暖通設計中綠色建筑技術的應用研究

文／魏勇 北京金鼎達科技發展有限公司 北京 100176

引言：

暖通系統是當前房地產建筑行業中耗能最大的系統，相關數據表明，我國暖通系統的耗電數值占全國總耗電數值的30%左右。巨大的耗電量不僅會給建筑企業帶來較大的經濟負擔，同時也違背了綠色建筑的發展要求。因此，就需要暖通設計人員改變自身的設計思路，將“綠色環保”理念融入到暖通設計中，依據暖通系統的特點，積極探尋和應用合理的綠色建筑技術進行系統設計，最大限度地降低系統運行產生的能耗及給環境帶來的不良影響，這樣不僅能防止我國出現能源枯竭的現象，從而促進社會健康可持續發展，同時也能最大限度地降低建筑企業對暖通系統建設的投入，從而能提高其經濟效益和促進其獲得長久、健康的發展。

1、綠色建筑技術的含義及其在暖通設計中應用的必要性

綠色建筑技術指的是遵循“綠色環保”的思想對建筑工程項目進行合理規劃，最大限度地降低工程建設的人力、物力和經濟投入，并結合建筑工程的實際情況盡可能選用先進的施工設備、科學的施工方法以及性價比較高的節能環保建材，以降低工程建設對環境造成的不良影響。暖通空調系統在運行過程中會產生較大的能源消耗，這種現象不符合我國社會發展對節能的基本要求，同時暖通空調系統排放的一些廢物直接流散到空氣中，也會對我國大氣環境造成一定的不良影響，基于此，要推動暖通建筑行業的健康可持續發展，就需要暖通設計人員在設計過程中遵循綠色環保理念和采用合理的綠色建筑技術進行設計，才能落實節 能、環保的設計理念要求。

2、暖通設計中綠色建筑技術的應用原則

2.1 綠色環保性原則

在暖通設計中應用綠色建筑技術首要遵循綠色環保性原則，為遵循這一原則要求，要求設計人員在進行暖通設計前，全面調研和了解市場上的暖通相關材料，尋找環保性能較高的材料，若不能合理選擇建筑材料，不僅會影響暖通工程建設的正常運行和工程建設質量，同時還會產生較大的資源浪費和環境污染。由于暖通工程對材料的保溫性能質量要求較高，因此，一般選擇保溫性能質量高且優質、環保的可再生材料。另外，設計人員還需全面做好暖通空調的綠色環保設計，確保設計的暖通空調安裝結構具有一定的獨立性，可靈活安裝或拆卸，這樣不僅能提高暖通空調系統利用的靈活性，還能大大提升暖通系統整體的工作效率和延長其使用周期。

2.2 能源節約性原則

“綠色環保”思想主要包含了保護環境和降低能源消耗兩個方面的內容，因此，應用綠色建筑技術進行暖通設計，設計人員還需遵循能源節約性原則。現階段，暖通系統中的采暖系統、制冷系統、通風系統等在運行過程中均會耗費大量的不可再生能源，為了防止不可再生能源過度消耗和消耗殆盡，設計人員需改變傳統的暖通設計思路，選用可再生資源進行暖通系統設計，同時還需盡可能利用性價比高的能源，使能源利用效率提高，另外，還需根據暖通系統與建筑工程內外的協調性做好暖通系統消耗能源的回收再利用循環工作，這樣不僅能達到節能的要求，還能起到環境保護作用。

2.3 循環再利用原則

循環再利用也是綠色建筑技術的重要組成部分之一，通過循環再利用不僅能有效節約能源，從而能降低暖通工程建設的投入成本，還能避免一些報廢的材料、設備得到二次利用，防止其流入外部而造成環境污染。因此，暖通設計人員還需遵循循環再利用原則進行設計，可通過回收暖通空調系統中報廢的材料、設備，送至相應的工廠進行加工，使其成為可以重新利用的產品，以變廢為寶，實現相關材料的良性循環利用。值得注意的是，部分材料在循環利用過程中會產生有毒氣體，危害人們身體健康安全和污染環境，如一些保溫材料，因此，需將其排除在綠色暖通設計適用范圍外。

3、暖通設計中綠色建筑技術應用現狀及存在的問題

在可持續發展理念指引下，綠色建筑技術在暖通設計中得到了一定的應用，但是，從目前的應用現狀來看，并不理想，存在較多的問題：

3.1 對綠色建筑技術理念認知不足

不少暖通設計人員對綠色建筑技術存在錯誤的認知，認為應用綠色建筑技術不僅會增加暖通設計難度，同時還會增加暖通工程建設投入，且難以在短時間內看到具體的效益，故對綠色建筑技術重視度不足，這種片面的認知往往會導致其未應用綠色建筑技術進行暖通設計，而是沿用傳統粗放的形式進行暖通設計，從而導致設計出的暖通系統無法達到綠色環保的要求。

3.2 對綠色建筑技術應用能力不足

隨著可持續發展戰略的不斷推進，已有不少暖通設計人員認識到綠色建筑技術應用的必要性和重要性，但是，相比于傳統的設計方式，應用綠色建筑技術進行暖通設計難度更大，專業要求更高，受專業能力不足、經驗缺乏等因素的影響，設計人員往往不能良好地應用綠色建筑技術，從而使設計出的暖通系統無法達到綠色建筑暖通設計的要求。

4、提升暖通設計中綠色建筑技術應用質量的策略

4.1 合理應用綠色建筑技術進行暖通設計

4.1.1 地源熱泵技術地源熱泵技術是一種利用地球表面淺層地熱資源（也被稱為地能）作為冷熱源進行能量轉換的供暖空調系統，其主要是通過將換熱器埋置在地下30-100m 處，收集地球表面淺層地熱資源，從而影響地面溫度，但不會對地下水或地面的生物體系產生影響或破壞[1]。地球表面淺層是一個巨大的太陽能集熱器，相關數據表明，其收集的太陽能力占比高達47%，比人類每年利用的太陽能高出500 多倍，地球表面淺層對地能的廣泛收集作用使得地能成為了一種清潔、近乎無限的可再生能源，因此，在暖通設計中應用地源熱泵技術符合循環再利用原則。并且，地源熱泵機的功能較多，一套地源熱泵機或一套地源熱泵系統可代替原來的空調加鍋爐裝置或系統，可供暖、供冷、供生活熱水等。地源熱泵技術還具有顯著的環境效益，地源熱泵裝置在運行過程中不需進行燃燒，不會產生廢棄物。另外，地源熱泵系統應用的機械運動部件較少，從而能降低系統運行和維護費用。因此，暖通設計人員可應用地源熱泵技術進行系統設計，這樣不僅能同時解決暖通空調供熱、制冷等方面的需求，同時還能降低系統建設投入成本和減少系統運行產生的廢棄物排放。應用地源熱泵技術還能實現系統對夏季配出和冬季吸收熱量的平衡，這樣不僅能保障熱源熱泵使用性能的穩定，也能保障地表溫度的恒定。

4.1.2 太陽輻射暖通節能技術

太陽能是一種可再生能源，具有總量大、使用不受地域、資源等限制特點，因此，其也被認為是現階段最符合綠色建筑設計理念的能源之一，將其應用于建筑暖通設計中，不僅能為暖通工程長久健康運行提供良好的動力支持，還能降低系統運行過程中廢棄物的排放，從而起到環保的作用。將太陽能應用于暖通設計中主要是應用太陽輻射暖通節能技術，太陽輻射暖通節能技術主要是通過科學配置集熱器、換水箱及其它加熱設備采集太陽輻射熱量，將太陽能轉化為熱能，然后，將熱能輸送至系統換熱中心，協同換熱設備對熱水進行加熱，再將加熱的水輸送到建筑地板采暖系統和暖通空調系統，為建筑物供應所需的熱負荷。并且，其還具備熱水供應功能，能為生活熱水提供生活用熱負荷。另外，應用太陽輻射暖通節能技術還能實時調節室內溫度，從而能為人們提供溫暖舒適的工作、學習和生活環境[2]。

4.1.3 冰蓄冷技術

冰蓄冷技術是當前較為重要節能手段發展方向之一，其主要是利用低價電制冰蓄冷將夜間電網低谷時間的冷量儲存起來，白天用電高峰時溶水，釋放所蓄冰冷量以保障人們在用電高峰也有充足冷氣供應，簡單來說，就是在用電的低谷期匯集冷量，將其以水體或水體在低溫環境下凝結成冰的方式進行存儲，白天用電高峰期和溫度較高時，冰融化可釋放冷量，從而能達到降溫的效果。該項技術不僅能有效降低電力消耗和維持一天電力能源的輸出穩定，還能達到良好的制冷效果。另外，有研究指出，在暖通制冷系統設計規劃中應用冰蓄冷技術，不僅能節約能力和保持低溫輸送風力，還能減少污染排放。應用冰蓄冷技術過程中，為達到最佳的環保節能效果，設計人員需對冷量收集系統進行優化設計，一般采用風力傳輸收集冷量，可達到最佳的冷量收集效果。另外，還需盡可能減小蓄冷池容積，小容積蓄冷池不僅能減少系統建設投入成本，還能減少系統熱量的損失。

4.1.4 變頻技術

在暖通設計中應用變頻技術是指應用高效率、高舒適度的空調系統及其他相關設備有效調節建筑物內的能量，尤其是當建筑物外界條件發生變化時，應用變頻技術能靈活調節室內的冷熱量，這樣就能有效降低外界條件對室內溫度、濕度等造成的影響，從而能提升室內環境的舒適度。且應用變頻技術進行暖通系統設計，也能提升暖通系統的可靠性和經濟性。

4.2 合理選擇低耗能的節能環保材料

選擇低耗能的節能環保材料是應用綠色建筑技術的基礎，因此，暖通設計人員需根據綠色暖通設計標準要求合理選擇節能環保材料，并且還需嚴格測評材料質量。在實際選擇過程中，可以根據暖通工程的實際情況、周邊環境特點等選用綠色材料，并且還需要對綠色材料的耗費成本進行考慮，在滿足工程建設投入成本要求的基礎條件下選擇最符合要求的材料，盡可能避免所選材料對周邊環境造成不良影響或破壞建議選擇節能環保型制冷劑，這種環保材料不僅能提升系統制冷效果，還能減少暖通系統運行對環境造成的污染。另外，還需要根據環保材料的等級標準選擇環保材料和評估采用相關材料進行綠色暖通設計所能達到的質量[3]。

4.3 合理應用自然通風法

4.3.1 自然主動式暖風控制系統

綠色建筑技術的實質是盡可能提高自然中能源及資源的利用效率，使建筑物本體的消耗降低，并盡量利用可再生能源推動系統運行，從而才能達到有效利用資源和節能環保的目標要求。自然主動式暖風控制系統是目前暖通系統中較為常用的自然通風法之一，該系統運行的原理主要是利用風能資源在過渡季節能產生新鮮空氣，借由自然主動式暖風控制系統有效利用這些風能資源，不僅能有效降低暖通系統運行產生的負荷量，還能使夏季時節建筑圍護結構與建筑物內部家具的儲熱量降低。例如，天津某地區一高層建筑采用了自然主動式暖通空調法進行暖通設計，也即將透明塑料薄片安裝在墻外表面10cm 左右處，使高層建筑墻體和透明塑料薄片之間形成一個空氣間層，并將深色的選擇性涂層涂抹在朝向陽墻的外表面，當自然風力超過0.3m/s 時，通過溫室效應原理可使空氣間層產生熱壓，驅動室內空氣產生流動，這樣不僅實現了對自然風的有效利用，還能降低采用其他設備促進暖通系統運行產生的能源消耗。

4.3.2 應用風壓實現自然通風

應用風壓實現自然通風是應用自然通風法進行暖通設計的有效形式之一，為了能有效利用建筑外部的風壓，在進行暖通系統設計過程中，設計人員需對暖通系統朝向、格局、通風性以及建筑物內部結構、平面等進行綜合考慮，盡可能將暖通建筑工程的門、窗設計在一條直線上，這樣有助于形成室內空氣循環，降低室內空氣對流的阻力，使室內空氣熱量降低的同時能減少空調等制冷設備的使用，從而能達到一定的節能效果。

4.3.3 應用熱壓實現自然通風

一項關于暖通系統的設計實踐結果表明，利用熱壓差進行自然通風是一種高效的綠色暖通設計方法，其主要是應用空氣熱壓實現自然通風，也即利用室內外空氣熱量、密度的不同來實現室內外自然通風[4]。由于冷空氣的密度相對較低，設計人員可在建筑物內較為的位置設置通風口入口，根據熱空氣上升的原理，將通風口出口設置在較高處，這樣就能有效實現室內空氣的自然對流、循環。

4.3.4 應用風壓和熱壓共同作用下實現自然通風

風壓與熱壓均與室內外環境密切相關，且兩者之間也存在一定的關聯，實際上，建筑中的自然通風均是風壓和熱壓共同作用的結果。若風壓與熱壓能產生良好的協同作用，可增強室內自然通風，反之，兩者相互抵消，就會削弱室內自然通風。因此，設計人員還可應用風壓和熱壓共同作用下實現自然通風，不僅能提升自然通風的效果，還能給建筑物內的住戶帶來更好的居住體驗。

4.4 應用多元化節能減排技術

綠色暖通設計涵蓋的內容較多，因此，在設計過程中，設計人員還需應用多元化節能減排技術進行系統設計，不僅要注重對暖通系統本身的節能減排設計，還需從整體角度出發，對暖通系統周邊景觀進行節能減排設計或參考系統周邊的整體環境合理應用節能減排技術進行系統設計。例如，選擇冷風機設備時，需要從設備運行性能、運行功率、對環境的影響等多方面進行考慮，一般選用COP 性能系數高的冷水機組，不僅具有良好的空氣自動調節功能和自動化監測功能，還能達到良好的節能效果。再如，設計暖通建筑門窗時，盡可能將門窗設置在植被茂盛的區域，這樣不僅能促進暖通建筑契合綠色建筑主題，還能提升建筑室內空氣流暢度[5]。

結語：

在暖通設計中應用綠色建筑技術不僅是落實我國可持續發展戰略的基本要求，同時也是促進暖通建筑業取得良好發展的必經途徑，然而，在暖通設計過程中，不少設計人員并未遵循“綠色環保”理念，仍是采用傳統粗放的方式進行系統設計，導致設計出的暖通系統不僅會產生較大的能源消耗與浪費，同時也對自然環境造成了嚴重的不良影響，基于此，就需要暖通設計人員改變自身設計理念，嚴格遵循“綠色環保”理念要求和積極應用綠色建筑技術進行暖通設計，如合理應用地源熱泵技術、太陽輻射暖通節能技術、冰蓄冷技術、變頻技術等綠色建筑技術進行暖通設計，另外，還需合理選擇低耗能的節能環保材料、合理應用自然通風法（包含自然主動式暖風控制系統、應用風壓實現自然通風、應用熱壓實現自然通風以及應用風壓和熱壓共同作用下實現自然通風）、應用多元化節能減排技術，通過應用這些技術和方法，不僅能有效減少暖通系統運行產生的能耗，還能合理利用一些清潔的可再生資源，從而能促進暖通系統長久穩定的運行，并且能避免或減少系統運行給環境造成的不良影響。