绿色建筑暖通与给排水设计节能措施探讨*

宗 梁

(山东华邦建设集团有限公司 山东 潍坊 262500)

暖通系统负责建筑物采暖以及空调通风,给水系统要将市政供水从地面送到高层场所内,这些建筑物附属系统都属于高能耗单元,在绿色建筑设计中需对暖通系统和给排水系统的节能水平开展深入研究,采用节能型设备、节能型技术。

1 绿色建筑暖通空调系统节能设计

供暖通风节能设计是绿色建筑的重要特征,国家也出台了一系列规范用于指导建筑物暖通系统的设计,现行规定包括JGJ173-2009供热计量技术规程、GB50189-2015公共建筑节能设计标准、GB50736-2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范等,暖通节能设计需符合以上规范。

1.1 影响暖通系统能耗水平的关键设计因素

1.1.1 室内设计温度取值

这一参数指的是建筑物在冬季取暖时的供暖设计温度以及夏季室内供冷时的设计温度。建筑物供暖和供冷的实现方式上存在差异,前者主要依靠集中供暖,以热水为热源。室内供冷设计大多是针对公共建筑而言。结合工程实践的经验,冬季室内供暖温度每提高1℃,整体能耗将增加5%～10%,夏季室内温度每多降低1℃,整体能耗将增加8%～10%。由此可见,在设计建筑物供暖或者供冷温度时,需采用合理的计算温度,否则将会从设计层面增加能耗水平[1]。例如,部分省份要求冬季采暖温度不可超过20℃,公共建筑夏季室内集中供冷时温度不可低于25℃。

1.1.2冷热负荷计算

这一指标的设计取值直接影响到建筑物冷热源装机容量、管道直径、水泵功率以及末端设备功率等,设计取值过小难以满足使用需求,设计取值过大又会造成以上几个方面的工程设备整体偏大,一来增加了设备后期运行的成本,二来设备的采购单价也会因此而增加,导致能源浪费和造价过高。有些设计人员计算冷热负荷时过于死板,不能结合项目实际情况做出有效的调整,有可能导致计算符合过大的问题,此时也会在设计层面增加能耗[2]。

1.2 采暖系统节能设计

1.2.1 采暖系统节能设计的基本原则

(1)采暖系统要尽可能实现各空间内温度的独立调节,例如,当前的住宅建筑可实现以户为单位独立采暖,未来可朝着房间独立采暖而努力。

(2)实现分户、分室、分区热量分摊的功能。对于空间距离较近的区域,可以实现热量分摊,防止其过度供热。

(3)减少热量出口的数量。建筑物采暖设计不仅仅涵盖供暖系统本身,建筑基础也是非常关键的因素,在设计建筑物内外部结构时要减少门窗等热量出口的数量。

(4)系统在结构形式上推荐采用双管设计。

1.2.2 采暖系统形制

(1)此处以市政集中供热方式为主要探究对象,集中供暖是由市政热力公司供应热水,经管路送入住宅建筑或者公共建筑,显然从热水源头到供暖目标的管路长度越短,热损失就越少,因此,建筑物室内供暖推荐采用垂直双管,垂直管路用于热水入户,可减少路程上的热量损失,有些用户公用相同的立管,为了实现不同用户的独立供热,提升供热的灵活性,其热水循环系统要分开,当用户无需供热时可切断其热水管路,这是实现节能的重要措施[3]。

(2)供暖系统选型。目前主流的供暖系统包括低温热水地面辐射供暖系统、放射式系统、下分式水平双管系统、下供下回全带跨越管的水平单管系统等,其适用场景存在细微差异。目前新建的住宅建筑大多采用空间占用更小的低温热水地面热辐射供暖系统,也就是俗称的地暖。地暖的节能设计在于管路的密度。如果管路密度过高,会造成能源浪费,并且使用体验也相对较差(如温度过高),在内建筑设计中应合理计算室内供暖的温度取值,并科学设计的暖热水管路的密度。表1统计了常见供暖系统及其适用范围。

表1 常见供暖系统及其适用范围

1.3 空调系统节能设计

1.3.1 空调冷冻水系统节能设计

该系统的主要作用是将主机蒸发器产生的低温冷冻水送入室内空间,进而实现热量交换,冷冻水通过管道循环,带走室内的热量,系统中除了管道之外,还包括冷冻泵,其作用是产生管道内水循环的动力。空气要经过冷水管道才能实现热量交换,系统中依靠室内风机将空气吹到冷水管道处。冷冻水经过管道带走室内热量之后,温度有所上升,最终流入到主机蒸发器,成为回水,以上便是冷冻水系统的工作原理。冷冻水系统的能耗主要来自提供动力的冷冻水泵以及实现室内空气流动的室内风机,因为这些设备都要使用到电能。以冷冻水泵的节能设计为例,水泵可分为定频和变频两种,变频水泵在工作时可根据负荷变化自动调节工作频率,达到降低水泵运行能耗的作用,当系统中存在多台水泵时,可根据进水温度调整水泵开启的台数,以设计阈值为标准,达到或接近时水泵全开,进水温度较低时可关闭一台水泵[4]。

1.3.2 空调冷却水系统节能设计

冷冻水从室内循环出来之后温度会上升到一定程度,原因是其带走了室内的热量,但冷冻水的循环作用,因而其温度始终较低,其带走的热量经由主机制冷剂传递给冷却水,冷却泵将吸热升温后的冷却水送入冷却塔,使其自然降温,之后再送回冷凝器。空调冷却水系统的核心设备是冷却水塔和冷却泵,管道起到输水作用。从节能角度看,冷却塔中的水吸收了热量,温度较高,如果使其在塔内与空气热交换降温,那么这些热量就流失到自然界,未能被利用。因此,在节能设计中要对这一部分能量进行回收利用,推荐采用空调冷却水全热回收技术,办法是设计一个具备热回收功能的冷凝器,使其取代传统的冷凝器。

2 绿色建筑给排水系统节能设计

2.1 以分区供水方式节能

建筑物主要依靠市政供水获取水源,而市政供水的压力通常在0.2～0.4 MPa,这种压力只能满足4～6层的供水压力需求,居民住宅建筑的高度大多在7～32层,城市中还存在一定数量的超高层建筑,市政供水的压力难以满足高层及超高层建筑的全部供水压力需求,因而6层以上通常要进行二次加压。显然这一过程中使用电力机械设备对水加压,使其克服重力作用,以一定的压力进入住户家中,二次加压会造成较高的能耗,为了进一步提升二次加压的精确控制,降低其节能效果,应采用分区供水方式实现节能。其原理是凡市政供水可满足供水压力的楼层,一律采用市政供水,将市政供水的压力充分利用起来。

对于市政供水压力不足的楼层,以分区二次加压的方式供水,至于要分成多要区段,则要结合建筑物的整体高度来确定,通常住宅建筑7～19层采用二次加压,19层以上的采用三次加压。分区加压供水不仅考虑到了能耗的问题,还有利于节约水资源,因为技术上完全可以利用一次加压达到供水压力需求,但靠近加压设备的低楼层会因此而出现超压的现象,其水流速度过快,造成水源的严重浪费,合理设置分区楼层可在很大程度上避免这一问题[5]。

2.2 采用节能型给水加压设备

二次加压作为建筑中高层给水系统的关键设计环节,其能耗控制直接决定了给排水系统的节能设计,除了分区供水之外,还要提高给水加压设备本身的节能效果。

从原理上看,二次加压系统的主要设备包括生活水箱,通常设计在地下室内,然后以水泵加压的方式将其送入住户家中,水泵是主要的能耗设备,宜采用变频式水泵。另外,随着技术的进步,无负压供水方式成为当前高层建筑二次供水的主要方式,此类设备的水源为市政管网,也就是直接将无负压供水设备与市政管网连接在一起,管网本身具有一定的余压,可将这种余压与供水设备产生的压力叠加使用,进而实现节能供水。无负压供水方式的特点是根据二次供水的压力缺口灵活的产生压力,达到了“差多少、补多少”的效果,并且此类设备为全密封结构,不会污染水源[6]。

2.3 排水系统节能设计

建筑排水系统通常无需设计动力加压设备,依靠重力作用即可实现有效的排水,因而其能耗水平并不高,但需要注意的是污废水管道,此类排水管道中存在一定量的废物、污物,有可能引发管道堵塞的问题,如果设计不合理,后期使用过程中需经常性地疏通管道,造成一定的能源和资金消耗。在设计废污水管道时应就近排放,否则较远的排放点会造成风险,有可能产生加压需求,提升能耗要求。

3 结语

建筑暖通空调系统和给水排水系统的节能设计是绿色建筑设计的重要环节,暖通系统主要包括建筑物采暖和空调通风两个部分,其节能设计的重点是室内温度取值、冷热负荷计算、节能型设备应用以及余热回收等。给水系统节能设计的受到建筑物高度、市政供水压力等因素的影响,通常采用二次加压和无负压供水技术实现节能控制,在排水系统设计中要全面利用重力排水技术,尤其要重视废污排放点的就近设计。