绿色理念在建筑暖通空调系统节能设计中的应用

孙宇，韩冰

（中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013）

在城市现代化的不断推进中，人们对生活品质有着较高的追求，对于建筑的需求已经不仅仅停留在舒适、安全层面，更加重视人性化设计。绿色建筑的提出，要求解决能源资源紧缺的问题，实现节能目标。暖通空调系统通常需要消耗较大的能源，以往的暖通空调设计过于追求舒适性，导致能耗较大、成本较高，对生态环境带来较大的压力，不符合国家提倡的可持续发展理念。作为建筑工程的必要设备，对建筑暖通空调进行节能设计意义重大，通过运用绿色理念，在设计中遵循灵活性、经济性、环保性等原则，在保证建筑舒适安全的同时，更好地保护环境，促进建筑行业的可持续发展。

1 绿色理念的内涵

绿色发展理念坚持人与自然的和谐发展，以绿色低碳循环为主。绿色理念是在传统发展基础上的模式创新，在资源承载力、生态环境容量的约束下，以保护环境为主，实现可持续发展。绿色理念的提出，旨在保护环境、节约资源，强调充分利用资源，保护自然。绿色理念具体包括：以社会、经济、环境的可持续发展，作为绿色发展的目标；以环境资源推动社会经济发展；在经济活动中，坚持生态化、绿色化。绿色发展已经成为当前社会的一大趋势，各个行业都需要遵循，推动低碳经济。

2 建筑暖通空调系统节能设计的重要性

从我国当前建筑行业发展现状来看，建筑能耗问题较为突出，在社会总能耗中占比较大。暖通空调系统作为建筑能耗的重要部分，能耗比较大，尤其是在城市化进程不断加快的过程中，暖通空调在建筑行业得到了普及，导致能耗大大增加，据有关数据显示，暖通空调系统的能耗在建筑能耗中占比70%左右。通过对建筑暖通空调系统进行节能设计，能够节能20%～50%，由此可见，节能设计在暖通空调系统中的应用具有极大的现实意义。

在建筑暖通空调系统中，新风是影响节能的一大内容，新风量增加，则会加重空调的运行负荷，导致能耗增加。对此，通过合理调整新风比例、送风温度，能够实现节能减排的作用。建筑暖通空调系统所用的资源属于不可再生能源，能源使用量的不断增加，则会导致能源匮乏，而在总能耗中，电能损耗也有着较大的占比，严重威胁生态环境，不利于可持续发展理念的践行，对建筑暖通空调系统实施节能设计势在必行。针对环保节能，我国法律中规定能源节约就是加强能源管理，通过采取先进科学技术，减少各个环节的能源浪费，而节能设计有效地缓解了电能供求之间矛盾，促进能源利用率的提升，有助于改善生态环境，进而促进城市的可持续发展。

3 建筑暖通空调系统节能设计中应用绿色理念的路径

3.1 冷热源的合理选择

在建筑暖通空调系统节能设计中，为了将绿色理念应用到设计中，就需要合理选择冷热源，并优化设备选配以及系统设计。在设计期间，一般是采取换热、供热设备，或者是集中设置冷水机组这两种方式，合理选择冷热源，确对于机组设备的确定，需要从建筑能源结构、功能特性、规模、当地环保政策等多个方面进行综合考虑，并且要满足以下要求。

（1）若建筑暖通空调系统所在地有多种能源，在供冷、供热时，选择复合能源模式。（2）若当地有热力发电厂，应充分利用其供热技术、余热供热技术，发挥其最大作用。（3）若当地具有工厂余热、区域供热等条件时，对于建筑暖通空调系统的热源，也可以选择这些因素。（4）若当地低热源、水资源比较充足，则通过水源热泵的方式，实现暖通空调系统的供热、供冷。若所在区域没有集中热源，同时满足以下条件，即建筑采暖负荷比较小、利用可再生能源实现发电、电力比较充足、无法通过热泵提供热源等，对于暖通空调的、采暖的热源，一般不选择电热锅炉、电热水器。

3.2 变频节能技术

变频节能技术指的是，建筑暖通空调系统的负荷需求发生变化，例如，太阳辐射、外部温度等，利用该技术调节冷水、水泵机组以及风机组。通过结合外部变化，有效调节暖通空调系统的功率，确保与环境匹配，并降低能耗，保证系统在最优功率下高效运行。在暖通空调设计中，运用变频节能技术可以节约30%左右的能耗。以冷冻水泵为例，将变频节能技术应用其中，在冷冻水泵运行期间，冷冻水的循环大多存在制冷设备当中，至于水泵容量定额，通常依据最高温、注满率，在此基础上预留10%的空间，从而保证冷冻水循环系统可以较长时间以最大水流量进行工作，对于其工作状态，会随着外部温度的变化而发生改变。对于暖通空调的运行热负载，通常比设计参数要低一些，冷冻水设计温度一般在5℃左右，在全功率运行下，水泵不会产生额外的能耗，其输送的能量则比自身所需的能量高一些。在冷冻水泵运行系统中，将变频节能技术应用其中，便可以结合水泵所需的能量，对输送能量进行变频调节，以防一直以最大效率运行，通过节能设计，调节水泵的输送能量，从而使其保持低功率运行，大大降低了电能消耗量，并且可以依据室温合理调节制冷温度，保证室内温度适宜。

3.3 可再生能源利用

绿色理念在建筑暖通空调节能设计中的应用，可以充分利用可再生能源，如地热能、太阳能以及自然通风。将太阳能应用到暖通设计中，能够为建筑提供制冷、供暖，通过利用主动式太阳能，有效进行制热、制冷，大大减少氟利昂的应用，避免对环境造成较大的破坏，降低臭氧层的影响，并且可以降低能耗。在具体的暖通设计中，应以完整系统为支撑，确保太阳能的充分利用，太阳能系统包括多种器件，如太阳能集热器、水箱、集热循环器等，不同设备、技术，能够对太阳能进行转换，使其成为建筑暖通空调节能设计需要的热能。

风能在暖通节能设计中的应用，可以充分利用自然通风，有效调节室内温度、流通度等。风能是一种清洁型能源，应用十分广泛，将其应用于暖通空调系统的设计中，可以提供较大的能源支持。不过，风能在实际利用上，对于条件要求比较高，风能的大小受风的速度、强度的影响，一般在沿海、山区、草原等城市中比较适合使用风能，由于这些地形具有丰富的风能，将其应用到暖通空调设计中可以有效降低其他能耗。

地热能在暖通空调设计中的应用，能够有效供热、制冷，地热资源主要有地缘地热、地热水源、空气热源几种，其应用原理是，通过运用地热资源，和暖通空调管道中的冷气、冷水作热交换。地热能源广泛存在于地下，属于可再生能源，利用专门的装置可以有效收集并利用地热能源，在暖通节能设计中的应用意义重大。对于暖通空调系统的能耗结构，地热能源可以起到优化的作用，降低电能消耗，利用地热能源的能量促进暖通系统的运行。地热能源中的热能是地球内部熔岩产生的热量，利用地热集成系统可以收集地下的地热能源，并将其应用到建筑暖通空调设计中，夏季，收集并储存地热能源；冬季，释放热能，为建筑供热。在暖通空调节能设计中，通过利用土壤、岩石的稳定性实现热能循环，并且对环境没有任何污染，使用成本比较低，也不会产生过量的能耗。地热能源的主要应用方式为，在暖通空调系统中安装地源热泵，以此作为地热能主要系统，具体又可以分为地下水、地表、埋管等地源热泵，不同系统的使用需要结合实际情况来确定。地源热泵系统由多个部件构成，包括热泵机组、换热管、循环水泵等，可以有效地收集地热能，为暖通空调系统提供稳定能源，通过结合实际储量，有效降低暖通空调系统的总能耗。

3.4 余热循环技术

余热循环技术在建筑暖通空调系统节能设计中的应用较为常见，不仅可以节约能源，还能够降低能耗，减少对环境的污染。该技术的应用原理是，在和循环系统的协作下，有效传递热量，实现余热的合理分配。在热循环期间，若动力、热传输系统没有处于同一回路，便可以规避热传递期间对液体的放射，有效降低污染。对于循环回路的余热，通过重复利用可以有效节约热能资源，进而提升供暖系统的运行水平。

循环冷却水系统的余热利用，在暖通空调设计中起到了节能减排的作用。余热利用是在暖通系统正常运行下，利用其中多余的热量，满足系统功能所需。从冷却水利用层面分析，主要分为直接、间接两种循环冷却水直接利用方式。冷却水余热间接利用的方式，主要是从冷凝器当中分出一路制冷剂，部分经过冷却水系统冷却，另一部分经过热回收器，和自来水换热，制备生活热水。这两种方式的余热利用量是一样的，间接利用方式提供的热量虽然比较多，但部分是以牺牲制冷量而产生的。直接利用方式比较简单，容易控制，并且具有较强的稳定性，主要是尽可能利用余热；间接利用方式在具体应用中需要专门的冷凝器，其出发点除了尽可能利用余热之外，还要免费供应热水，在控制上难度较大，且需要在热水利用、制冷上保持平衡。

3.5 合理选择系统设计参数

暖通空调系统作为建筑的重要组成部分，在绿色节能设计中，需要结合实际情况对建筑环境进行全方位分析，并科学设置暖通空调系统设计的参数。在参数设置中，首要考虑的因素就是温度、湿度，根据建筑室内外的温度、湿度，通过合理分析选择最适宜的温湿度值，保证暖通空调系统设计参数的合理性。参数设置应与温度相适应，若温度过高，参数值不宜过低，有效防止室内外温差过大而影响其使用性能；若温度过低，参数值不宜过高，避免危害人们的健康。只有保证系统参数设计的合理性，才能够达到较好的节能效果。在新风量的计算中，应确保工艺、卫生等各方面的条件符合规定，尽可能节约能耗。温度湿度作为节能设计的重要参数，对暖通空调系统的能耗有着较大的影响，并且，建筑围护结构、当地天气等因素也会对其产生影响，所以，在设计期间需综合考虑。夏季，若室内设计湿度提升10%，能耗便可以降低20%左右；若设计温度高出1℃，热负荷便降低20%左右，由此可见，一定要保证系统设计参数的合理性。

3.6 空调冷热水系统节能设计

为了减少冷热水系统的能耗，可以采取以下几种节能设计措施。首选闭式循环模式，有效防止设备、管道等受到腐蚀，并且可以降低静水力所需的输送能耗，对于暖通空调系统的寿命起到延长的作用。空气调节满足要求的基础上，对于制冷机蒸发温度、冷冻水供水温度，单位制冷量能耗与其成反比。对于冷冻水系※统的静压力，将其不超出1MPa 的时候，禁止竖向分区，应该采取一泵到顶的方法，以保证系统维修的便捷性，并且，该方式还有利于降低成本、降低电能消耗量。对于部分区域的暖通空调，需要冷热水交替供应，或者是整年供应冷水，所以，最好选择两管分区制水系统，若需要同时使用冷热水，或者两者交替的频率比较高，就需要使用四管分区制水系统。此外，在设计过程中应注重使用大温差系统，降低水泵运行流量，从而有效地降低系统能耗。

4 结语

建筑暖通空调系统节能设计较为复杂，在绿色理念下，解决暖通空调系统的能耗问题非常重要，并且深受社会各界的重视。为了降低暖通空调系统的能耗，设计人员就需要充分利用绿色理念，将其贯穿整个设计环节，优化设计过程，通过应用变频节能技术、余热循环技术，并合理选择冷热源、系统设计参数，充分利用可再生资源等，有效减少能耗浪费，促进暖通空调系统设计朝着绿色化方向演进。