基于綠色建筑理念的暖通設計技術研究

黃飛翔

（呂梁市建筑勘察設計院，山西 呂梁 033000）

0 引言

暖通設計位于房屋建設之中，其建筑品質對住宅舒適度有直接作用。供熱系統和燃氣通風與空調技術，涉及采暖、通風和空氣調節3 個領域，但由于受諸多原因干擾，在使用中耗費的能源也較高，與節能降碳的要求相違背。因此根據已有資料，本章主要從通風工程設計、可再生能源利用、熱水蓄冷技術工程設計、空氣調節工程設計的角度介紹了綠色技術的發展新點，同時也指出了暖通設計的工藝重點，通過介紹新型工藝，能有效減少由于工藝問題而引起的返料現象，從而提高了暖通設計水平。

1 綠色建筑以及暖通節能科技的發展概況

自改革開放以來，城市建設得到了突飛猛進的發展和進步。隨著城市化與工業化步伐逐步加速，人民的收入水平也日益增加，隨之其對城市生活質量的需求也越來越高，現代住宅建筑如雨后春筍般在大中型都市涌現，但由于城市建設資源緊缺、道路擁擠、工業廢水排放對環境污染也比較嚴重，與人民要求提高城市生活質量存在著很大的矛盾。綠色建筑顧名思義就是指無污染、零耗能的一種建筑設計方式，是指在房屋的壽命內，人們能夠在所使用的環境中能夠最大程度地節約能源使用、節水、省錢、保護環境和降低環境污染的建筑設計方式，目的在于為現代居民創造一種與大自然和諧共處的低碳生活模式，并由此達到“可持續發展”的目的[1]。而總的來說，綠色建筑就是指在不污染自然環境的情況下，與大自然和諧共處的低碳房屋。而綠色建筑在室內布置和使用等方面都非常的科學合理，要盡量地采用節能環保的材料，并適當地運用太陽光、雨水等資源，來創造一種舒適人居的環境。近年來，中國綠色建筑發展非常快速，由于中國人口眾多，對住宅的需求也非常的大，所以從20 世紀90 年代隨著綠色建筑走進我國開始，國家對這方面發展也非常關注，并且由于國家各種優惠政策的支持，綠色建筑已經開啟了大規模的建設，但在綠色建筑的發展進程中，由于資金、工藝和材料等多個方面原因，還存在著很多困難。由于中國經濟的高速增長及人均收入的日益增加，暖通中央空調擁有率和使用量也日益增加，而暖通中央空調的應用環境中產生的二氧化碳等污染物對空氣質量的危害非常大，且對人們的健康也存在著很大的威脅。利用暖通節能設計在綠化建設中的運用，能夠降低對自然環境的損害以及對人們健康的影響。綠化建設中的暖通節能設計不但能夠有效地改變住宅的使用方式，還能夠減少消費者的使用成本，是一舉兩得的方式。

2 綠色建筑定義

所謂綠色建筑就是合理使用最有效的物質和能量資源，親和大自然，盡量不損害大自然，以維護人們的身心健康，并充分體現環境可持續發展和人們回歸自然的思想。綠色建筑的出現，給暖通空調科技的提高與發展，帶來了前所未有的契機。由于暖通空調科技的持續提升，也帶動了住宅的可持續發展。所以綠色建筑對室內環境質量予以了格外的關注。室內質量涉及聲、光、電等多種自然與物理因子，和室內質量中的多種物理與生化因子。所以綠色建筑室內環境必須要和自然環境和諧相融。“以人為本”的室內環境首先必須符合自然界的生態特征，即資源節約和環境保護并不能以損害人的身體健康，或者減少工作效率為代價[2]。

3 綠色建筑中暖通工程的關鍵技術

3.1 太陽能技術

太陽光屬于最重要的潔凈型再生能源，可利用熱能交換系統把太陽輻射轉化為電力和熱力，且取之不竭，已成為暖通建筑應用的主要再生能源。在綠色建筑工程中，太陽光熱工水力技術現已獲得了相當程度的應用，主要利用太陽光和其他輔助加熱的燃料，利用集熱器吸收太陽光對水予以加溫，并給予加熱裝置一定的能量，借助這些措施，就可以充分發揮太陽光，從而有利于節約能源，降低水污染[3]。

3.2 蓄冷技術

蓄冷技術可采用削峰調谷的方法，提高電網運營效能。在空調機組設計階段，應把蓄能設備安置在水冷機內，通過雙工況對制冷機組進行室溫冷卻，然后再儲存在冷水中蓄冰，在室內需要冷卻的情形下，蓄冰設備可以在用電最高峰時把儲存的水冷量釋放出來，從而減少了中央空調工作負載，保證發電機組平穩工作。該技術以水能為載體，利用水能在對流換熱管道和發電機組之間的循環進行冷熱轉換。或者通過電力減少溫度，在用電最高峰，減少中央空調使用功率。在設計階段，為節省發電機組能耗，可把水力平衡設備布置在空調系統內，再按照實際狀況調整穩定控制系統，并利用水力平衡閥控制系統中的水和氣壓，使發電機組功能狀態始終平穩可靠[4]。

3.3 地源熱泵設計

綠色建筑設計中，還可使用地源熱泵控制系統進行暖通設計。該控制系統同時具備了冷卻、供暖兩種功能，可完全滿足暖通設計需求。而在建筑設計過程中，地源熱泵控制系統安裝于地面底層約30～100m，不僅能調節地面溫度，還可以維護地面生態環境。當夏季來臨后，利用地源熱泵的換熱體系，可把室內外熱能傳送到地面底層并積蓄起來，作為冬季熱能轉換，此舉既可使室內外氣溫始終舒適，還能降低中央空調控制系統的使用，有效節約能源利用。和中央空調體系一樣，地源熱泵技術空調也是具備多種用途的綜合系統，包含地板采暖、生活專用熱水體系等，運用最先進的熱泵技術和暖通空調技術，可進行地熱能源的開發與再利用。該體系中冷熱源相對固定，能使中央空調體系始終保持較大的工作效能[5]。

3.4 風系統節能

選擇不同的熱風系統，既能夠高效節電，又能夠提高室內質量。

（1）替換式送風系統。其有3 個類型，采取下送風或桌面送氣模式，用于中央空調的地面送氣工作之中，中下送風在綠色建筑中使用最為普遍，例如，聯邦德國法蘭克福企業的寫字樓局部便是使用了地面送氣空調系統。

（2）冷輻射吊頂控制系統。輻射方式熱能夠平衡出房屋內的設備、燈光等所帶來的熱能量，而實踐也證明了輻射加冷能夠改善人們的生活舒適度，所以冷輻射方式有著良好的環保性能優勢，而冷吊頂中央空調控制系統有著優異的節能優勢。

（3）蓄冷低溫送風系統。該控制系統目前已在空調設計中被普遍使用，還需利用結構自身的蓄冷也有廣泛應用。

（4）使用地面送風的方法。該種送風方法由于保持了地面的溫暖狀況，所以能夠提高人們的舒適度。而針對夏季地面中央空調送風，通過地面送風余壓的自由對流，通常能夠把冷風控制在規定標高下，進而促使地面冷氣負載減少，從而有效地實現了中央空調系統的節能。

3.5 水系統節能

根據空調負載的變化對供水實施節電管理，對中央空調節電工作有著非常關鍵的意義。

（1）通過變頻器調壓代替制冷水循環中的調整閥，局部負載時在規定區域內減小制冷水流速，輔以冷卻塔風機的通斷控制或改變傳動，將極大減少制冷供水的消耗。

（2）針對各種制冷方式的冷水機組，可按照設備具體工作特點選擇各種管理策略，與機器人實現自動結合，調整冷卻水泵，以達到最佳的節電運行工況。

（3）冷凍用水通過直接改變流速控制系統，也能很有效地降低從空調系統中供給單一制冷劑時所需要的運行費用，所以目前工程中冷凍用水回路大部分使用了二級水泵通過改變流速控制系統來降低冷凍用水回路的運行費用，但也有通過一級水泵控制系統直接改變蒸發器中冷凍水流速使用的。

3.6 其他節能技術

（1）蒸發冷卻中央空調體系。蒸發冷卻中央空調技術是一種綠色仿生空調系統技術，包括直接蒸發冷卻（DEC）和間接蒸發冷卻（IEC）。控制系統采用環保的自然工質——水，對環境無污染；另外，蒸發冷卻制冷不需消耗壓縮機功，因此它的COP 值比機械制冷大得多。目前已在美國的西南部、澳大利亞及我國新疆等西部地區的大型工業及商業建筑中得到廣泛應用。此外，太陽能液體除濕蒸發冷卻中央空調體系（DECS）除具有以上環保優點外，其節能性主要體現在：有效利用可再生能源（太陽能等）和充分利用如工業生產中廢棄余電等的低品位電阻熱；有效的蓄能力，有助于使用側電動調荷——“移峰填谷”的負載調整技術。

（2）去濕空調。利用去濕空調，有利于提高中國綠色建設所需要的新風量以及對室內空氣溫濕度的要求，同時由于其所利用的固態去濕劑的回收再生，還能夠利用太陽等能源或潔凈能源，對周圍環境也沒有產生環境污染。另外，地源熱泵系統、太陽能熱泵技術系統等的應用充分發揮了寶貴的自然資源，既可節省常規能耗，又可維護自然環境，所以具備了很好的前景。

4 綠色建筑的暖通節能設計策略

4.1 加大宣傳力度

加大對現代綠色建筑供暖中央空調節能科技的宣傳推廣力度，可采取舉辦論壇、在規定街區范圍內進行知識講座和示范宣傳以及觀看小視頻等措施，增強群眾對現代綠色建筑的供暖中央空調節能科技的認識和認可。并建議群眾利用節能型的供暖空調設備，如今變頻器科技對于人類來說早已不陌生了，而變頻空調則是利用調節風力來維持房間的恒定室溫，而風機的輸出功率在特定條件下也是受整個系統總送氣量的直接影響。也就是說控制系統送風量一旦降低，那么，風力發動機的輸入能量就會相應降低。在供暖空調系統中應用變頻器科技，能夠在一定程度上達到降低消耗的功效。

4.2 提升暖通節能技術人才的素養與能力

暖通技術及中央空調建筑環保科技的合理使用，是綠色建筑反映其對環境意義的關鍵因素。為此，工程設計人員必須針對綠色建筑的實際狀況，嚴格遵循暖通技術及中央空調建筑節能技術設計的客觀規律，不可由于工期或是費用問題而任意改變暖通及中央空調系統的設計方案。最為關鍵的是施工單位必須通過各種手段提升綠色建筑暖通節能的設計工作人員的素養和專業技能，并通過采用業務培訓或者知識講座、演講會等不同方式提升工程設計人員的知識水平和素養，從源頭上防止了不合理的暖通技能技術方案的產生。綠色建筑符合人們生活和工作需求，從其本質上來說，應具備兩個最根本的特點，就是與人類環境友好以及讓人們生活安全、舒適。而暖通空調技術就是由人和環境之間這對矛盾對立統一關系發展演變而成的新的環境科學技術。如今，暖通空調科技正承擔著以下任務：本著“以人為本”的要旨，通過科學的環保控制技術，為人們創造一個衛生、健康而又充滿價值的室內環境，從而解決了現代人在日常生活、工作及其他行為中對室內環境質量日益增長的要求。現代暖通空調科技將以提高人居環境舒適度、安全、維護生命環境和合理使用資源為基礎，從而在讓其在新的維度上加快技術優化。

4.3 自然通風技術

自然通風是最簡單有效的方法。能夠改善室內環境的舒適度和空氣質量，而不會浪費任何能源和造成環境污染。因此，保護環境意義重大。在目前的科技水平下，如何才能達到自然通風的目的，從而改善人們的生活條件。因此，應加大自然通風技術的推廣力度，結合各地區實際需要，制定完善自然通風技術選用標準機制，當選擇采用自然通風方式后，必須通過風壓實現空氣交換，給人類以更綠色環境的生存條件，與此同時，要科學選擇建筑選址，合理安排建筑設計和施工場地，明確建筑的方位和形式。根據當地風向而加以調節，以獲得最佳的通風效果。同時，還需要借助熱量和壓力的原理使不同的空氣循環，使熱空氣和冷空氣有條不紊地進行交換。建筑設計時，應在屋頂設置可調節的開口，以快速釋放室內熱量，促進自然通風的效果能夠高效地實現。

4.4 新技術研發與新能源利用

在綠色建筑暖通系統的正常運行中，蓄冷技術的應用能夠將系統中儲存的冷空氣轉化為能量，使空調系統在降低暖通技術運行成本的基礎上減少能源選用，使綠色建筑中選用HVAC 系統既環保又經濟。在綠色建筑的暖通空調技術改造采用冷庫改造方案后，由于中央空調在夜間使用的能耗較低，在中央空調設備進入冷卻狀態后，其產生的冰或水分會被冷能方式儲存起來。在白天長時間使用中央空調，耗電量增加后，可以使儲備的冷能自動產生，既節約了成本，也實現了節能保護的目的。而且夜間的蓄冷方式，可以使中央空調的冷卻模式維持在正常狀況，如此可以減輕城市使用負擔，保證電力供應，達到資金效率最優化。

5 結語

經濟的高速增長也對生態造成了巨大的損害。隨著人類對環境保護意識日益增強，環保工程不斷涌現。遵循可持續發展的戰略目標，能夠提高資源利用率。尤其是在綠色建筑的暖通空調設計中，始終要以節能減排為目標，使非再生能源真正達到高效節能的目的。