绿色建筑的暖通空调设计

吴跃升

（北京建筑大学，北京100044）

绿色建筑的暖通空调设计

吴跃升

（北京建筑大学，北京100044）

结合项目实践对绿色建筑的暖通空调系统设计做了分析和总结,阐明了暖通空调设计的重要作用，提出了增量成本控制方法与关键技术策略选择组合,对暖通空调设计在申请绿色建筑认证中的作用进行了综合分析评价。

暖通空调；绿色建筑；增量成本

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.024

1 引言

现代社会正面临着严重的空间、环境与能源危机。城市空间日益紧张，生活环境日渐恶化，而常规能源已然走向枯竭。在此背景下，“绿色建筑”逐步为人们所认识。绿色建筑即“在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源(节地、节能、节水、节材)、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。”

绿色建筑能切实节约有限的资源，减少CO2的排放，提高建筑品质，降低建筑日常运营费用，对建设资源节约型、环境友好型社会，实现可持续性发展，促进建筑业节能减排，提升房地产行业产品竞争力具有重要意义。

笔者所在公司开发的某住宅项目，位于北京市大兴区，临近即将建设的首都第二机场，区位优势明显。项目周边配套完善丰富，交通便利，环境优美，户型设计考究，具备较好的绿色建筑基础条件。自2013年起，公司将绿色建筑设计、申报标识作为设计管理的重点之一，组织业内知名的中国建筑科学研究院等单位，整体研究技术策略，精心设计，全力将本项目打造成真正绿色宜居的居住者家园。在设计过程中，暖通空调系统的设计起到了至关重要的作用。

2 绿色建筑总体目标

该项目要达到的绿色建筑具体目标是：达到《绿色建筑评价标准》（GB/T50378—2006），（以下简称《标准》）规定的三星级要求，获得绿色建筑三星级的标识。申报范围为地块住宅部分（含地下范围），项目规模：总建筑面积约9.7×104m2，其中：地上建筑面积7.4×104m2,地下建筑面积2.3×104m2。

2.1 绿色建筑评价范围

《标准》的评价范围主要涉及下列6个方面，评价指标也从这6个方面推出：

1）节地与室外环境；

2）节能与能源利用；

3）节水与水资源利用；

4）节材与材料资源利用；

5）室内环境质量；

6）运营管理。

从上面可以看到，《标准》中对绿色建筑的评价角度是全方面、全专业的，甚至还将运营管理都涵盖进去，而不仅仅是设计评价，这也是《标准》的特色之一。对其中每个方面的要求，都分为控制项、一般项和优选项。

6个评价方面中，除了“节水、节材”两方面与暖通空调设计关系较小（实际上也有关联），其他方面都与其设计内容相关，并且影响较大。可见暖通空调设计在绿色建筑设计中的重要性。

按《标准》中规定，绿色建筑应满足所有控制项的要求，并按满足一般项数和优选项数的程度，划分为三个等级。表1为绿色住宅建筑的相关要求。

表1 绿色建筑（住宅）星级评价指标项一览表

依据《标准》，项目拟达到住宅建筑三星级标准，即需控制项要求全部满足(表1中没有列出)；一般项要求各部分满足规定的项数；同时还需满足优选项不低于5项。

3 绿色建筑的暖通空调技术措施（策略）

3.1 概述

为达到国家绿色建筑三星级标准要求，需要采取的暖通空调技术措施有很多。本着经济适用、实施性强的原则，我们与绿建咨询单位、建筑设计单位进行多轮探讨，确定了一系列必选技术措施，下面列选一些着眼于暖通空调系统的重点技术项部分做详细论述（为论述方便，以下按主要评价指标分类加以说明）。

3.2 场地的室外热工环境

3.2.1 住区风环境有利于冬季室外行走舒适及过渡季、夏季的自然通风（4.1.13一般项）

自然通风虽然是被动式设计，但也是广义通风系统设计需要重点关注的。这也是与常规的通风设计不同之处。此项的判别主要依靠风环境模拟计算。通过采用CFD（Computational FluidDynamics，计算流体力学）的方法对建筑周围的风环境状况进行建模、模拟评价，主要分析冬季风速风压的舒适性和过渡季避免通风死角。

通过模拟设计计算，得出各项指标均能满足基本要求。

图1是春季1.5m高度小区内风速流线，图2是冬季小区建筑迎风面风压分布

图1 春季1.5m高度小区内风速流线

3.2.2 住区室外日平均热岛强度不高于1.5℃（4.1.12一般项）

此项的判定实际上也需要热环境模拟计算。鉴于北京干旱、少降水、河流湖泊不多的区域现状，此项作了放弃。

事实上合理地放弃某种不易实现的评价指标也是一种策略，对于成本投入过大、技术上难于实现的指标要果断抛弃。

图2 冬季小区建筑迎风面风压分布

3.3 室内环境质量

3.3.1 客厅、卧室、书房外窗开启面积不小于房间地板面积的5%（4.5.4室内环境控制项），卧室、起居室和厨房的窗地比不低于1/7

此项是针对户内采光通风效果提出的必须满足项，事实上在《建筑采光设计标准》《住宅设计规范》等国标中也都有相关规定。

住宅户型优先设计便于组织有效的自然通风，为室内提供充足的新风。开窗方式平开内倒式窗，开窗位置形成穿堂风。穿堂通风可有效避免单侧通风中出现的进排气流参混、短路、进气气流不能充分深入房间内部等缺点。采光通风状况见图3。

图3 窗地比及外窗开口面积计算示意图

这项策略看似是建筑专业应该核算的，但对其效果评判实际应该通过暖通空调专业对气流组织进行评估。这足以表明绿色建筑的实现需要各专业的密切合作。

3.3.2 采用地板采暖与浮筑楼板相结合，有效降低楼板撞击声声压（4.5.3室内环境控制项）

此项措施高于一般设计要求。本项目采取低温热水辐射方式采暖，楼板垫层厚于通常做法，即便如此，楼板撞击声隔声效果也不能满足《标准》要求。因此我们采取了既能达到节能标准又能达到隔声要求的办法：结合地板采暖设置浮筑楼板，将浮筑楼板的浮筑层和地板采暖结合起来，即将原地板采暖构造的30mm厚聚苯板增加为40mm厚聚苯板，既作为绝热层又兼做浮筑层，再在其上铺设加热水管，然后浇注细石混凝土垫层，再做面层，将浮筑层沿侧墙向上贴约100mm，以避免声桥。这种做法能将楼板的撞击声压级降到70dB以下，获得良好的隔声、减震效果。

这项措施是对暖通设施的1个巧妙利用，既保证了隔热效果，又提高了隔声标准。

3.4 节能与能源利用

3.4.1 外围护结构—外墙保温构造

根据《标准》第4.2.1条“住宅建筑热工设计和暖通空调设计符合国家批准或备案的居住建筑节能标准的规定。”及第4.2.10条“采暖或空调能耗不高于国家批准或备案的建筑节能标准规定值的80%”，本项目提高了墙体保温标准。因项目地处北京，按照北京市《居住建筑节能设计标准》（DB 11/891—2012）对居住建筑进行节能设计，节能率为75%，即可满足该项要求。具体做法为：100mmXPS聚苯板（3层以上涂料饰面）或100mm岩棉板（首、2层干挂石材）。

此外，设计过程中特别注意了热（冷）桥。阳台、雨篷、挑檐和女儿墙是常见的容易产生热桥的区域，构造设计时特别注意了尽量让保温层闭合。不采暖地下室上部地板及不采暖楼梯间隔墙上均设置保温层。外窗四周的外侧墙面粘贴保温层，外门窗缝隙使用密封材料进行可靠密封。图4为典型节点做法示意。

图4 非封闭阳台节点做法示意

这些保温节能措施，保证了采暖、通风系统的节能效果。暖通空调系统的节能性，很大程度上需要高效能的围护结构。

3.4.2 亮点技术：无动力风帽

卫生间的排风采用无动力风帽，以改善排气效果，减少通风能耗。无动力风帽是利用室外自然风及热压原理，室内外空气温差形成的气流使扇叶高速旋转，在通风管道上部形成负压，加大管道的排风能力，从而使排烟道的混浊空气排出。它解决了共用排烟道因自然风力和气压的强弱而带来的不稳定性和阻力损失，同时，可以借助外界风力加快风帽的运转，加大烟道内的排烟，减小了整个排烟气系统的阻力。

无动力风帽应具有防雨、防雪、防倒风的功能，维修与保养方便，安装简单。图5是无动力通风帽安装示意图。

图5 无动力通风帽安装示意图

3.5 暖通空调系统“绿色”设计要点

3.5.1 地板采暖系统应分环路设置温控阀，分室设置温控器，实现分室温控（4.5.9室内环境一般项）

此项旨在增强室内温度调节功能，以达到节约能源的目的。事实证明，卧室、客厅等居住空间有不同的采暖温度需求，老人、小孩和中青年人对适宜温度的要求有明显差异。为此目的，本项目各主要居住房间地板采暖分环路布置加热管，各环路上加装温控阀门，室内设置温控器控制各环路上温控阀门，以实现分室温控；各环路加热管的长度应尽量接近，利于水利平衡。如图6所示。

图6 分室温控做法

3.5.2 集中采暖系统的热水循环泵的耗电输热比应满足《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26—2010的要求（4.2.5节能一般项）

此项也需根据设计计算书进行验算，验算依据下列公式：

本项目住宅部分选择低温热水地板辐射采暖系统，设计热负荷Q=3274.6kW，选择2台水泵，2用1备，水泵扬程H=30m，流量G=150m3/h，水泵设计工作点效率ηb=0.85，A=0.003858，B=20.4，室外主干线∑L=498.5m，α=0.0115。

循环水泵耗电输热比限值EHRmax计算：

结论：EHR=0.010011＜EHRmax=0.01008，满足要求。

3.5.3 太阳能热水系统，小区中50%以上的住户应采用太阳能热水系统提供生活热水（必须满足4.2.11节能优选项）

此项技术策略针对本项目具体情况，同时依据《北京市太阳能热水系统城镇建筑应用管理办法》文件综合考虑，在项目住宅部分全部区域采用了太阳能生活热水系统。系统型式为集中集热分户换热/辅助加热。这种系统提高了集热效率，便于物业统一管理，同时供水效果较好，可以同时满足7栋10层住宅及2栋9层住宅共645户大部分的生活热水。

3.6 运营管理

运营管理主要为申报绿色运营标识使用，设计阶段不作

为评价指标。但为了体现技术的整体性和连续性，本项目在设计阶段也为运营和施工预设了良好的实现条件，以期进一步获得运营标识。

运营管理方面，对于绿色建筑的运营管理，即是通过物业的运营过程和运营系统来提高绿色建筑的质量、降低运营成本和管理成本、节省建筑运行中的各项消耗（包括能源和人力消耗）。在绿色建筑中，运营管理主要通过物业管理工作来体现。从绿色建筑全寿命周期来说，运营管理是保障绿色建筑性能，实现绿色建筑各项设计指标，实现节能、节水、节材、绿化及保护环境的重要环节。运营管理部分的评价主要涉及物业管理（节能、节水与节材管理）、绿化管理、垃圾管理、智能化系统管理等方面。

《标准》中住宅建筑运营管理指标共有12项，与暖通空调相关的主要是计量、自动控制、设备管道维修。

3.6.1 智能化系统的设置需满足国家相关标准以及《居住区智能化系统配置与技术要求》CJ/T174中的基本配置要求（4.6.2运营管理一般项）

智能化居住区是现代生活不可或缺的必选条件之一。本项目主要从满足居住者公共服务的角度出发，对小区智能化方面的热计量、采暖通风设备自动控制作了基本配置。

本技术策略也是基于建设智能化小区作出的基础配置要求。

3.7 结语

从以上分析可以看出，绿色建筑技术是属于“锦上添花”式的技术体系，其中的技术标准在常规的设计规范标准中也会常常遇到，只是规范的角度和目标不尽相同。《标准》中的一般项和优选项，通常是高于常规设计规范标准的，在实施过程中必然导致出现增量成本，这一点正是绿色建筑设计建造过程中需要重点考虑决策的问题。

此外，运营管理和施工管理在一般性的规范标准中很少要求，而在《标准》中则详细规范了各种标准要求，这也体现了绿色建筑设计建造过程中的全局视角和整体性，是《标准》中的一大特色。

暖通空调系统的设计对绿色建筑的实现起到至关重要的作用。通过上述技术策略体系的建立和设计过程植入，将会保证项目设计建筑的“绿色”属性，真正地实现绿色建筑设计和建造。

4 绿色建筑自评估判定和申报

4.1 项目自评估

在申报绿色建筑标识过程中，项目的自评估是很重要的一环。根据咨询单位提供的《绿色建筑咨询报告》，整理出申报绿色三星级设计标识的全部技术自评估指标，通过是否满足条文来判定三星级申报所需指标数量。

通过对绿色建筑技术判定表的对照分析，可以较为直观地看到项目绿色技术的采纳、未采纳和不必参评情况，便于绿色技术体系的建立，整体反映项目采纳的绿色技术策略。

表2为本项目绿色评价指标项评估总体情况，通过汇总，表明项目整体可达到绿色三星设计标准。

表2 绿色指标项评估结果

由表2可见，绿色指标项评估中，“节地、节能、室内环境和运营管理”几方面大都与暖通空调系统设计密切相关。

4.2 申报评审

绿色建筑申报评审是获得绿色建筑设计标识的很重要一环。依据“评估判定表”和评估结果，项目委托中建院制作了绿色建筑申报汇报文件，于2014年3月专家会进行评审。会上组织与会专家统一进行项目申报绿建评审，各位专家对项目的绿色技术尤其是暖通空调技术运用情况做了充分肯定，认可各个团队做出的努力。

2014年6月，项目正式取得住建部颁发的绿色建筑三星级设计标识。

5 关于增量成本

在我国现阶段，设计建造绿色建筑一般会带来增量成本，这是制约绿色建筑发展的一大重要因素。增量成本也是影响本项目绿色技术运用的重要因素。项目伊始，结合规划及建筑方案，我们组织绿色建筑咨询单位、设计院、公司成本部门共

同探讨各项绿色技术的成本实施代价，通过综合比较制定合理技术方案，同时,注意统计增量成本项，对项目的增量成本做了估算。由于北京市执行一般国标和地方标准要求较高，在这个高起点上，增量成本相对较低，大致在50元/m2左右。

表3是绿色建筑关键技术项增量成本概况。

表3 绿色建筑关键技术项增量成本概况

表3中带*项是与暖通空调设计直接相关的。由表3也可看出，设计选择恰当的暖通空调系统，在控制绿色建筑增量成本方面也有重大意义。

6 结语

绿色建筑作为近年来行业内的热门话题，其评价标准、技术手段和研究题目层出不穷，除了国家标准《绿色建筑评价标准》，地方例如天津等城市都出台了诸如《中新天津生态城绿色建筑评价标准》及相关细则。可以说技术体系比较丰富规范。然而就整个房地产市场而言，真正设计建造成国家星级尤其是三星级（最高星级）的绿色建筑的项目并不多。这种现象一方面跟宣传力度不够有关，另一方面跟消费者的认同度也有关系。

在此背景下，众美集团勇于开拓，将绿色建筑作为房地产产品创新的重要技术手段。笔者有幸作为本项目的绿色设计组织者和负责人，组织协调咨询单位、设计单位、总包单位和集团各个部门，对项目绿建设计、优化、实施过程中竭尽全力，但也遇到了很多困难。本着提升项目附加值、突破创新的信念下，大家迎难而上，千方百计想尽一切办法解决困难和问题。也幸而遇见了各个单位、部门的优秀同仁，大家集思广益，迸发出创造力的火花。

在绿色建筑的设计过程中，暖通空调系统作为至关重的一环，其主导地位越来越凸现。事实上，在国外的绿色建筑评价标准中，比如英国的BREEAM和美国LEED认证体系，"节能、能源利用“方面的评分权重相当高，这在公共建筑中更为明显，而这方面主要依靠暖通空调的良好设计来实现。在我国，新版《绿色建筑评价标准》已于2015年1月正式修订实施，新标准也采用了国际上流行的评分方式，其中节能这一部分，居住建筑和公共建筑分别占到了0.24和0.28的权重；而诸如”室外环境、室内环境质量"部分与暖通空调设计的关系也相当密切。

本项目于2013年开始设计，绿色咨询设计同步进行；2014年6月正式获得国家绿色三星级设计标识；2016年，根据公司经营筹划目标，该项目将继续争评绿色运营标识。通过这个项目的实践，笔者深刻体会到，绿色建筑在我国方兴未艾，无论从技术水平、施工及材料设备产业化、绿色建筑产品提供商等等与国外相比还有一定差距，尚需要各行各业的共同努力。从暖通空调部分设计出发，一定要朝着高效、节能、环保、舒适健康的设计目标努力。

随着新标准的更新、改进，暖通空调设计者在做绿色建筑设计过程中角色日渐重要，不仅要对自身知识理解透彻，还要对相关建筑、结构、景观、电气等多专业触类旁通、协调配合，才能把设计做好，使得绿色建筑真正发挥功效和作用，得到业主认可，获得技术水平的提高。作为从事建筑和房地产领域的技术人员，有责任为国家绿色事业的发展尽绵薄之力。

【1】GB/T 50378—2006绿色建筑评价标准[S].

【2】DB/T 29-192—2009中新天津生态城绿色建筑评价标准[S].

【3】住建部，中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施 节能专篇（建筑/暖通空调·动力）[M].北京：中国计划出版社，2009.

【4】李巍，叶青，赵强.英国BREEAM可持续社区评价体系研究[J].生态城市与绿色建筑，2014年春季刊：90-96.

The HVAC Design of Green Building

WU Yue-sheng
(Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing 100044,China)

Accordingtotheappliedproject,inthispapertheHVACsystemdesignofgreenbuildingiscategorized.Thesignificanteffectof HVAC design isgiven and the technology are summarized,furthermore,the controlling factors for incremental cost and the details of key tech-strategyaresuggested.Atlast,basedonabove,theHVACdesigntothegreenbuildingauthenticationisanalyzedandappraised.

HVAC;greenbuilding;incrementalcost

TU831；TU832

B

1007-9467（2016）07-0102-06

2016-02-23

吴跃升（1976～），男，河北唐山人，高级工程师，从事项目管理研究（电子信箱）wu_ele@263.net。