探究暖通空调中绿色建筑的设计研究

黄坤斌

（福建十建建筑设计有限公司厦门分公司， 福建 厦门 361006）

现代化社会背景下，人们物质生活水平的提升也带动了生态自然保护意识的提升，环保、节能成为了当前建筑行业的重要词汇，建筑行业以“绿色建筑”实现着建筑节能目标，暖通空调作为建筑中主要的耗能设备，与绿色建筑理念背道而驰，因此更需要在暖通空调的设计中，转变传统建筑设计理念，以绿色建筑为原则，注重节能设计，减少暖通空调的能源损耗，真正实现绿色、节能、环保[1]。

1 暖通空调与绿色建筑的概述

暖通空调是具有采暖、通风和空气调节功能的空调器，在现代建筑设计中，暖通空调是重要的组成部分，能够起到调节建筑结构热负荷、冷负荷、湿负荷、新风负荷的作用[2]。现代化建筑设计中，更加趋向于人性化设计，相较于过去无暖通空调设备的建筑结构，在应用暖通空调的建筑物中，夏季能够起到较好的降温效果，冬季能够起到良好的保暖效果，且对于建筑物内通风换气，调节建筑空气湿度、温度也具有良好作用。因此在现代建设设计中，暖通空调的设计处于重要地位，但与此同时，也应该认识到暖通空调设计与应用下带来的多种危害。暖通空调是建筑结构中能耗较为严重的设备，为了能够维持建筑结构内温度、湿度、通风条件，暖通空调的运行持续损耗能源，这不仅造成了建筑能源损耗量的不断增大，也会造成环境污染、能源结构破坏，对建设环境友好型社会，构建节能、环保的绿色建筑造成不良影响[3]。

绿色建筑指的是在全寿命周期内，以节约能源、减少污染、保护环境为目的，为人们提供宜居、健康的居住环境，实现人与自然和谐共生的高质量建筑。绿色建筑理念的提出为现代建筑行业的发展提供了一个新的发展方向，建筑业作为能源损耗较大的行业，在绿色建筑理念的指导下，向着节能、环保、绿色发展的方向改进建筑理念，创新建筑设计，能够较好的减少建筑能耗，实现节能环保[4]。因此在暖通空调的设计中，更需要适应现代建筑新的设计理念，特别是在绿色建筑理念下，更需要转变暖通空调传统的设计理念，实现暖通空调设计的节能化、环保化，减少暖通空调能源损耗，促进暖通空调能源应用的高效化。

2 暖通空调中绿色建筑的设计原则

绿色建筑作为当前建筑行业的新理念，应能够应用到建筑设计的各个环节中，暖通空调设计中，也需要融合绿色建筑理念，减少能源损耗。因此在暖通空调中，需要遵循绿色建筑设计的几个原则，具体如下。

2.1 节约材料原则

绿色建筑设计中，不仅需要减少建筑能耗，建筑材料的使用量也需要尽可能减少，因此在绿色建筑理念下，暖通空调的设计需要从原材料的使用角度上形成节约意识，包括暖通空调系统中风机、制冷机等原材料的使用，应以暖通空调系统的整体利用确定原材料的使用情况。例如在暖通空调系统的设计中，除系统本身，还需要考虑暖通空调系统与建筑物围护结构、室内照明的相关性，尽可能在设计过程中节约建筑材料，减少建筑材料损耗[5]。

2.2 回收再利用原则

暖通空调系统在建筑结构中，各个部分具有一定的独立性，因此在暖通空调系统中，不同组成部分的设备是可以单独拆卸的，也就是说在遇到某一运转零件或设备故障、需更换的情况下，可以单独更换零件，不需要进行整体更换。另外，在暖通空调系统中，部分非运转设备及材料，具有再利用的性质，在设备更换后，可将可回收零件、设备拆卸、维修、保养，实现再利用，能够减少建筑材料损耗。部分报废设备及零件，在专门工厂中还能够实现再生，因此在暖通空调设计中，需要对可再回收、再利用的设备做好设计，减少不可回收、不可再利用设备如玻璃钢等的使用量，提高暖通空调系统设计及应用的节能属性[6]。

2.3 能源高效利用原则

现代建筑设计领域中，为实现节能减排利用多种新型技术手段，如太阳能技术、地源热泵技术等，对减少建筑能耗起到关键作用。暖通空调设计中，也应有效结合多种节能技术，与节能技术手段相适宜，在建筑结构中起到相互配合作用，从而更高效应用能源，提高能源利用率，减少建筑能源损耗。例如当前较为常见的太阳能技术与暖通空调的结合，以采集太阳光转化为热能，由暖通空调热传导系统运输热能至换热中心，应用到采暖系统中，能够减少暖通空调不可再生能源的使用，提高太阳能的利用率。

3 暖通空调中绿色建筑的设计与优化

暖通空调设计与绿色建筑理念的结合，对减少暖通空调系统能源损耗，提高能源利用效率，实现建筑节能、减排、绿色、环保具有重要意义，因此在绿色建筑理念中，暖通空调的设计需要实现设计理念的转变与设计内容的优化，主要可以通过以下几个方面实现。

3.1 蓄冷技术的应用

蓄冷技术是一种节能环保技术，技术原理主要是于用电低谷期制冷，并将冷能量储存在蓄冷设备中，供用电高峰期使用，从而减少用电高峰期制冷设备的开启与能源损耗[7]。当前在暖通空调中，更多是利用电能转化为暖通空调系统中制冷设备、制热设备等所需的能源，而城镇化建设与用电量的不断提高，对高峰期用电提出了难题，所以在用电高峰期，可能出现电能紧张，暖通空调无法有效制冷等情况。因此以蓄冷技术与暖通空调系统的设计相结合，能够较好的满足暖通空调制冷需求，同时也能够减少用电量，不仅起到 节约电能，减轻发电厂发电压力，减少环境污染的作用，也能够保障建筑设计中暖通空调的常态化运行，避免设备用电问题造成居民生活的影响。

3.2 地源热泵技术的应用

地源热泵技术是以土壤为蓄热体，形成对热量存储与释放的蓄热技术。与蓄冷技术相似，地源热泵技术能够起到蓄热作用，为建筑设备提供能源，减少建筑能源的无序损耗。地源热泵技术包括空气源热泵技术、水源热泵技术，在技术的应用上其实存在一定限制性条件，如需要较大面积的地下空间，同时需要保持地下空间的冷热均衡，从而实现蓄热，减少由于蓄热不均匀造成的电力损耗。所以在地源热泵技术的应用上，难免需要做好更多的地下空间建设工作，提高了建筑造价。但绿色建筑理念下，建筑设计应能够结合建筑能源损耗、建筑施工损耗等形成综合设计，在能源节约与建筑造价两个条件下，暖通空调系统的建筑设计中，需要结合施工规模与方法选择适宜的地源热泵技术，发挥该技术的蓄热功能，为暖通空调热能利用提供更多便利，减少暖通空调能源损耗，从而减少建筑能源总损耗，起到节约建筑成本的作用，也满足居民用暖、生活热水的需求，减少电能的使用与损耗。

3.3 太阳能技术的应用

太阳能节能是较早提出的节能技术与理念，能够一定程度上满足生活与工业用电不足时的能源需求。太阳能节能技术以采集太阳能，转化为人们需要的热能达到减少暖通空调系统冷负荷作用，绿色建筑设计中广泛应用太阳能技术。太阳能作为高效节能环保的可再生能源，具有其应用优势，如在屋顶设计太阳能供暖装置，采集太阳能以热导循环导入换热中心，为房屋实现暖气供应，为燃气锅炉设备等补充热水。但是太阳能技术也具有其劣势，即容易受到自然气候条件的影响，一旦出现阴天、雨雪天，太阳能采集设备对于太阳能的获取存在较大难题，因此难以有效持续性为建筑结构、暖通空调系统提供热能，所以在绿色建筑中，暖通空调与太阳能技术的结合，还需要配合其他节能技术，实现在任何气候条件下的热能转化。

3.4 自然通风技术的应用

暖通空调系统中，通风、空气调节属于重要组成部分，对改善建筑物内空气条件，实现有效通风起到关键作用，而通风、空气调节中损耗的能源也是造成建筑能源损耗的一个关键的，因此在通风、空气调节中也需要与节能技术相结合。自然通风技术以能耗分析软件、流体力学软件为建筑通风方案进行优化设计，能够实现在不同季节过度时期的空气调节，从而减少暖通空调的启动与能源损耗。在自然通风技术中，以降低暖通空调能源损耗、调节建筑物内温度、提供新鲜空气为目的，在技术的具体应用上，包括几点。一是通过围护结构设计，提高围护结构保暖、隔热作用，通过外遮阳设施设计，利用外遮阳设施降低太阳辐射，降低建筑物对太阳辐射热的吸收，从而减少暖通空调系统的使用。二是通过夜间自然通风，降低建筑物蓄热量。建筑蓄热主要体现在建筑物围护结构、建筑物内设备中，通过夜间自然通风，能够有效降低蓄热量，起到调节建筑温度的效果。三是通过设置通风换气口，带走建筑物内热空气，保持建筑物内温度、湿度的恒定，改善建筑物内小气候环境。例如以烟囱设计，能够很好的起到通风效果，减少暖通空调系统开启与能源损耗有积极作用，能够较好满足暖通空调设计的绿色、环保属性。

3.5 空调新风设计的应用

新风系统是暖通空调系统的一个有效补充，能够实现减少暖通空调系统能源损耗的作用。从应用的模式上看，新风系统是管室内外换气的，空调是管是室内冷暖的，所以在暖通空调的设计中，结合空调新风设计，能够较好的在保障空气品质的前提下，实现系统能源损耗的控制。一般在建筑设计中，室内新风量需要根据室内二氧化碳浓度确定，而在室内二氧化碳浓度较高的情况下，需要增加新风量，起到保障室内空气品质的作用，但这同样也造成了能源的更大损耗。因此在暖通空调系统的设计中，应用空调新风设计，以减少新风量，降低系统能源损耗为目的，可以通过设计新风比例的方式，在满足室内环境质量标准的前提下减少新风量。

3.6 热回收技术的应用

暖通空调在能源损耗量上较大，而其中造成能源损耗的一大因素是暖通空调运行时余热的浪费。以暖通空调的运行情况进行分析，在运行过程中，回风冷却至送风状态的回风处理中，需要消耗大量的能量，且其余的回风直接排出室外，这个处理过程中，排出室外的回风中携带的能量相当于浪费的能量。所以在暖通空调系统中，以有效的热回收技术的融合，能够实现能源的有效利用，减少能源损耗。以热回收式空气处理机组的使用，能够实现暖通空调系统中能量的回收，如下图1。在该回收装置中，通过利用排气处理的余热处理新鲜空气，能够使得能量得到高效利用，同时使得排出室内的气体更接近室外自然温度状态，也减少暖通空调系统对室外环境的影响。另外，剩余能量的利用还可通过热交换器，提供给暖通空调系统中需热能或冷能的部位，提高能源利用效率。

图1 热回收式空气处理机组工作原理

4 结语

绿色建筑是现代化社会背景下建筑行业发展的一个新理念，是实现建筑节能，减少建筑能源损耗的重要理念。在绿色建筑理念下，做好建筑设计中各个环节的节能减排需要形成统一的理念，暖通空调作为建筑能源损耗的关键设备，在绿色建筑理念下需转变设计理念，遵循绿色建筑设计原则，把握节约材料、回收再利用、能源高效利用原则，从蓄冷技术、地源热泵技术、太阳能技术、自然通风技术、空调新风设计、热回收技术等多种节能技术的应用中，实现暖通空调绿色建筑设计的不断优化，减少暖通空调的能源损耗，有效节约能源，保护环境，减少污染，为绿色建筑可持续发展提供良好推动力。