探讨绿色建筑与暖通空调的设计

2020-02-17张彦龙

建材与装饰 2020年35期

张彦龙

（山西省城乡规划设计研究院，山西太原 030001）

0 引言

中国经济飞速发展是一个良好态势，但是也带来了能源短缺的危机。为了应对能源短缺带来的挑战，走出一条“绿色”发展道路。暖通空调工程涵盖了供暖设计和通风。空调系统、供暖、通风及空调工程设计的质量后期能耗影响极为明显。暖通设计绿色化可以降低居民生活开支、降低能耗，还能保护环境资源，提高经济效益[1]。

绿色发展建筑已然成为建筑业的必然趋势。利用可再生能源，尊重客观规律，都是人们做到与自然和谐相处的可行之道。暖通空调是建筑功能的一部分，也应遵循绿色发展，坚定不移推进可持续发展，逐步降低空调对环境的损害，实现高效利用现有能源。

1 绿色建筑暖通空调设计存在的问题

1.1 设计过程不准确不科学

首先，设计过程不够准确和科学，工程设计效果和质量不理想；其次，没有结合安装地点实际情况开展，设计出的空调未能满足实际的环境需求，不具备应有的社会经济效益。

1.2 设计方案系统不足

整个工程设计会涉及许多内容。设计暖通空调整体方案时，设计方案缺乏系统性，实用性不足，损害了整个工程的综合设计效果。

2 绿色建筑暖通空调设计原则

针对上述问题，笔者提出以下内容作为绿色建筑暖通空调工程设计所遵循的原则。

2.1 绿色环保原则

在制造空调时，为了方便后期维修管理工作，以及为了减少产生垃圾，应该选择可回收、可循环利用、可以废物利用的材料。暖通空调的材料应尽量选用绿色环保、可以回收的材料。应把保护环境作为设计暖通空调的首要原则，把空调系统设计和运行对环境造成的损害降至最低，降低空调的能耗，缓解空调造成的污染问题[2]。

2.2 降低能耗原则

降低能耗在绿色设计理念中占有重要地位，贯穿整个理念全部过程。协调空调系统和建筑空间，首先应该降低整个空调系统的能耗。为了让空调系统布局更加科学合理，让取暖、制冷效果更佳，在设计暖通空调系统时应考虑建筑布局和使用情况，以此为基础去合理配置资源。

2.3 循环原则

在绿色设计理念下，循环回收再利用是重要基础。首先，体现在回收材料上；其次，体现在空调运行过程中如何循环利用能源。最后，为了降低材料成本，要根据空调使用周期来回收利用剩余资源，以及实现二次利用废弃材料。

3 绿色建筑暖通设计

3.1 节能方法

为了节省能源，绿色建筑暖通空调可以采取的途径多种多样。为了实现暖通空调节能，绿色建筑领域已广泛运用回收排风热量、水蓄热蓄冷技术、变风量系统等手段，这些技术也是目前许多新的节能技术发展的基础。与过去的空调技术比较，现代的暖通空调节能技术把更多重点放在了舒适性、节能性和灵活性三者的相互协调。例如，大中型办公楼为了有效减少用电负荷并且提高电力利用效率，可以采用区域供热供暖或者集中吸收式制冷，也可以将建筑外区设为独立热泵单位，并且其他有效措施来改善窗户之间的热环境。同时，为了实现节能系统的更新和改造，夜间用电和风力蓄热，也可以利用建筑结构蓄热蓄冷技术、冰蓄热技术，和高温相变材料实现夜间的室内制冷和制热。此外，要让室内环境和空气质量进一步优化，调节空调系统，改善空气流量，也能达到良好的节能效果。关于空调装置输送系统的调节，为了降低运输耗电量，保证空调系统能够稳定运转，可以通过增加送风系统的水量、温差和风量，使用制冷剂重力循环制冷和制热也是有效途径。在改善气流方面，为了增加室内换气次数，维持室内空气新鲜，可以采用置换通风、喷射诱导性送风等技术手段。有一点需要注意，为了提高暖通空调的性能，高效、合理利用太阳能、水能、风能等可再生能源是可行之道。

3.2 能源供应模式

城市实现可持续健康发展，必须要优化暖通空调的能源供应模式，以解决城市能源供应短缺的问题。首先，燃气这种清洁能源热值很高。为了缓解城市电力供应短缺的问题，燃气可以作为空调能源，新的能源供应模式也可以应用到整个空调工程的设计中来；其次，为了满足居民制冷和供热需求，需要加快建设集中供冷供热系统，并通过管网交付给用户使用。最后，需要有效提高供暖和制冷的质量与效率，保证空调系统可靠稳，为供暖用户提供更多选择余地，减少市场带来的风险，整个建设过程中要整合燃气和电力资源，形成优势互补的格局。

3.3 智能化发展趋势

对暖通空调整体设计中的智能化是绿色建筑暖通空调智能化设计主要的主要内容。智能循环和集热器来控制系统能够在太阳光照相同时转换更多太阳能，这是太阳能节能技术智能化。在阳光缺乏时，为了防止热能散失，可以将太阳能加热方式自动切换为燃气辅助加热。另外，可以把利用低位热量向高位热量的传递用于实现地源热泵技术的智能化之中。在低温条件下，通过智能地源热泵技术可以根据气温将地下热能传到地面；相应的，在高温度条件下，需要通过降低建筑整体温度来实现冬暖夏凉。此时，智能地源热泵技术将地面热能输送到地下。为了有效降低能耗，实现循环利用，建筑夜间积累下来的冷能可以转换到用电高峰期予以有效释放，从而解决用电高峰期间电力供应紧张的问题，这是智能冰蓄冷系统技术的应用。为了降低能耗，提高暖通空调整体效率，可采用变风量系统和楼宇自动化系统优化调整绿色建筑暖通空调的送风静压和风量，并且通过改进定量模拟功能和现有系统结构与建筑设计参数实现最佳匹配[2]。

3.4 地源热泵技术

地源热泵是一种空调系统，可以利用地热资源供暖和制冷。热泵机组吸收室内热量，传递给地源，可以让用户在夏天感受到凉爽；热泵机组吸收地上热量，将其转到用户室内，可以在冬季给用户带来温暖。地源热泵技术利用了可再生能源，污染排放量比空气源热泵更小，环境效益较高。采用地源热泵系统制冷时，为了实现转换循环并实现制冷效果，压缩机会对制冷剂做功。制冷剂蒸发会吸收空气中的热量，制冷剂在此过程中凝结，流经循环水路吸收制冷剂中的热量，再经换热系统释放到地源。地源热泵技术系统进行制热时，为了能够实现制热效果，压缩机对制冷剂做功，制冷剂沿反方向流动，通过外部传热系统吸收来自地面的热量，吸收循环水路中的热量，制冷剂冷凝，使制冷剂中的热量释放进入空气循环。

3.5 优化冰蓄冷系统

通过这项技术，夜间用电低谷时实现存储冷能，白天用电高峰时制冷机组实现释放冷气，有效降低了空调使用高峰时的电网负荷，具备很高的经济社会效益，且安装和改装工作非常简单。冰蓄冷技术节约运行成本的方法能实现电网负荷平衡。此技术可以极大改善蓄冷能力。同时，为了节省能源，要对储水容量和蓄冰容量做出合理的配置。夜间冰蓄冷系统节能效果较好，COP较高，冷却效率即使偏低，整个系统也能正常运转。低温送风时，为了有效减少风机动能损失，减少能源消耗，冷水温度应降为 1～4℃。

3.6 自然通风

自然通风是被动通风方式。设计绿色建筑暖通空调时，应该考虑采用这种方式，具有改善室内空气的功能，能够让室内环境更加舒适。为了降低风阻来让自然通风效果更佳，可以通过建筑朝向、平面和剖面设计来利用风压效应，这就是风压通风。利用空气温差形成的密度差并引发压力差，压力带动气流，这就是热压通风。因此，为了实现热压通风，可以在室内顶部设计调节开口、设立多重纵向高度空间等手段。

3.7 太阳能节能技术

人们选择和使用绿色能源时，太阳能是一个非常重要的选项，它直接来自太阳上发生的核聚变反应。目前，可以利用取之不尽的太阳能，这样能源危机就能得到大大缓解，环境污染也会随之减少。太阳能采暖系统包括集热器和循环控制系统：前者是换热水箱，是不可缺少的采暖设备；后者由温度控制系统、家用热水系统等等组成。太阳能节能技术通过循环系统处理接收到的热能，热量进入换热水箱，为换热水箱内的水加热，并将热水输送到地暖系统为室内供热。由于集热器没有加热功能，由于阴雨天阳光匮乏，还可以增加其他辅热手段（例如使用燃气灶）。太阳能永不枯竭，至少在太阳几十亿年的寿命期间不会枯竭，因此太阳能是能源应用的理想之选。

3.8 信息技术

暖通空调运行期间，需要了解整个空调系统的能耗处在什么水平，并且分析能源与热源损耗。可以通过计算机虚拟模型来实现这三个功能。首先，用三维模型展示需要消耗的电能，当成绿色建筑暖通空调设计的依据，明确设计的重点是什么，保障空调系统水循环在较高质量水平。有关部门要采取措施，引入这种体现绿色理念和系统优势的现代计算机技术，助力绿色建筑暖通设计工作。