基于绿色建筑技术的暖通设计研究

张为

（民航机场规划设计研究总院有限公司东北分公司，沈阳 110043）

1 引言

暖通工程是建筑建设项目之一，其设计质量对居住舒适性有直接影响。暖通技术包括采暖、通风与空气调节3 个方面，因受多种因素影响，在实际应用中消耗能量较多，与节能降耗目标相背离。与现有研究相比，本文从通风设计、可再生能源利用、水蓄冷系统设计、空气调节设计等方面阐述绿色技术的创新点，并提出暖通设计的技术要点，通过引入先进技术，可有效避免因技术问题造成的返工问题，使国内暖通设计质量能够尽快达到国际标准，促进绿色建筑整体施工质量提升。

2 绿色建筑中暖通工程的关键技术

2.1 太阳能技术

太阳能属于可再生的清洁型能源，可通过能量转换将太阳辐射转换为电能或者热能，且取之不尽，成为暖通工程使用的重要能源。在绿色建筑工程中，太阳能热水技术已经得到一定程度的普及，主要借助太阳能与其他辅助热源，利用集热器采集太阳能对水进行加热，并为供暖设备提供能源[1]。通过上述措施的应用，可充分利用太阳能，有助于节约能源，减少环境污染。

2.2 蓄冷技术

蓄冷技术可通过削峰调谷的方式提升电网运行效率。在空调机组设计期间，应将蓄能装置安装在水冷机组内，在低谷时期借助双工况制冷机组实现室内制冷，再存储到冷水中蓄冰，在室内需要制冷的情况下，蓄冰装置可在用电高峰期将存储的冷量释放出来，缓解空调运行负荷，确保机组稳定运行。该技术以水为载体，通过水在换热管道与机组间的循环完成冷热交换。在用电低谷时期，依靠电能降低水温，在用电高峰期，依靠冷水降低空调能耗。在设计期间，为了节约机组能源消耗，可将水力平衡设备安装到空调系统内，根据实际情况调节平衡系统，通过水力平衡阀控制系统中的水量与压力，使机组功能状态始终稳定可靠。

2.3 地源热泵设计

绿色建筑中还可以利用地源热泵系统进行暖通设计。该系统具有制冷、供热两项功能，可充分符合暖通设计要求。在设计期间，地源热泵系统应埋设在地下30～100 m，不但可控制地面温度，还不会影响地面生态环境。在夏季到来后，通过地源热泵的换热系统，可将室内热量传递到地下储蓄起来，用于冬季热交换，此举可使室内温度始终适宜，还可减少空调系统的使用，节约能源。与中央空调相比，地源热泵空调是具有多个功能的综合体，包括地板采暖、制备生活热水等，利用先进的热泵与暖通技术，可实现地热能的开发再利用。该系统中冷热源较为稳定，可使空调系统始终保持较高的运行效率。

3 绿色建筑中暖通设计的实施案例

3.1 工程概况

以苏宁电器基地暖通设计工程为例，该项目位于江苏南京软件园内，属于苏宁电器总部的重要部分，建筑面积为221 098 m2，总高度为46.42 m，地上9 层，地下2 层。地下1 层为厨房、车库与设备用房等，地下2 层为地库与相关设备用房，1 层为会议中心与餐厅，2～9 层为办公区。根据绿色建筑的要求，以尊重自然生态系统规律、充分利用生态资源为设计原则，争取以最少的资源消耗，最高的应用效率，打造出健康绿色、舒适环保的宜居环境。

3.2 绿色技术创新点

3.2.1 采光设计

餐厅区域设置高侧窗，使室内采光效果得以改善，可缩短照明设备的使用时间，节约电能。高侧窗面积为542.11 m2，占餐厅面积的5.0%，使就餐区域采光系数超过2.8%。该项目外围为玻璃幕墙，房间进深不足22 m，室内采光效果良好；VIP大厅设置采光廊与天窗，主楼多个位置设置天窗用于采光。为了达到遮阳效果，且节约资金成本，综合分析不同时段的遮阳情况，决定在东西方向幕墙设置可调节的外遮阳百叶帘，可缓解夏季太阳直接辐射产生的热量，节约空调能耗。在玻璃幕墙中，每隔1 400 mm 安装1 块竖向玻璃翼板，同样发挥遮阳效果。

3.2.2 通风设计

采用CFD 系列软件进行模拟分析，假设在夏冬两种环境下进行工况模拟，对室外风场分布情况进行分析，见表1。

表1 夏冬工况下风场分布状况

在夏季工况下，主要为东南风，该项目周围区域没有出现无风区，不会影响周围空气质量。风速控制在0.3～0.4 m/s，等值线距离约在0.31 m/s，满足行人舒适度要求。该建筑前后压差最明显位置在东南角，压差约为8 Pa，等值线距离约1 Pa，可促进室内自然通风。冬季主要为东北风，该建筑周围风速基本在0.3～3.5 m/s，等值线距离约0.32 m/s，满足行人舒适度要求。该建筑周围压差最显著位置在于东北角，迎风侧在1 Pa左右，等值线距离在1 Pa 左右，建筑主体前后压差相对较低，可为冬季防风节能提供便利。在建筑四周人行位置的风速不足5 m/s，不会对建筑通风产生不良影响，与绿色建筑的评价准则相符合。

3.2.3 蓄冷储热系统设计

空调制冷设备数量为4 台，型号为855RT，冷水机组供回水温度范围在4～12 ℃，并额外设置蓄冷水槽，体积约5 200 m3，蓄冷范围在4～12 ℃，制冷量为3 343 kW，满载输入功率为553.8 kW，COP（能效比）为5.46。蓄冷水池与末端冷冻水依靠板换连接，负荷侧冷冻水供，回水温度在7～13 ℃，板换负荷位置冷冻水泵利用变流量系统，可在多种工况下使用。该项目的可再生能源包括太阳能、光伏发电两种，太阳能电池板的面积为1 135 m2，单位面积年均日产热水量可达到37 L，为地下1 层厨房区、淋浴区进行24 h 热水供应；生活热水的每日用量为37 m3，建筑内全部生活热水均源于太阳能。后者安装在建筑外侧BUS 站顶棚上，逆变器与计量柜安装在地下1 层设备机房中，可为地下车库提供照明电源；设计装机容量为40.32 kW，在变压器装机中总容量的0.53%。

3.2.4 空气调节设计

该项目内部为大开间设计，通风口为对称分布，有助于自然通风，满足室内空气舒适度要求。空调末端可灵活调节，始终保持舒适温湿度，在空气回风位置安装CO2传感器，在浓度超过设定值的情况下，自动开启相应的全热交换新风机，智能控制单元带有时间、浓度、消防联动、就地远程、运行状态监控等功能，使室内环境始终舒适良好[2]。

4 节能环保设计

该项目根据DGJ32/J96—2010 规定进行热工权衡判断，结果与标准要求相符合。在额定工况下，冷水机组的性能、空调热源锅炉效率均满足规定要求，在安装蓄冷水槽后，需冷量可达到约35%。该建筑安装能效管理系统，包括采集计量单元、能效管理站、数字量表等内容。该系统可针对建筑中空调、照明、动力与新风方面的能源消耗量进行监控，及时采集能耗信息，并分析能耗波动规律，将设备管理系统与网关等联合起来，对设备控制策略进行优化，由此提高能源管理效率，达到降低能耗的目标[3]。新风量L0的计算公式为：

式中，n为房间内换气次数；V为房间体积。送风量L的计算公式为：

式中，Qs为空气的显热量，J；Cp为空气比热容，J/（kg·℃）；T1为空气最初干球温度，℃；T2为最终干球温度，℃。全年能耗量见表2。

表2 全年能耗量

该项目实施新风热回收，对排风内余热进行充分利用，通过热交换器使热量回收率超过60%；回收机组类型有两种，规格见表3。例如，在30 000 m3/h 机组应用中，一个夏季的电能节约量在46 314 kW·h，冬季可节约35 242 kW·h，全年可节约82 413 kW·h。

表3 全热回收机组规格

5 结语

综上所述，在环保型社会背景下，绿色建筑成为建筑业发展的主流趋势，人们也越来越能深刻体会到绿色建筑带来的舒适感、安全感。传统建筑发展使生态环境遭受大量破坏，暖通空调作为耗能大户，理应在绿色设计理念的引导下，通过合理的设计通风、采暖、空气调节等工序，充分发挥可再生能源的优势，引入太阳能技术、地源热泵、水蓄冷等先进技术，促进能源节约与利用，使暖通工程更加绿色高效。苏宁易购地基作为绿色建筑，在暖通设计中注重通风、采暖、可再生能源利用以及空气调节，依靠良好的节能环保设计，使热量回收率超过60%，节约了大量能源消耗，真正实现了绿色建筑的设计目标。