绿色建筑领域暖通空调技术的应用

李 杰

1 绿色建筑领域暖通空调技术的应用原则

随着全球变暖、能源短缺和环境污染等问题的日益凸显，绿色建筑理念应运而生。绿色建筑是指在整个生命周期中尽可能减少对环境的影响、提高资源利用率、改善室内环境质量以及保障人们身体健康的建筑，主要包括建筑设计、建筑施工、建筑使用、建筑维护和建筑拆除等多个环节[1]。暖通空调系统作为绿色建筑的重要组成部分，直接影响建筑的节能性和环保性。因此，暖通空调技术在绿色建筑领域的应用和优化至关重要，针对这一问题的研究也具有重要的现实意义。下面详细介绍下绿色建筑领域暖通空调技术需遵循的原则：

1.1 绿色环保原则

绿色环保原则是指在设计和施工过程中，应尽量选择易于回收和重复使用的材料，最大限度减少对环境造成的污染，降低能源消耗，延长建筑的使用寿命。在暖通空调系统中，应选择环保的制冷剂和高效的过滤器，减少氟利昂等有害气体的排放，净化室内空气，并合理利用可再生能源[2]。

1.2 节约能源原则

节约能源原则就是要尽可能减少能源消耗。在绿色建筑中，可以通过改变建筑结构形式、加强保温、优化采光等方式实现能源的节约。其中，暖通空调系统应选择高效节能的设备并利用可再生能源等来减少能源浪费，从而达到节能的目的。

1.3 循环利用原则

循环利用原则是指应尽可能利用已有资源，减少浪费。在绿色建筑中，可以通过回收利用废弃物资等来实现循环利用。而暖通空调系统则可通过蓄热、蓄冷等技术将剩余的热量或冷量储存起来，以便在需要时使用。

2 绿色建筑领域暖通空调节能技术的具体应用

2.1 太阳能技术的应用

太阳能空调系统是一种利用太阳能对空气进行加热、冷却和除湿的系统，主要由太阳能集热器、蒸发器、制冷机组和空气处理系统等组成[3]。在太阳能集热器的作用下，空气被加热并输送到蒸发器中，经过蒸发器的冷却和除湿处理后再进入室内，达到降温的目的。太阳能空调系统具有高效、环保与节能等优点，适用于各种建筑类型，特别是在南方气候炎热的地区，可以大大降低空调能耗，减少对传统电力等能源的依赖。例如，悉尼某高层建筑中采用了太阳能空调系统，根据建筑的运行数据得知，该系统的制冷能力为191 kW，制冷效率高达0.8，夏季平均每天可减少21 t 的CO2排放，极大地提高了建筑的能源利用效率。

太阳能空调系统安装过程需要注意以下4 点：

1）太阳能集热器应该安装在能够充分接受太阳辐射的位置，比如屋顶或庭院。

2）蒸发器的设计应充分考虑储存容量、保温性能等因素。

3）制冷机组的安装需要考虑周围环境温度、噪声等因素。

4）空气处理系统的设计应根据建筑的特点和使用需求来选择合适的处理设备。

2.2 自然通风技术的应用

自然通风技术是指通过建筑本身的自然气流来实现室内空气的更新和室温的调节，减少能耗的同时提高室内空气质量，是绿色建筑领域中常用的节能措施之一[4]。在暖通空调系统设计中，自然通风设计是十分重要的一环，主要利用自然风和气流调节建筑内部的温度、湿度和空气质量，可以有效降低能耗和环境污染。在自然通风技术的应用中，需考虑以下因素：

1）建筑形态。建筑的外形和朝向会影响自然通风的效果，因此需要合理设计建筑的朝向、高度和开口面积。

2）开窗设计。开窗的位置、大小和数量需要根据建筑的用途和环境条件进行合理设计，以便达到最佳的自然通风效果。

3）风道设计。风道是自然通风系统中的重要组成部分，需要考虑风道的形状、长度、宽度和高度，以及出口和进口的位置与数量。

4）排烟设计。排烟是自然通风系统中必不可少的环节，需要设计合适的排烟口位置和大小，以保证室内的空气质量和人员安全。

为了实现最佳设计效果自然通风系统的设计可借助计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）模拟软件进行模拟和优化。同时，还需要在实际建筑中进行实测和调试，以验证设计的有效性。以某建筑自然通风系统设计为例，其建筑设计参数、开窗设计参数和风道设计参数如表1所示。通过合理的自然通风系统设计，不仅可以保证建筑的舒适度，而且能够降低能耗和改善环境。

表1 设计参数

2.3 辐射供暖技术的应用

辐射供暖技术是一种高效、舒适的供暖方式，主要通过热辐射直接向人体传递热量，避免空气对流传热的不足[5]。在绿色建筑领域，辐射供暖技术得到了广泛应用，主流应用方向有以下2 种：

1）电热膜地暖系统。通过电热膜进行辐射供暖的方式具有较快的响应速度、较高的效率和较小的空间占用。电热膜地暖系统通常安装在地面以下，因此地面材料需要具备较好的导热性能，如大理石、陶瓷砖等。研究表明，电热膜地暖系统与传统暖气相比，能够节省30%的能源。

2）辐射板供暖系统。辐射板供暖方式将电加热元件或管道布置在板底，使板面成为辐射面，从而进行辐射供暖。辐射板供暖系统不仅具有较高的效率、舒适性和空间利用率，而且使用寿命较长。

2.4 蓄冷技术的应用

蓄冷技术是一种重要的暖通空调节能技术，在绿色建筑中应用广泛。该技术在低峰电量时段制冷，将冷量储存于水或其他热媒介中，在高峰电量时段释放冷量，满足空调负荷需求，从而达到节能的目的[6]。蓄冷技术一般应用于一些大型商业建筑，如办公楼、超市等。例如，北京华润大厦采用地下水源热泵和蓄冷技术，在高温天气中能够将室内温度保持在26 ℃左右。据统计，华润大厦的蓄冷系统每天消耗的电量不到传统制冷系统的1/3，能耗降低了约67%，可见蓄冷技术的节能效果明显。

除了商业建筑外，蓄冷技术也可以应用于住宅建筑。例如，美国加利福尼亚州的一些高档住宅采用夜间制冷储存热媒介的方式，通过墙体和地板进行辐射制冷。该系统可以在夜间将室内温度降至17 ℃，从而减少了白天机械制冷系统的使用次数和能耗。

3 绿色建筑领域暖通空调节能技术应用优化措施

3.1 优选热源系统

在绿色建筑领域暖通空调系统的设计中，优选热源系统非常重要。通过优选热源系统可以实现更高效的能源利用，从而达到节能减排的目的[7]。

一方面，选择热源系统时应考虑到能源消耗、运行成本和环保性等多个方面的因素。一些常见的热源系统包括燃气锅炉、地源热泵和空气源热泵等，其中地源热泵和空气源热泵可以利用环境的低温或高温进行加热或制冷，从而实现更节能的运行。另外，燃气锅炉也可以通过技术手段实现节能减排，如采用低氮燃烧技术等。

另一方面，在热源系统的设计中，需要根据实际情况进行合理的匹配和配置，以提高系统的效率。例如：在选择热水管道时，应选择适当的管径和材料，以减少管道阻力和热量损失；在选择热交换器时，应考虑热传递效率和流量阻力等因素，选择类型和规格最合适的热交换器。

3.2 调节运作方式

调节运作方式是指在绿色建筑领域暖通空调节能技术应用中，通过采用科学合理的运作方式来改善热能系统中热能利用率较低的问题。

一方面，要做好设备的定时启停控制。根据绿色建筑的实际情况合理设置设备的定时启停控制，避免设备在无人使用的情况下运行，从而浪费能源。此外，还可以通过增加节能控制器和智能化调节器等设备实现设备的精细化控制，提高设备的运行效率和能源利用率。

另一方面，要合理调节温度和湿度。在绿色建筑的设计中，可以通过合理的通风、隔热和保温措施减少热能的损失。同时，在暖通空调系统的运行过程中，应定期检查和维护设备，保证设备的正常运行和性能稳定，并及时清洁和更换空气滤清器，保持良好的空气质量状态，以提高室内环境的舒适度和能源利用率。

3.3 合理使用变频技术

变频技术是一种通过改变电机运行频率来调节运行速度的技术，可以提高空调系统的运行效率，达到节能的目的。具体来讲，变频技术可以在以下4 个方面实现节能：

1）调节制冷量。通过变频控制器调节压缩机的转速，进而调节制冷量，使其与室内的温度需求相匹配，避免制冷过度，浪费能源。

2）调节运行时间。变频技术可以精确控制温度和空调系统的运行时间，避免空调长时间运行，造成能源浪费。

3）调节供回风量。变频技术可以通过调节风机的转速来控制空调系统的供回风量，保证空气流通效果的同时避免不必要的能耗。

4）避免起停频繁。变频技术可以使空调系统平稳启动和运行，避免出现频繁起停的情况，减少了系统能源的浪费。据统计，采用变频空调系统可以减少20%～40%的空调能耗，具有显著的节能效果，因此在绿色建筑设计中应优先考虑采用变频技术，实现暖通空调系统的节能优化。

3.4 做好冷热量回收

冷热量回收可以通过多种方式实现，包括空气热泵、热交换器和热回收风机等。

首先，空气热泵可以从环境中提取废热或废冷，通过压缩制热或制冷再次将其用于暖通空调系统[8]。例如，夏季空调运行时，室内产生的废热可以通过空气热泵回收利用，用于加热室外的水或空气。

其次，热交换器是一种常用的冷热量回收设备，可以在暖通空调系统中将废热或废冷传递到其他部分，以达到节能的目的。例如，空气处理机产生的废冷可以通过热交换器传递给冷却塔，用于制冷。

最后，热回收风机通过在室内和室外循环空气回收利用废热和废冷。例如，热回收风机在夏季可以排出室内空气并循环到室外，同时回收废热并加以利用。

3.5 构建能源管理系统

能源管理系统通过传感器和仪表收集建筑内部和外部的能源消耗数据，包括电力、热能、冷能和水的使用情况。

传感器可以安装在各种设备和系统上，如照明、空调、电梯和电力配电设备，以实时监测能源消耗。系统使用数据分析和算法处理收集到的能源消耗数据，对数据进行实时分析，以确定能源使用的模式和趋势，从而评估建筑的能源效率，发现能源浪费和潜在的改进机会，并提供报告和指标来跟踪能源性能。基于数据分析和评估结果，能源管理系统可以自动控制建筑的能源设备和系统，自动调整设备的运行模式、温度设定和照明亮度等参数，以优化能源消耗。

例如，根据室内外温度和建筑使用情况，系统可以自动调整空调设备的工作模式和风速，以提供舒适的室内环境并使能源消耗达到最小化[9-10]。

此外，能源管理系统可以基于能源需求、能源价格和可再生能源的可用性等因素，制定能源计划和优化策略，最大限度地降低能源成本和对环境的影响。

例如，在高峰电价时段，系统可以调整建筑设备的运行时间，以避开高能源成本时段。能源管理系统还提供实时监控和报警功能，以确保建筑能源系统的正常运行，检测异常能源消耗和设备故障，并及时发送警报，有助于快速发现和解决问题，减少能源浪费和设备损坏的情况。

4 结语

暖通空调节能技术是绿色建筑发展的重要组成部分，也是实现绿色低碳建筑的必要手段。本文通过研究和分析绿色建筑领域的暖通空调节能技术，发现其应用广泛且效果显著，但还存在一些问题和挑战，如技术成本较高、应用难度较大以及推广应用困难等。因此，在暖通空调节能技术推广过程中，需要政府、企业、学术机构等各方共同努力，制定相关政策和标准，推动技术创新和进步，提高该技术的普及率和可持续性。