綠色建筑暖通空調設計研究

巨怡雯

西藏民族大學信息工程學院

1 引言

暖通空調是建筑采暖、通風和調節空氣質量的關鍵系統，關系到建筑的宜居性和舒適性，且暖通空調系統能耗較高，約為建筑能耗的50%，直接影響綠色建筑建設成果。就此，設計單位應提高對暖通空調重視，嚴格按照綠色建筑建設要求，合理設計暖通空調，實現綠色、環保、自然等建筑發展目標。

2 綠色建筑暖通空調設計要求

基于暖通空調在綠色建筑中的重要性，設計人員在實施暖通空調設計工作時，應滿足綠色建筑建設要求，具體如下。

（1）綠色環保。自然、舒適、環保是綠色建筑的核心，暖通空調設計應滿足綠色環保要求，從材料選擇、系統運行、技術應用三方面入手，節約資源，減少污染。如減少氯氟烴的應用，配置靜壓箱、引進新能源等，在確保暖通空調具備各項功能的基礎上，減少制冷劑等材料的污染，削弱暖通空調運行產生的噪聲，提高暖通空調運行生態效益[1]。

（2）節能降耗。暖通空調在采暖、降溫、通風等過程中，存在較大能耗，加劇我國能源枯竭現象。為應對該問題，設計人員應在暖通空調設計時，應用可再生能源，如太陽能、地熱能等，節約能源。同時，設計人員可引進變頻技術，根據建筑環境與氣候條件，智能調節暖通空調的運行參數，避免暖通空調始終保持全負荷運行狀態，降低運行效率，減少能耗。

（3）循環利用。設計人員可將暖通空調系統劃分為不同功能區，實施獨立設計，在某個功能區的構件出現故障或老化后，不會對其他功能區運行產生影響。在老化構件報廢后，對其進行回收再利用，提高暖通空調材料的利用率，節約能源，降低成本[2]。

3 綠色建筑暖通空調設計方法

為推動綠色建筑發展，設計人員應結合建筑特點，在滿足上述要求的基礎上，選擇適合綠色建筑的暖通空調設計方法，本文總結如下代表性設計方法，供設計人員參考。

3.1 基于建筑本身的設計方法

從建筑本身入手，設計人員可實施主動式設計，根據綠色建筑所在地區的氣候條件，大力開發自然資源，構建自然主動式暖通空調系統，利用過渡季節的風能，為暖通空調提供運行能源，在夏季，提高綠色建筑的散熱能力；在冬季，提高綠色建筑的保暖能力，進而降低暖通空調運行負荷，增強建筑通風效果，實現節約能源、減少損耗、自然舒適的目標。

3.2 基于水冰蓄冷的設計方法

在暖通空調設計中，水冰蓄冷是指以水為載體，在暖通空調的換熱管和機組兩個結構間傳遞冷量與熱量，實現熱量交換，發揮其采暖、制冷作用。和常規暖通系統相比，以水為基礎傳遞能量，提高電網運行效率，減少電能損耗，為暖通系統創造良好運行條件，實現長期穩定運行。細化來說，水冰蓄冷技術由蓄能裝置實現，在用電低谷期，暖通空調表現為雙工況運行模式，利用電能制冷，將冷水存儲于蓄能裝置中，實現冷量的存儲；在用電高峰期，將存儲的冷量釋放，降低暖通空調的負荷，減少能耗。為保障水冰蓄冷技術作用發揮，設計人員應做好水力平衡管理，根據暖通空調運行要求，配置靜態水力平衡閥或動態水力平衡閥，降低暖通空調系統的壓力變化或水量變化，提高暖通空調運行穩定性。

3.3 基于太陽能的設計方法

在暖通空調設計中，太陽能的應用屬于被動式設計，設計人員需對綠色建筑進行人工被動式設計，根據當地光照條件與建筑結構，在合適位置安裝太陽能接收板，采集太陽能，將其轉化為熱力能源，供綠色建筑采暖。細化來說，在基于太陽能的暖通空調系統中，應配置溫度控制器、熱導循環系統、換熱設備等硬件，在太陽能轉換為熱能后，通過熱導循環系統將熱能傳輸至換熱設備，再通過溫度控制器調節室內溫度，營造舒適建筑環境。在陰雨天氣，建筑的暖通空調系統自動切換至常規供熱設備，實現建筑穩定、長期供暖。另外，對于大型綠色建筑，設計人員可優化建筑結構，利用太陽能優勢，將常規窗戶玻璃更換為內置惰性氣體的雙層玻璃，吸收室內熱量，減少暖通空調的使用，節約能源，滿足節能降耗要求。

3.4 基于地源熱泵的設計方法

和太陽能相比，地源熱泵在暖通空調系統中的功能更為多樣，兼備制冷、采暖作用，設計人員可在暖通空調系統中配置地源熱泵，通過與換熱器的協調配合，調節建筑內部溫度。通常來說，地源熱泵安裝于地下30m～100m的位置，不會影響地表建筑運行或地下水流動。在夏季，地源熱泵負責存儲換熱器傳輸的熱量，降低建筑內部溫度；在冬季，地源熱泵負責將熱量通過換熱器傳輸至建筑，提高建筑內部溫度，以此減少暖通空調的運行負荷，節約能源。在基于地源熱泵的暖通空調系統設計時，設計人員需充分發揮其優勢，全面整合地板采暖系統、中央空調系統與生活熱水系統，提高地熱能的利用率，滿足節能減排、循環利用要求。

4 綠色建筑暖通空調設計實踐

在明確常規綠色建筑暖通空調設計方法后，設計人員需結合建筑特點與暖通空調需求，合理規劃暖通空調的各個部分，切實落實設計要求，凸顯設計優勢，降低能耗，節約資源。本文以某綠色建筑工程為例，總結其綠色建筑暖通空調設計實踐經驗，以供參考。該綠色建筑為高層辦公建筑，共10層，設計人員實施基于建筑本身、水冰蓄冷的暖通空調設計，具體內容如下。

4.1 冷熱源設計

在暖通空調系統的冷熱源設計中，設計人員根據建筑特點與采暖制冷需求，準確計算暖通空調系統負荷，在保障建筑內部環境舒適的基礎上，優化配置冷熱機組，使暖通空調系統在高效、低負荷工況下運行。就此，設計人員根據《冷水機組能效要求等標準規范》（GB 19577—2015），按照如下設計配置冷熱源。

（1）暖通空調系統包括冷水機組、水冷一體化、多聯式機組三部分，其中，冷水機組選用離心式冷水機組為螺桿式冷水機組，負責該建筑的低層區域制冷；水冷一體化機組負責建筑機房的冷源；多聯式機組為VRV 多聯機系統，負責建筑高層區域制冷。

（2）在能源輸配中，中央空調部分設計一次泵系統，分別在建筑的低層和高層區配置不同分集水器，負責不同環路；24h 空調部分配置兩管制一次泵系統；高層辦公區直接通過多聯式機組輸配。

（3）在暖通空調系統末端，大廳配置全空氣系統，低層辦公區配置風機盤管+新風系統；高層辦公區配置多聯機+新風系統。

4.2 水系統設計

在基于水冰蓄冷的暖通空調設計中，水為暖通空調系統的載冷劑，水輸送環節的能耗控制，是降低暖通空調能耗的關鍵。在該高層建筑中，水系統設計內容如下。

（1）在一級泵空調水系統中，將所有水泵選為變頻水泵，根據暖通空調運行需求，調節水泵運行參數，減少水泵能耗；在二級及以上泵系統中，將負荷側的水泵全部更換為變頻水泵。

（2）將水系統設計為閉式循環系統，優化配置閥門與冷卻塔，盡最大限度減少閥門的使用，降低閥門阻力，減少水泵系統的揚程。結合暖通空調設計要求，選擇高效冷卻塔，并配置軟膠或減振設備，降低冷卻塔運行噪聲，避免噪聲污染或熱污染的出現，降低耗電比控制在0.09kW（m3∕h）。

（3）在空調系統中，配置過濾、阻垢、防腐措施，提高空調水質量。同時，應用高位開式膨脹水箱進行暖通空調定壓操作，提高水泵運行效率。

4.3 風系統設計

在暖通空調風系統設計時，設計人員需按照節能標準規范規定的風量要求，在滿足建筑室內空氣標準的基礎上，減少暖通空調能耗。對于該高層建筑，設計人員按照如下思路設計暖通空調風系統：優化設計送風、排風方式運行；使暖通空調在過渡季節實施全新風運行；使全空氣空調系統的新風比可調；在集中空調系統中實施熱交換；回收利用余熱。結合該思路，風系統的設計要點如下：

（1）優化選擇硬件設備。暖通空調風系統的所有風機均選用變頻風機，組合機組的運行總效率高于60%，并在新風段安裝空氣過濾設備，使其過濾效果達到MERV13級別。

（2）在建筑一層大廳中設計全空氣系統，在風柜房內，整合新風與回風，使二者遵循一定比例混合后在傳輸至室內，比例調節由新風閥開度決定。在過渡季節，新風比為50%，實現新風比可調目標。

（3）通過排風和新風間的熱交換，回收暖通空調風系統內的廢棄熱量。在高層建筑的每層暖通空調風系統中，安裝排風熱回收機組，負責新風的預冷∕預熱工作，實現廢棄熱量的回收再利用，降低新風能耗。同時，設計人員在熱回收機組內配置變頻器與靜電除塵器，前者可根據室內二氧化碳含量，調節新風送風量，減少暖通空調能耗；后者可清理新風攜帶的灰塵，避免污染物進入建筑內，實現綠色環保目標。

4.4 控制系統設計

在綠色建筑暖通空調運行中，控制系統是調節各項參數的關鍵，直接影響暖通空調的節能效果，設計人員應提高重視，優化設計。在該高層建筑中，設計人員實施的控制系統設計工作如下。

（1）明確控制系統功能。結合暖通空調系統運行特點與綠色建筑要求，設計人員分析控制系統應具備的功能，為軟硬件設計提供指導。要求控制系統全面采集暖通空調系統參數，涵蓋冷熱源、水系統與風系統等各個部分，并根據各個部分硬件設備的運行要求與運行工況，遵循設定邏輯智能調節設備參數，使暖通空調系統保持高效運行，降低能耗。

（2）合理配置控制設備。設計人員在排風熱回收機組中安裝溫濕度傳感器，在排風量超過5000m3∕h時，采集暖通空調系統溫濕度，實現廢棄熱量的全面回收。同時，在會議室等人流密集區，設置二氧化碳傳感器，根據室內二氧化碳濃度，智能調節新風量，提高室內空氣質量；在地下車庫等相對封閉區域，設置一氧化碳傳感器，根據實時監測結果，不定期開啟地下車庫排風機，優化地下車庫環境。

（3）調整計量檢測標準。為評估暖通空調系統能耗，持續改進暖通空調，設計人員將高層建筑不同系統的電量進行分項計量，高層建筑的冷熱源部分、照明系統、輸配電系統等部分，單獨計量電能，實時掌握暖通空調系統能耗。在高層建筑暖通空調系統能耗增加后，可立即評估暖通空調各個部分的電力使用狀況，了解能耗增加的硬件，調整其運行參數或更換高效設備，進而降低暖通空調能耗。

4.5 設計實踐效果

在該高層建筑暖通空調設計完成后，施工單位嚴格按照設計要求進行暖通施工，配置高效硬件設備。系統投入使用后，冷熱水系統的輸送能效比為0.0195，暖通空調的能耗為83.28kW·h∕㎡，低于當地建筑節能標準要求的能耗，滿足綠色建筑建設要求。可見，上述暖通空調設計方案可行且合理，可在綠色建筑工程建設中推廣應用。

5 結論

綜上所述，在綠色建筑暖通空調設計中，設計人員應遵循綠色環保、節能降耗、循環利用原則，圍繞建筑本身、水冰蓄冷、太陽能或地源熱泵實施暖通空調設計，合理規劃暖通空調的冷熱源、水系統、風系統及控制系統，發揮暖通空調功能基礎上，減少暖通空調能耗與污染，滿足綠色建筑建設要求。