗設(shè)備中都有所體現(xiàn)，同時(shí)該技術(shù)在實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)的過程中并不會(huì)受到負(fù)荷的影響。這對(duì)于節(jié)約暖通系統(tǒng)的實(shí)際能耗具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.3 應(yīng)用冷熱泵技術(shù)

在目前綠色化建筑發(fā)展過程中，不僅合理應(yīng)用到了變頻技術(shù)，同時(shí)也將冷熱泵技術(shù)應(yīng)用到了建筑暖通設(shè)計(jì)中。具體來說，冷熱泵技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中合理利用了地源耦合泵，以針對(duì)性地調(diào)解夏季和冬季的溫度需要。同時(shí)，在為居住者供應(yīng)熱水時(shí)，也要利用地源耦合泵。簡(jiǎn)單來說，該技術(shù)在交換地下水與地下管路相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，充分利用了地下水的穩(wěn)定性能。一般而言，在天氣比較炎熱時(shí)，利用冷特泵技術(shù)可以全方位內(nèi)地搜集室內(nèi)實(shí)際排除的熱量，并在日常生活中合理利用。而在天氣比較冷時(shí)，可以及時(shí)運(yùn)用熱泵運(yùn)出儲(chǔ)藏的熱能，進(jìn)而使室內(nèi)環(huán)境的制熱需求得到滿足。以深圳地王大廈豪華公寓樓為例，該公寓樓應(yīng)用了上千臺(tái)水源熱泵機(jī)組，有效滿足了人們對(duì)溫度的需求。

3.4 樓宇智能化技術(shù)

中央冷機(jī)機(jī)房群控，末端設(shè)備的監(jiān)控，如末端過濾器超壓報(bào)警，通過樓宇智能化自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)建筑能耗實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，我國(guó)必須在充分考慮能源保護(hù)的基礎(chǔ)上再發(fā)展經(jīng)濟(jì)，因此，對(duì)于建筑暖通設(shè)計(jì)來說，必須全面總結(jié)目前暖通設(shè)計(jì)中綠色節(jié)能技術(shù)存在的問題，針對(duì)這些問題在建筑暖通設(shè)計(jì)中合理利用環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)、變頻技術(shù)等多元化的綠色技術(shù)。且應(yīng)用綠色化的相關(guān)技術(shù)可以最大化地節(jié)約建筑暖通設(shè)計(jì)能耗，更好地滿足節(jié)能環(huán)保的要求，并在一定程度上促進(jìn)建筑工程的發(fā)展。